本發(fā)明涉及GIS私有云計(jì)算技術(shù)，具體涉及一種基于虛擬隔離機(jī)制的私有云GIS服務(wù)訪問(wèn)控制方法。

背景技術(shù)：

近年來(lái)，隨著云計(jì)算技術(shù)的快速發(fā)展，云計(jì)算的應(yīng)用已經(jīng)滲透到各行各業(yè)。亞馬遜、微軟等科技公司不斷推出企業(yè)級(jí)云計(jì)算服務(wù)，以滿足廣大用戶的業(yè)務(wù)需求。GIS行業(yè)也不例外。ESRI、超圖等國(guó)內(nèi)外知名GIS公司相繼推出了云GIS產(chǎn)品和服務(wù)。

目前，傳統(tǒng)的文件系統(tǒng)、獨(dú)占式緊耦合的Web應(yīng)用服務(wù)器集群方式已無(wú)法滿足私有云GIS服務(wù)彈性負(fù)載均衡的要求，必須提供一種新的云GIS計(jì)算訪問(wèn)控制方法和通信機(jī)制。云存儲(chǔ)技術(shù)是云計(jì)算應(yīng)用的基礎(chǔ)，它可以將網(wǎng)絡(luò)中異構(gòu)存儲(chǔ)設(shè)備通過(guò)軟件系統(tǒng)集成，共同對(duì)外提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)和業(yè)務(wù)訪問(wèn)功能(鮑愛(ài)華等，2014)。對(duì)于GIS數(shù)據(jù)服務(wù)來(lái)講，主要是為公眾提供空間分析和地理信息共享服務(wù)，所以要求數(shù)據(jù)定位、查詢或修改的延遲較小。再者，考慮到地理信息數(shù)據(jù)涉密，國(guó)內(nèi)許多企業(yè)只能采用私有云計(jì)算方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

發(fā)明目的：本發(fā)明的目的在于解決現(xiàn)有技術(shù)中存在的不足，提供一種基于虛擬隔離機(jī)制的私有云GIS服務(wù)訪問(wèn)控制方法，是一種私有云GIS平臺(tái)多租戶資源虛擬隔離方案以及面向服務(wù)的角色訪問(wèn)(Workflow-based and Service-oriented Role Based Access Control,WSRBAC)作為訪問(wèn)控制模塊的GIS數(shù)據(jù)以面向服務(wù)(Service Oriented Architecture，SOA)的方式分享的方法，其中GIS資源隔離包括網(wǎng)絡(luò)隔離和軟件隔離，通過(guò)上述兩種方法的結(jié)合，首先保證GIS數(shù)據(jù)在異構(gòu)私有云GIS平臺(tái)下的數(shù)據(jù)安全，其次用戶以角色作為權(quán)限訪問(wèn)公共GIS數(shù)據(jù)，并且管理和分享私有GIS數(shù)據(jù)。

技術(shù)方案：本發(fā)明的一種基于虛擬隔離機(jī)制的私有云GIS服務(wù)訪問(wèn)控制方法，依次包括以下步驟：

(1)網(wǎng)絡(luò)控制：在私有云平臺(tái)環(huán)境中部署硬件虛擬化環(huán)境時(shí)建立三個(gè)相互獨(dú)立的虛擬網(wǎng)段，分別是數(shù)據(jù)存儲(chǔ)網(wǎng)段VLANIF16、服務(wù)資源網(wǎng)段VLANIF18、以及用戶使用網(wǎng)段VLANIF20；

(2)數(shù)據(jù)隔離與訪問(wèn)控制：

(21)強(qiáng)制隔離不同單位之間的數(shù)據(jù)；

(22)相同單位內(nèi)不同組織之間的數(shù)據(jù)適度隔離并共享數(shù)據(jù)；

(23)嚴(yán)格隔離組織間以及租戶間的私有數(shù)據(jù)；

(24)租戶必須通過(guò)預(yù)先定義的接口來(lái)請(qǐng)求使用GIS服務(wù)，VLANIF18的服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)驗(yàn)證權(quán)限，驗(yàn)證通過(guò)后，該系統(tǒng)將GIS服務(wù)使用授權(quán)給該租戶，該租戶根據(jù)授權(quán)信息使用相應(yīng)的GIS服務(wù)，GIS服務(wù)處理完成后，系統(tǒng)將處理結(jié)果通過(guò)VLANIF18返回給租戶，租戶無(wú)法直接訪問(wèn)私有云平臺(tái)的IasS層；

(25)租戶按自身的角色申請(qǐng)獲得GIS數(shù)據(jù)服務(wù)，并申請(qǐng)獲得GIS應(yīng)用服務(wù)的使用權(quán)，每次處理GIS應(yīng)用服務(wù)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)為該服務(wù)分配臨時(shí)權(quán)限；服務(wù)處理結(jié)束后，系統(tǒng)自動(dòng)回收臨時(shí)權(quán)限；

(3)云GIS服務(wù)接口策略：將硬件資源、網(wǎng)絡(luò)資源、GIS數(shù)據(jù)資源以及GIS應(yīng)用資源全部以面向服務(wù)的方式提供給用戶使用。

進(jìn)一步地，所述步驟(1)中，VLANIF16、VLANIF18和VLANIF20三個(gè)工作網(wǎng)段的構(gòu)建通過(guò)三層物理交換機(jī)或虛擬交換機(jī)實(shí)現(xiàn)，其中，VLANIF16分配給一組分布式文件服務(wù)器集群使用，這組集群只能通過(guò)VLANIF18來(lái)訪問(wèn)，如果要使用VLANIF16上的GIS數(shù)據(jù)服務(wù)，必須通過(guò)部署在VLANIF18上的服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)獲取文件訪問(wèn)權(quán)限后方能讀寫(xiě)GIS數(shù)據(jù)，文件訪問(wèn)權(quán)限由VLANIF16中分布式文件服務(wù)器主控配置文件core-site.xml預(yù)先定義的IP地址和訪問(wèn)權(quán)限字段access-key兩者結(jié)合方能獲得分布式文件服務(wù)器控制權(quán)。

進(jìn)一步地，所述步驟(2)中，以基于角色的訪問(wèn)控制策略為基礎(chǔ)；

步驟(21)中，結(jié)合主客體組織Organization標(biāo)簽，以私有數(shù)據(jù)、多租戶間共享數(shù)據(jù)、平臺(tái)內(nèi)共享數(shù)據(jù)以及其他用戶共享數(shù)據(jù)四類訪問(wèn)控制權(quán)限的方式，為不同租戶邏輯分配資源池空間，強(qiáng)制隔離私有云平臺(tái)中不同租戶之間的數(shù)據(jù)，以達(dá)到某一組織的租戶無(wú)法越權(quán)訪問(wèn)其他組織未被允許訪問(wèn)的數(shù)據(jù)的目的；

步驟(22)中，以多種安全屬性的邏輯組合作為資源訪問(wèn)的條件，通過(guò)資源訪問(wèn)條件的篩選，適度隔離私有云平臺(tái)內(nèi)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)，租戶可以根據(jù)自身安全的需求定制資源訪問(wèn)控制策略，以隔離來(lái)自不同租戶的私有數(shù)據(jù)；

步驟(23)中，共享數(shù)據(jù)分為全共享數(shù)據(jù)和部分共享數(shù)據(jù)兩類，引入虛擬組織的概念，結(jié)合共享策略的制定，實(shí)現(xiàn)租戶間數(shù)據(jù)全共享以及部分共享；通過(guò)利益沖突類的定義，嚴(yán)格限制沖突租戶間和組織間的數(shù)據(jù)共享；

步驟(24)中，引入服務(wù)Service的概念，提出面向服務(wù)的角色訪問(wèn)控制模型，將角色訪問(wèn)控制從資源靜態(tài)授權(quán)保護(hù)提升為服務(wù)動(dòng)態(tài)授權(quán)保護(hù)，當(dāng)租戶請(qǐng)求使用GIS服務(wù)時(shí)，VLANIF18的驗(yàn)證系統(tǒng)按照租戶信息驗(yàn)證其合法性，并授予相應(yīng)角色的GIS服務(wù)使用權(quán)；

步驟(25)中，系統(tǒng)可以動(dòng)態(tài)管理角色以及自動(dòng)分配角色等級(jí)，每個(gè)等級(jí)的角色賦予一組GIS服務(wù)的訪問(wèn)權(quán)限，租戶可申請(qǐng)從低等級(jí)角色升級(jí)到高等級(jí)角色，除角色訪問(wèn)控制策略之外，系統(tǒng)還可采用動(dòng)態(tài)授權(quán)策略控制GIS應(yīng)用服務(wù)訪問(wèn)，這種GIS應(yīng)用服務(wù)使用權(quán)限策略獨(dú)立于租戶角色權(quán)限策略，前者控制GIS應(yīng)用服務(wù)訪問(wèn)，后者控制硬件資源以及GIS數(shù)據(jù)服務(wù)的訪問(wèn)。

進(jìn)一步地，所述步驟(3)的具體方法是：

(31)VLANIF18部署自主開(kāi)發(fā)的服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)為各GIS服務(wù)使用定義REST風(fēng)格的接口規(guī)則，供租戶訪問(wèn)GIS服務(wù)，租戶通過(guò)接口規(guī)則發(fā)送GIS服務(wù)的使用請(qǐng)求，請(qǐng)求必須通過(guò)服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)驗(yàn)證，系統(tǒng)驗(yàn)證通過(guò)后，租戶方能使用相應(yīng)的GIS服務(wù)；

(32)VLANIF18部署自主開(kāi)發(fā)的硬件資源服務(wù)控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將物理內(nèi)存、虛擬CPU以及存儲(chǔ)等硬件資源以服務(wù)的方式提供給租戶使用。租戶通過(guò)控制系統(tǒng)的Web客戶端申請(qǐng)硬件資源服務(wù)；系統(tǒng)管理員在控制系統(tǒng)的管理端響應(yīng)并驗(yàn)證該申請(qǐng)服務(wù)，驗(yàn)證通過(guò)后在硬件資源池中為其分配所需的硬件資源，再將其硬件資源的描述信息返回到Web客戶端，提供給租戶使用；

(33)VLANIF18部署自主開(kāi)發(fā)的GIS應(yīng)用服務(wù)系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以將GIS業(yè)務(wù)以服務(wù)的方式提供給租戶使用。租戶可以按兩種方式使用GIS應(yīng)用服務(wù)：一種是直接使用單一GIS應(yīng)用服務(wù)，另一種是將若干單一GIS應(yīng)用服務(wù)組合為一個(gè)業(yè)務(wù)，提供給租戶使用。

進(jìn)一步地，所述步驟(25)中動(dòng)態(tài)授權(quán)策略控制GIS應(yīng)用服務(wù)訪問(wèn)的具體過(guò)程是：租戶按自己所屬角色的權(quán)限申請(qǐng)相應(yīng)的GIS數(shù)據(jù)服務(wù)，然后申請(qǐng)GIS應(yīng)用服務(wù)的使用權(quán)，系統(tǒng)將GIS數(shù)據(jù)服務(wù)和GIS應(yīng)用服務(wù)合并為工作流，并為該工作流自動(dòng)分配處理權(quán)限，當(dāng)處理完畢后，系統(tǒng)將自動(dòng)收回該工作流的權(quán)限。

有益效果：本發(fā)明在私有云平臺(tái)環(huán)境中為多租戶GIS服務(wù)的使用設(shè)計(jì)一套安全隔離、訪問(wèn)控制和通信機(jī)制，使得私有云平臺(tái)能具有多租戶處理地理空間數(shù)據(jù)的能力，能提高GIS服務(wù)處理的安全性，達(dá)到變地理空間數(shù)據(jù)為資產(chǎn)的目的。

附圖說(shuō)明

圖1為實(shí)施例中文件服務(wù)器中的數(shù)據(jù)組織方式示意圖。

圖2為實(shí)施例中REST服務(wù)接口信息的示意圖。

具體實(shí)施方式

下面對(duì)本發(fā)明技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說(shuō)明，但是本發(fā)明的保護(hù)范圍不局限于所述實(shí)施例。

實(shí)施例1：

網(wǎng)絡(luò)控制部分的實(shí)現(xiàn)：

本實(shí)施例中的網(wǎng)絡(luò)配置以華為S5700交換機(jī)為例，交換機(jī)通電后默認(rèn)開(kāi)啟一個(gè)工作網(wǎng)段。在本實(shí)例中要建立三個(gè)工作網(wǎng)段，所以重新配置交換機(jī)。具體步驟如下：

第一，交換機(jī)通過(guò)串口線跟計(jì)算機(jī)連接，計(jì)算機(jī)開(kāi)啟相應(yīng)com串口，并配置交換機(jī)com串口參數(shù)，配置信息如下：頻率：9600；數(shù)據(jù)位：8；奇偶校驗(yàn)：無(wú)；終止位：1；數(shù)據(jù)流控制：無(wú)。

第二，在計(jì)算機(jī)中打開(kāi)串口通信程序按鍵盤(pán)任意鍵激活串口通信，收到交換機(jī)響應(yīng)信息后再輸入交換機(jī)密碼。當(dāng)密碼驗(yàn)證通過(guò)后，計(jì)算機(jī)顯示器上出現(xiàn)”<Quidway>”，說(shuō)明交換機(jī)已準(zhǔn)備就緒。此時(shí)，在計(jì)算機(jī)上輸入以下命令在交換機(jī)上新建所需的三個(gè)工作網(wǎng)段：

<Quidway>

<Quidway>system-view

[Quidway]interface vlanif 1016

[Quidway-Vlanif1016]ip address 192.168.16.254 255.255.255.0

[Quidway-Vlanif1016]quit

<Quidway>

<Quidway>system-view

[Quidway]interface vlanif 1018

[Quidway-Vlanif1018]ip address 192.168.18.254 255.255.255.0

[Quidway-Vlanif1018]quit

<Quidway>

<Quidway>system-view

[Quidway]interface vlanif 1020

[Quidway-Vlanif1020]ip address 192.168.20.254 255.255.255.0

[Quidway-Vlanif1020]quit

通過(guò)以上一組命令建立了1016、1018、1020三個(gè)工作網(wǎng)段。

第三，將交換機(jī)的物理網(wǎng)口分配給新創(chuàng)建的三個(gè)工作網(wǎng)段上，配置方式如下：

(1)執(zhí)行命令system-view，進(jìn)入系統(tǒng)視圖；

(2)執(zhí)行命令interface vlanif vlan-id，進(jìn)入VLANIF接口視圖；

(3)執(zhí)行命令ip address ip-address{mask|mask-length}，配置主ip地址。

下面舉例說(shuō)明具體操作。設(shè)編號(hào)0/0/1是第一個(gè)網(wǎng)口的ip地址，配置操作是：

<Quidway>system-view

[Quidway]vlan 1016

[Quidway-Vlan1016]quit

[Quidway]interface gigabitethernet 0/0/1

[Quidway-Gigabitethernet0/0/1]port hybrid pvid vlan 1016

[Quidway-Gigabitethernet0/0/1]port htbrid untagged vlan 1016

[Quidway-Gigabitethernet0/0/1]quit

通過(guò)以上命令給交換機(jī)每一個(gè)物理網(wǎng)口分配對(duì)應(yīng)的工作網(wǎng)段。

數(shù)據(jù)隔離部分的實(shí)現(xiàn)：

數(shù)據(jù)隔離分為兩部分：第一，原始數(shù)據(jù)的隔離。原始數(shù)據(jù)托管到私有云平臺(tái)上的分布式文件服務(wù)器，通過(guò)分布式文件服務(wù)器和硬件資源服務(wù)控制系統(tǒng)中的文件訪問(wèn)控制模塊實(shí)現(xiàn)原始數(shù)據(jù)的操作；第二，GIS服務(wù)的訪問(wèn)控制。私有云平臺(tái)上的GIS服務(wù)被托管到GIS Server服務(wù)器，服務(wù)的訪問(wèn)控制由GIS Server服務(wù)器和硬件資源服務(wù)控制系統(tǒng)中的服務(wù)訪問(wèn)控制模塊結(jié)合實(shí)現(xiàn)。

分布式文件服務(wù)器隔離：分布式文件服務(wù)器部署在1016網(wǎng)段中，按照網(wǎng)絡(luò)控制隔離設(shè)計(jì)，1016網(wǎng)段只能被1018網(wǎng)段的硬件資源服務(wù)控制系統(tǒng)的文件訪問(wèn)控制模塊訪問(wèn)，1020網(wǎng)段的用戶客戶端無(wú)法直接訪問(wèn)1016網(wǎng)段的分布式文件服務(wù)器。分布式文件服務(wù)器中的數(shù)據(jù)組織方式如圖1所示。

文件訪問(wèn)控制模塊隔離：文件訪問(wèn)控制模塊是1018網(wǎng)段硬件資源服務(wù)控制系統(tǒng)的組件之一，負(fù)責(zé)用戶文件請(qǐng)求以及其他程序文件請(qǐng)求的響應(yīng)。用戶文件請(qǐng)求是指當(dāng)1020網(wǎng)段的用戶請(qǐng)求對(duì)私有云平臺(tái)上的原始數(shù)據(jù)讀寫(xiě)操作時(shí)，用戶請(qǐng)求首先被1018網(wǎng)段服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)中的用戶驗(yàn)證模塊攔截并驗(yàn)證，若用戶請(qǐng)求同時(shí)滿足身份合法性和操作合法性兩種驗(yàn)證，則用戶請(qǐng)求才會(huì)分發(fā)至服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)，于是服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)發(fā)出指令讓1016網(wǎng)段分布式文件系統(tǒng)響應(yīng)用戶請(qǐng)求。在上述步驟執(zhí)行過(guò)程中，用戶是不能直接讀寫(xiě)1016網(wǎng)段的分布式文件服務(wù)器，更無(wú)法獲取文件存放的物理地址，所以1020網(wǎng)段的客戶端無(wú)法直接訪問(wèn)所需GIS資源，客戶端必須向1018網(wǎng)段的用戶驗(yàn)證模塊的REST服務(wù)接口發(fā)送用戶驗(yàn)證請(qǐng)求，如圖2所示，REST服務(wù)接口信息如下：

URL:http://{host}/user/generatetoken

Method:POST

Data:{username:user0606,password:ab123456}

具體實(shí)例如下：

(1)用戶通過(guò)用戶名和密碼登錄。登錄后用戶所在客戶端獲得一個(gè)從1018網(wǎng)段服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)發(fā)送的token，token信息按JSON格式傳遞，如下所示：

這是登錄成功后用戶收到的token信息。其中，Status表示登錄狀態(tài)，若登錄成功則返回success，否則返回error；Tokenstring是一串加密信息，采用用戶名、兩個(gè)隨機(jī)字符串、以及token生成時(shí)間組合在異地加密而成。在用戶獲得token后，再發(fā)送其他請(qǐng)求時(shí)就不用輸入用戶名和密碼，系統(tǒng)自動(dòng)將用戶token解密來(lái)驗(yàn)證用戶身份的合法性；Exparetime是指token生成時(shí)間；Timelong是服務(wù)有效時(shí)間，過(guò)期時(shí)間以秒為單位。1200000表示這次token有效時(shí)間為20分鐘。

(2)登錄后，用戶若上傳一個(gè)私有數(shù)據(jù)，則發(fā)送如下請(qǐng)求：

URL:http://{host}/user/{username}/zone/{filefolder}？token＝{tokenstring}

Method:POST

Data:{file:filedata,type:[number,default 0]

其中，URL是上傳服務(wù)的API接口；host是服務(wù)訪問(wèn)控制系統(tǒng)的ip地址；username是用戶名；filefolder是用戶私有目錄地址；tokenstring是用戶的token；data是用戶要發(fā)送的post參數(shù)；file是用戶要上傳的文件；type是文件的訪問(wèn)權(quán)限，0表示文件是私有的，1表示文件在組織部門(mén)內(nèi)共享，2表示文件對(duì)全平臺(tái)共享，無(wú)論是1還是2，其他用戶只能獲得文件的使用權(quán)，其刪除和更改的權(quán)限始終由文件發(fā)布者所有。

若獲取私有云平臺(tái)中的GIS資源，同樣對(duì)相應(yīng)的REST服務(wù)接口發(fā)送http get請(qǐng)求，提供的信息如下：

Uri:http://{host}/user/{username}/getfile/{fileoid}？token＝{tokenstring}

Method:GET

其中，fileoid是私有云平臺(tái)中GIS資源的唯一標(biāo)識(shí)符，文件上傳時(shí)由系統(tǒng)自動(dòng)生成，并保存在數(shù)據(jù)庫(kù)中。用戶發(fā)送以上請(qǐng)求后，系統(tǒng)驗(yàn)證用戶token信息，驗(yàn)證通過(guò)后，系統(tǒng)再驗(yàn)證該用戶是否具有fileoid文件的讀取權(quán)限，具體操作如下：

(1)如果該文件是當(dāng)前用戶上傳的，則有讀取權(quán)限；

(2)如果該文件由其他用戶上傳的，若訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置為組織部門(mén)內(nèi)共享，而當(dāng)前用戶與上傳用戶在同一個(gè)組織部門(mén)，則有讀取權(quán)限；

(3)如果該文件由其他用戶上傳的，若訪問(wèn)權(quán)限設(shè)置為全平臺(tái)共享，則當(dāng)前用戶有讀取權(quán)限。

GIS Server隔離：GIS Server提供地圖、影像、地理處理等服務(wù)具有GIS功能的服務(wù)器。用戶在私有云平臺(tái)上通過(guò)自己的用戶名和密碼、以及所分配的角色來(lái)獲取GIS Server的使用權(quán)。若角色等級(jí)低，只具有使用自己所屬組織的GIS Server和公共GIS Server的權(quán)限；若角色等級(jí)高，除此之外，還可以有申請(qǐng)創(chuàng)建私有GIS Server的權(quán)限。

(1)使用公共GIS Server：登錄后，用戶通過(guò)以下API獲取自己所能使用的GIS Server列表：

URL:http://{host}/user/{username}/gisserver？token＝{tokenstring}

Method:GET

如果請(qǐng)求成功，用戶收到系統(tǒng)返回的可用GIS Server列表：

其中，type 1表示該服務(wù)器為私有GIS Server，type 2表示該服務(wù)器為公共GIS Server。用戶對(duì)私有GIS Server具有絕對(duì)控制權(quán)，對(duì)公共GIS Server只有使用權(quán)限，沒(méi)有更改權(quán)限。

服務(wù)訪問(wèn)控制模塊隔離：服務(wù)訪問(wèn)控制模塊是1018網(wǎng)段控制系統(tǒng)的組件之一，用戶每次對(duì)GIS服務(wù)的訪問(wèn)請(qǐng)求都由該組件進(jìn)行驗(yàn)證，用戶還可以通過(guò)該組件獲取服務(wù)列表、以及服務(wù)的參數(shù)。用戶使用的GIS服務(wù)范圍包括私有云平臺(tái)公共GIS站點(diǎn)提供的公共GIS服務(wù)，用戶所屬部門(mén)提供的部門(mén)內(nèi)共享GIS服務(wù)，以及用戶自己創(chuàng)建的私有GIS站點(diǎn)中的GIS服務(wù)。

用戶調(diào)用私有云平臺(tái)REST接口服務(wù)的過(guò)程如下：

(1)用戶按照REST接口格式發(fā)送特定服務(wù)的調(diào)用請(qǐng)求：

(2)用戶請(qǐng)求被1018網(wǎng)段攔截，驗(yàn)證token信息。若token信息不符合，則返回JSON信息，說(shuō)明拒絕該次用戶服務(wù)調(diào)用請(qǐng)求；

若token信息符合，則驗(yàn)證通過(guò)，用戶請(qǐng)求轉(zhuǎn)到GIS服務(wù)業(yè)務(wù)模塊，從用戶請(qǐng)求中取出特定服務(wù)oid，然后查詢數(shù)據(jù)庫(kù)獲得oid對(duì)應(yīng)的服務(wù)，再?gòu)脑摲?wù)所在的GIS Server，讓用戶連接查詢到的服務(wù)中。