前    言

現代網絡計算與信息通信的核心目標之一就是消除一切信息孤島，並限度地聚合計算、存儲與信息等各種軟硬件資源，以解決大規模計算和海量數據處理的需求。雲計算（Cloud Computing）技術的提出為滿足這類需求提供了一種高性價比的解決方案。

雲計算是分布式計算（Distributed Computing）、並行計算（Parallel Computing）和網格計算（Grid Computing）的進一步發展，通過將計算任務均衡分布在由大規模集群服務器構成的資源池上，使各種應用繫統能夠根據按需、透明地獲取高性價比的計算能力、存儲資源和信息服務。目前雲計算繫統分為兩種，一種是私有雲，一種是公共雲。私有雲計算由政府、企事業等機構投資、建設、擁有和管理，僅限特定的本機構用戶使用，提供對數據、安全性和服務質量的有效控制，用戶可以自由配置自己的服務。公共雲則基於信息服務提供商構建並集中管理的面向公眾的大型數據中心，與相對封閉的私有雲不同，供多租客（Multi-Tenant）以免費或按需付費等方式使用。

雲計算平臺的易編程、高容錯、方便擴展等特性，使得處理超大規模數據的分布式計算成為現實。雲計算技術已經受到學術界和產業界的雙重關注，與大數據（Big Data）和物聯網（Internet of Things，IoT）同時成為當前信息技術領域的三大研究熱點。事實上，雲計算已經成為處理大數據的基礎平臺，也是物聯網繫統的處理核心。目前本領域的研究者和研究機構已經在雲計算任務調度、資源管理、數據存儲、網絡結構及安全保障機制等方面已經取得不少重要的研究成果。Google、IBM、Amazon、百度、阿裡巴巴、騰訊等商業機構均已經構建了各自的大規模雲計算平臺，並在平臺上承載了信息檢索、數據挖掘、商業信息處理、科學計算和電子商務等大規模的數據處理工作，終端用戶通過合適的互聯網接入設備即可獲取各類計算和數據服務。Gartner在近年來發布的《IT行業十大戰略技術報告》中每年均將雲計算技術列入十大戰略技術。《中國雲計算產業發展白皮書》指出，雲計算應用以政府、電信、教育、醫療、金融、石油石化和電力等行業為重點，在中國市場逐步被越來越多的企業和機構采用。

然而，目前的雲計算繫統還有提升的空間，普遍存在以下的內生性根本問題。

（1）基於集中建設、管理的數據中心的雲計算繫統廣泛聚集了用戶的應用和數據資源，雖然可以組織安全專家以及專業化安全服務隊伍實現整個繫統的安全管理，但也更方便黑客發動集中的攻擊，帶來了更大的安全風險事故，一旦發生則影響範圍更廣，後果嚴重。

（2）開放的公共雲計算環境在繫統的管理監控、計算安全可信性和服務質量保障機制的實現存在一繫列問題。很多企業出於對雲計算平臺安全可信性的懷疑而望而卻步，因為用戶委托雲計算平臺處理的任務和存儲的私密數據被雲計算繫統節點或其他用戶竊取和破壞的可能性是顯然存在的。如何有效增強用戶的信心，提升雲計算平臺的資源利用率，是雲計算進一步推廣應用的首要前提。

（3）簡單認為網絡邊緣的終端節點僅僅是服務的消費者，對於終端節點所蘊含的各種可利用的潛在資源考慮並不足夠。事實上，大量的終端節點（PC等非瘦客戶端）本身也擁有一定的計算、存儲等信息資源，且常常處於在線閑置狀態，這些節點所擁有的、可被聚合的海量資源被浪費了。

（4）相較於傳統的數據中心的能耗和性能不均衡問題，雲計算繫統所基於的數據中心有所改善，但產生能耗仍然非常驚人，並仍然會在服務的高峰期間出現服務質量（Quality of Service，QoS）難以保證和低谷期間資源浪費等一繫列問題。

在學術界，雲計算技術現已成為分布式計算及相關領域活躍的研究領域之一，很多高校與研究部門針對雲計算關鍵技術展開等多方面研究工作，重要的國際學術會議，如Special Interest Group on Data Communication（SIGCOMM）、Operating
Systems Design and Implementation（OSDI）、Special Interest Group on Management of Data（SIGMOD）、Conference
on Computer and Communications Security（CCS）等，相繼刊載了雲計算領域的相關研究成果。各國政府也投入大量的人力、物力和財力進行雲計算的戰略部署。例如，美國政府利用雲計算技術降低政府信息化運行成本；英國政府建立G-Cloud平臺；我國政府也在五個城市開展雲計算服務試點示範工作，並在石油石化、交通運輸等行業啟動了相應的雲計算發展計劃，以促進產業信息化。

本書作者在分布式計算（特別是雲計算）、數據處理及信息安全技術領域進行了多年的研究，具有扎實的理論基礎和實踐經驗。本書的內容主要源於作者所領導的科研團隊承擔了國家自然科學基金項目“面向綠色雲計算的節能型資源整合和任務調度關鍵技術的研究”（編號：61472192）、國家自然科學基金項目“基於安全Agent的可信雲計算與對等計算融合模型及關鍵技術的研究”（編號：61202004）、江蘇省自然科學基金項目“公共雲計算環境中可信虛擬私有雲模型VPC及其關鍵技術的研究”（編號：BK2011754）、江蘇省“六大人纔高峰”高層次人纔資助項目“節能優化的多數據中心的資源協同管理與任務動態調度關鍵技術”（編號：JNHB-012）及信息安全國家重點實驗室開放課題“面向隱私保護的雲數據安全及銷毀機制的研究”（編號：2016-MS-18）等項目的研究工作和相關成果。

針對目前國內對雲計算技術的研究需求，本書取材國內外資料，在認真總結作者主持的國家自然基金項目、江蘇省自然科學基金項目等相關科研成果的基礎上，精心組織編寫。本書詳細、深入地介紹了雲計算發展現狀、雲計算繫統架構與組成部件、雲計算安全保障機制、綠色雲計算關鍵技術、新型雲端融合計算技術，集中反映了雲計算技術的新思路、新觀點、新方法和新成果，具有較高的學術價值和應用價值。本書分為四大部分，首先深入分析雲計算發展歷程、關鍵技術，然後介紹了典型的雲計算平臺和應用繫統。在此基礎上，重點介紹我們在雲計算安全保障領域的創新性研究成果，主要包括可信虛擬私有雲及執行體與執行點可信評估機制、雲數據銷毀機制、雲存儲隱私保護機制與保護模型以及多授權機構基於屬性的密文訪問控制方案。實現綠色雲計算是我們的重要研究目標，本書重點分析了雲計算能耗問題，然後介紹了作者領導的團隊在綠色雲計算模型、節能型資源配置與任務調度機制、動態數據聚集機制與重復數據刪除機制等方面的研究成果。本書的後一部分則重點闡述了作者領導的項目組提出的雲端融合計算模型、關鍵技術及在知識繫統、惡意代碼防御、流媒體等領域的應用。

本書注意從實際出發，采用讀者容易理解的體繫和敘述方法，深入淺出、循序漸進地幫助讀者把握雲計算技術的主要內容，富有啟發性。與國內外已出版的同類書籍相比，本書選材新穎、學術思想新、內容新；體繫完整、內容豐富；範例實用性強、應用價值高；表述深入淺出、概念清晰、通俗易懂。本書既可作為計算機科學技術學科、電子信息學科，以及信息安全專業的大學高年級學生、碩士及博士研究生教材，對從事分布式計算、網絡信息安全技術、信息網絡應用繫統研究和開發工作的科研人員具有重要的參考價值。

項目團隊中的吳家興、曹玲玲、周靜嵐、龔培培、邵軍、李永萍、塗群等參與了本書的編寫工作，並融合了他們的研究成果，張棲桐、諶運、胡楠、劉廣沛、崇衛之、萬富強等也參與了本書的編寫工作。此外，本書還引用了國內外研究人員的諸多研究成果已經網絡上的相關資料，在此一並衷心感謝！

由於編寫時間倉促，加上作者水平有限，書中的錯誤及不妥之處在所難免，敬請讀者批評指正。

作  者  

2017年7月