云计算的发展与挑战论文

SCI论文（www.lunwensci.com）

　　摘 要 ：云计算是 IT 产业的第三次变革,代表 IT 产业由软硬件应用转向服务、分散服务转向集中服务的发展趋势。云计 算分为基础设施层、平台层和软件服务层三个层次,通过软硬件服务整合、资源高度集约、为客户提供服务以及极大地提升社 会资源利用率,使企业或单位更专注于自身业务的发展。与此同时,云计算也面临来自网络可靠性、数据安全性、网络性能、 标准统一性、服务互联要求的新挑战。为了应对这些挑战,某云提供商通过优化架构,提出 Union OAuth 认证机制,提供联 盟内无缝云计算切换能力,改进功能组件模型,根据功能分类要求划分多池,采用 Pipe Filter Model 即插即用的组件注册管 理池,弹性扩展服务能力,经过不断实践,效果显著。

　　【Abstract】：Cloud computing is the third revolution in the IT industry, which represents the development trend of the IT industry from software and hardware applications to services, and decentralized services to centralized services. Cloud computing is divided into three layers: Infrastructure layer, platform layer and software service layer. Through the integration of software and hardware services, resources are highly intensive, providing services for customers, greatly improving the utilization rate of social resources, and enabling enterprises or units to focus more on themselves business development. At the same time, cloud computing also faces new challenges from network reliability, data security, network performance, standard uniformity, and service interconnection requirements. In order to cope with these challenges, a cloud provider proposed the Union OAuth authentication mechanism by optimizing the architecture to provide seamless cloud computing switching capabilities within the alliance; Improved the functional component model, divided multiple pools according to functional classification requirements, and adopted the Pipe Filter Model plug-and-play component registration management pool, elastic expansion of service capabilities. After continuous practice, the effect is remarkable.

　　【Key words】：cloud computing;cloud computing challenges;big data;artificial intelligence;intelligent manufacturing

　　0 引言

　　在过去的十多年中,云计算从蹒跚起步,到成为 IT 产业的底座,深刻影响了整个社会的发展。2006 年 IBM和谷歌联合推出云计算概念,2007 年 Salesforce 发布 PaaS 服务, Google 推出 Google App Engine, 云计算 时代全面开启。随着云计算基础功能的不断增强,传统的工业企业不断加入到云计算服务中,以扩展自身能力。 同时,云计算的产品功能也越来越强大,周边配套也相 对完善,市场由此初步形成,云计算步入成熟期 [1]。云 计算拥有着广阔的发展空间,诞生了更多形式的服务和 更丰富的应用场景,随着全球的数字化、智慧化转变, 云计算在各个行业中飞速发展,已进入新阶段,如跨组 织云计算、边缘计算、混合计算、无服务计算等 [2],使 更多的中小企业从 IT 繁琐工作中剥离出来,专注业务 发展。与此同时,由于云计算工作在互联网中,多个云 提供商提供服务的特性,相关的安全、性能、跨云认 证、迁移、混合计算能力受到挑战。

　　1 云计算

　　1.1 云计算定义与特点

　　云计算的定义包含长短两种定义。长定义 ：“云计 算是一种商业计算模型。它将计算机任务分布在大量计 算机构成的资源池上,使各种应用系统能够根据需要获 取计算能力、存储空间和信息服务 [3] ”;短定义 ：“云计 算是通过网络按需提供可动态伸缩的廉价计算服务,这 种资源池称之为‘云’”。通俗的来讲,就是把计算机资 源和应用程序集中起来,形成资源池,然后放至网上供 用户使用,形成“云计算”。云计算平台整合了软硬件 资源,通过网络对客户提供服务,这种服务既不受地点 和客户端影响,又具有超大规模、虚拟化、按需分配服 务、高可靠性、可动态伸缩等特点 [4]。

　　1.2 云计算技术与层次

　　云计算核心技术包含物联网 /CPS 技术、服务计算 技术、建模仿真技术、数字孪生技术、自动控制技术、 高效能计算技术、大数据技术、电子商务技术、安全技 术、网络技术、边缘计算技术、区块链技术等 [5]。云计 算划分为基础设施层、平台层和软件服务层三个层次, 对应名称为 IaaS、PaaS 和 SaaS, 各层相互配合, 提 供不同的服务模式,用户根据需求可以租用其中任何一 个层次的服务。IaaS(Infrastructure as a Service) 指 通过基础设施来提供用户服务的一种能力,这些基础软 硬件需要各企业或单位自行建设,而云计算则由服务提 供商提供这些基础设施,包含设备的虚拟化、存储、网 络设备,如 ：防火墙、IP 与 DNS 服务、负载均衡、容 灾、安全控制等,用户可以根据自身的需要,租用提供 商提供的基础能力,在此基础上配置自己的操作系统、 Web 容器、数据库、应用软件等,对于 IaaS 用户一般 是企业或单位的系统管理员,需要在此基础上进行操 作系统、业务软件的部署与管理。PaaS(Platform as a Service) 指平台即服务。供应商在 IaaS 基础上提供操作系统、中间件、数据库软件等平台基础软件,通过容 器化,在软件层划分出虚拟块对外提供能力,用户只需 要根据自己的需要,在上面部署业务应用软件,选定合 适的操作系统、数据库类型即可使用。SaaS (Software as a Service) 指软件即服务。该层在 PaaS 的基础上直 接提供行业软件或者特定的计算服务,用户只需要通过 租用应用软件或者特定的计算服务,供应商分配用户 ID,按需为应用软件或特定服务付费,企业和单位根据 实际需求,节约对本单位软硬件能力的要求。

　　1.3 云计算的前景

　　云计算市场规模快速增长,国家政策大力支持企业 上云。随着云计算的技术和产业日趋成熟,我国云计算 产业已成为推动经济增长、加速产业转型的重要力量。 云计算是信息技术发展和服务模式创新的集中体现,是 信息化发展的重大变革和必然趋势 [6],在国家政策的 大力支持下,未来云计算产业将会有良好的发展机遇。 2016 年国务院印发的《国家创新驱动发展战略纲要》 中提出,要构建结构合理、先进管用、开放兼容、自主 可控、具有国际竞争力的现代产业技术体系,推动移动 互联网、云计算、物联网、大数据、高性能计算、移动 智能终端等技术研发和综合应用。

　　2 面临的挑战

　　云计算地出现与发展,极大地提升了社会资源利用 率,使企业和单位更专注于自身业务的发展 [7]。与此同 时,云计算也面临着挑战 [8],主要体现在以下几个方面 ：

　　(1)安全挑战。安全挑战主要是数据安全与网络安 全,数据是企业或单位的核心关注点,云计算一方面要 保障数据不丢失 ;另一方面要保证数据在传输过程或者 存储过程中不泄露,提供全方位的透明的安全解决方 案,产生公信力,是云计算提供商的重要方向。网络安 全也是安全挑战的另一重要问题。目前主要的云计算攻 击方式 ：1)跨云攻击,指当用户从公有云向本地私有 云转移工作内容时,攻击者植入非法软件获得用户级特 权 ;2)编排攻击,指攻击者通过各种方式获得云服务 的编排权限,获得云计算的资源权限,并通过该权限获 得其他云资源 ;3)加密劫持,指在云中,破坏者通过 对公有云的加密方法进行攻击,从而获得云计算计算能 力 ;4)跨租户攻击,指用户本地服务与云服务混合使 用,如果在不安全的环境中使用,攻击者一旦获得了云 服务能力,可能从一个云服务转移到内部服务 ;5)跨 数据中心攻击,攻击者通过某种服务漏洞,获得了云中 心的数据中心权限,更进一步取得敏感资源 ;6)元数 据攻击,指云计算中心网络采用反向代理工具时,云计算实例通过反向代理向全球用户提供服务,代理可能存 储这些权限凭证,即可超越授权范围,成为合法用户。

　　(2)性能挑战。用户租户云服务,希望一个快速、 可靠的网络,任何低带宽、网络不稳定都会使用户产生 对云计算低信赖度,认为云计算不可靠。

　　(3)标准服务能力挑战。云计算目前由众多的提供 商提供,由于没有统一的服务标准,当用户从一个服务 商迁移到另一个服务商时,或者从服务商迁移到本地 时,需要花费极大的代价才能完成,这也是用户对云计 算产生忧虑的一个重要方面。云计算接口、迁移标准透 明化是行业发展的必然要求。

　　3 解决方案

　　针对上面提到的云计算挑战,以某云计算提供商解 决方案为例,采用联盟认证 (Union OAuth) 及分类池 化的方式来解决问题。在应对安全挑战方面主要通过入 侵检测、防火墙、密码及敏感数加密服务,安全审计、 身份标识、服务安全注册机制、云备份、行为分析预测 等安全服务池来提高云计算在安全方面的诉求,该池中 可以根据需要不断挂接安全服务能力 ;对于性能方面挑 战解决方案主要通过采用动态无感知的扩容能力,采用 Docker 与 K8S 服务编排, 服务发现与注册 [9], 灰度升 级、邮件通知、网络质量监控等手段提供可扩展的性能 提升服务池 ;对于标准服务方面的挑战解决方案主要提 供标准的客户服务池。如图 1 所示是应对挑战的架构图。 

        图 1 在不断实践过程中改进的架构,其中 Union OAuth 是一种创新的商业服务能力,提供联盟内的云 供应商相互认证能力、标准服务能力,保证云用户可以 无缝的跨服务迁移数据,跨云并行计算,跨云的接口认证调用能力 ;分类的安全服务池、性能提升服务池、客 户服务池,这些池化的分类采用管道过滤器模型 (Pipe Filter Model),由于云提供商需要快速应对市场的变 化、技术升级、安全要求、服务能力等方面的诉求,在 技术上采用管道过滤器模型,让各个功能组件通过标准 的定义接口,可以快速的热插拔于数据管道上,各功能 组件可以过滤、拦截数据,对数据进行必要的处理, 满 足安全服务的要求。如图 2 所示为管道过滤器模型示例。

　　通过以上组合与创新的能力,该公司对于攻击的拦 截率达 99% 以上,极少数情况下也可通过云备份提供 给用户无感知的快速切换能力,为用户提供了组合的、 优化的、可控的云计算环境。

　　4 总结

　　云计算是未来发展的重要引擎,尤其近年来混合云 和跨云计算、边缘计算、无服务计算等,以及 5G 的普 及和未来更高传输技术的发展。与此同时,云计算也面临着安全相关的挑战 [10],云计算的服务模式带来的新 的安全管理模式转变,需要云提供商来担负起云安全的 主要职责,提供有效的规避网络攻击、运行时攻击等安 全问题,为用户提供安全可靠、高性能的云环境。当然 更要看到云计算的巨大潜力,以及云计算带来的深刻的 计算、服务、信息等方面的变革,是各个行业云计算发 展的必然趋势,可使其信息化、智能化、云服务、云计 算飞速发展。

　　参考文献

　　[1] 段文雪,胡铭,周琼,等.云计算系统可靠性研究综述[J].计算 机研究与发展,2020.57(1):102-123.
　　[2] KHAN A,JUNEJOAR,NAEEM M,et al.Inter-organizational Cloud Computing and Robust Scalability in Current Scenario and Beyond[J].Automatic Control and Computer Sciences,2022.56(1):26-37.
　　[3] 刘勇,陈云峰,郝璐瑶.基于云计算的高校数据中心设计与实 现[J].微型电脑应用,2021.37(10):13-17.
　　[4] 朱宇.区域数字图书馆云服务平台的构建与实践[D].南京:南 京大学,2015.
　　[5] 李伯虎,柴旭东,侯宝存,等.云制造系统3.0—一种“智能+” 时代的新智能制造系统[J].计算机集成制造系统,2019.25(12): 2997-3012.
　　[6] 王智,许文强.基于智慧城市信息化建设的云网中台研究及 探讨[J].网络安全和信息化,2021(1):33-36.
　　[7] 李辉,李秀华,熊庆宇,等.边缘计算助力工业互联网:架构、 应用与挑战[J].计算机科学,2021.48(1):1-10.
　　[8] ALBATAINEH H,NIJIM M,BOLLAMPALL D.The Design of a Novel Smart Home Control System using Smart Grid Based on Edge and Cloud Computing[C]//2020 IEEE 8th International Conference on Smart Energy Grid Engineering (SEGE).IEEE,2020.
　　[9] 唐续豪,刘发贵,王彬,等.跨云环境下任务调度综述[J].计算 机研究与发展,2023.60(6):1262-1275.
　　[10] 周宏仁.全球信息化发展的新阶段[J].计算机仿真,2020.37 (08):1-7.
 
 
关注SCI论文创作发表，寻求SCI论文修改润色、SCI论文代发表等服务支撑，请锁定SCI论文网！

文章出自SCI论文网转载请注明出处：https://www.lunwensci.com/jisuanjilunwen/68839.html