CN115695055A - 一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***和方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***和方法，所述***包括一一对应的n组终端和n个异地中心节点；n个异地中心节点包括2个备份中心节点和n‑2个普通中心节点；每个普通中心节点内部部署了2台安全认证设备，分别为主安全认证设备和备安全认证设备，每台安全认证设备上安装了安全认证服务程序和存储了归属于本普通中心节点的终端认证凭证的内存数据库；每个备份中心节点内部部署了n台安全认证设备，每台安全认证设备上安装了安全认证服务程序和存储了***内所有终端认证凭证的内存数据库。本发明使用内存数据库存储终端的认证凭证信息，并采用异地多中心分级的***部署方式，支持终端接入认证高并发以及***运行高可靠。
Description
技术领域
本发明涉及数据安全认证技术领域，具体而言，涉及一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***和方法。
背景技术
安全认证是终端在接入***时被判定是否合法的过程，作为网络信息安全的第一道屏障，在防止非授权访问、保护***内部敏感数据、避免***遭受内部攻击等方面有着举足轻重的作用。常用的认证方式，如静态口令、动态口令（令牌）、数字证书、指纹，都要求***内部提前存储所有待接入终端的凭证信息，在终端发起接入时由***查询终端凭证并基于密码算法进行认证协议的计算，最终完成与终端之间的认证。当***中需要接入的终端数量庞大、单个终端认证频次高且单次认证完成时间有严格限制时，如移动通信***中终端设备接入核心网的主认证，在终端的接入认证设计实现上则必须具备高并发、低时延、高可靠的特性，需要解决以下问题：
（1）终端凭证的快速存取：***内部存储了所有终端的认证凭证，传统的做法是使用磁盘数据库管理凭证信息。终端在接入***进行安全认证时，一方面，需要从所有凭证中及时读取终端对应凭证，另一方面，若认证协议要求每次认证时更新终端凭据，还需要将更新的凭证信息迅速写入。当海量的终端接入***时，需要***具备高并发的终端凭证读写处理能力。而磁盘数据库由于受到IO接口速率影响，其数据存取速度也受到一定限制，在处理认证请求时成为限制***并发能力的瓶颈。
（2）高可靠高并发***方案设计：单设备的运算能力是有限的，为了提高整个***的吞吐量，通常采用负载均衡的方式将请求消息分发到不同设备进行处理，同时进行冗余备份增强***可用性，***呈异地多中心方式部署。对于安全认证服务，考虑到认证过程中存在更新终端凭证的情况，需要确保不同设备、不同中心之间数据的一致性，否则将会导致主备切换时终端认证凭据与***存储的凭据不一致而无法接入。而很多数据库原生支持的主从备份方式是异步的，可能发生数据同步失败，因此需要额外的机制保证***高可靠及高并发。
发明内容
本发明旨在提供一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***和方法，以解决上述存在的问题。
本发明提供的一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***，包括n组终端和相连接的n个异地中心节点，n组终端与n个异地中心节点一一对应，每组终端归属于1个中心节点；所述n个异地中心节点包括2个备份中心节点和n-2个普通中心节点；n≥2且n为正整数；
每个普通中心节点内部部署了2台安全认证设备，分别为主安全认证设备和备安全认证设备，每台安全认证设备上安装了安全认证服务程序和存储了归属于本普通中心节点的终端认证凭证的内存数据库；
每个备份中心节点内部部署了n台安全认证设备，每台安全认证设备上安装了安全认证服务程序和存储了***内所有终端认证凭证的内存数据库。
进一步地，每个普通中心节点中的2台安全认证设备之间采用热备冗余的方式工作。
进一步地，每个备份中心节点中的n台安全认证设备之间采用负载均衡的方式工作。
进一步地，当***中所有终端数量为x，单台安全认证设备最多能够为y个终端提供安全认证服务，则n=max(2,x/y的结果向上取整)。
本发明还提供一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证方法，所述安全认证方法需要根据上述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***中的终端和异地中心节点的状态执行不同的过程；分别为：
当安全认证***内所有异地中心节点设备正常运行时的安全认证方法；
在安全认证过程中终端与安全认证***同步更新凭据时，终端未成功更新凭据而安全认证***成功更新凭据时的安全认证方法；
当安全认证***内异地中心节点存在安全认证设备不可用时的安全认证方法。
进一步地，所述当安全认证***内所有异地中心节点设备正常运行时的安全认证方法包括：
当终端接入安全认证***时，向归属的异地中心节点发起认证请求，由归属的异地中心节点完成与终端之间的安全认证过程；
若负责安全认证过程的异地中心节点为普通中心节点，由异地中心节点内主安全认证设备负责处理安全认证过程，对于安全认证过程需要与终端同步更新凭据时，主安全认证设备先将凭据更新信息发送到本异地中心节点备安全认证设备及2个备份中心节点，在接收到本异地中心节点备安全认证设备及2个备份中心节点数据更新完成通知后，再通知终端进行凭据更新；
若负责安全认证过程的异地中心节点为备份中心节点，由备份中心节点根据负载均衡策略从n个安全认证设备中选择负责处理安全认证的安全认证设备，对于安全认证过程需要与终端同步更新凭据时，负责处理安全认证的安全认证设备先将凭据更新信息发送到本异地中心节点的其它n-1个安全认证设备及另一个备份中心节点，在接收到本异地中心节点的其它n-1个设备及另一个备份中心节点数据更新完成通知后，再通知终端进行凭据更新；
异地中心节点设备在更新终端认证凭据时，将同时保留本次更新后的凭据信息及本次更新前的凭据信息。
进一步地，所述在安全认证过程中终端与安全认证***同步更新凭据时，终端未成功更新凭据而安全认证***成功更新凭据时的安全认证方法包括：
终端在向安全认证***发起接入认证请求时，在接入认证请求中携带终端当前使用凭据的版本信息；
安全认证***在接收到终端接入认证请求后，根据接入认证请求中携带的凭据版本信息判断终端上次安全认证未成功更新凭据，使用上次更新前的凭据信息与终端进行安全认证。
进一步地，所述当安全认证***内异地中心节点存在安全认证设备不可用时的安全认证方法包括：
若普通中心节点备安全认证设备、备份中心节点部分安全认证设备不可用，则各异地中心节点安全认证设备在安全认证过程中更新终端凭据信息时，无需等待不可用安全认证设备发送数据更新完成通知，即通知终端进行凭据更新；
若普通中心节点主安全认证设备不可用，则由本普通中心节点备安全认证设备切换为主安全认证设备负责终端安全接入认证；
若普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，则由2个备份中心节点分摊处理归属于该普通中心节点终端的安全接入认证；
若1个备份中心节点内所有安全认证设备均不可用，则由另1个备份中心接管属于该备份中心节点的安全接入认证。
进一步地，当安全认证***内异地中心节点的安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，需要先恢复安全认证设备内存储的终端认证凭据信息。
进一步地，当安全认证***内异地中心节点的安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，先恢复安全认证设备内存储的终端认证凭据信息的过程包括：
若普通中心节点主安全认证设备可用，备安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，备安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与本普通中心节点内主安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即恢复为可用状态；
若普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，由最先执行恢复流程的安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心节点可用安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态的主安全认证设备；
若备份中心节点内部分安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心内可用安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态；
若备份中心节点所有安全认证设备不可用，由最先执行恢复流程的安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再分别与各普通中心节点可用主安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态；
若备份中心节点所有安全认证设备及普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，首先执行普通中心节点主安全认证设备恢复流程，再执行备份中心节点安全认证设备恢复流程，普通中心节点主安全认证设备恢复时，主安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心内所有不可用设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态。
综上所述，本发明使用内存数据库存储终端的认证凭证信息，并采用异地多中心分级的***部署方式，能够带来以下有益效果：
1、支持终端接入认证高并发：借助内存数据库快速读写数据的特性，提高安全认证服务的处理速度和响应能力，将所有终端接入请求分摊到不同设备进行处理，解决单设备密码运算能力有限的问题，使***能够满足海量终端高并发安全认证需求；
2、支持***运行高可靠：通过异地部署中心节点，并提出本地、中心级、***级数据备份及恢复机制，能够有效应对设备级、中心节点级的突发故障，最大限度保证***安全认证服务持续正常运行。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明实施例中基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***的示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
实施例
如图1所示，本实施例提出一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***，包括n组终端和相连接的n个异地中心节点，n组终端与n个异地中心节点一一对应，每组终端归属于1个中心节点；所述n个异地中心节点包括2个备份中心节点和n-2个普通中心节点；其中，n≥2且n为正整数；
每个普通中心节点内部部署了2台安全认证设备，分别为主安全认证设备和备安全认证设备，每台安全认证设备上安装了安全认证服务程序和存储了归属于本普通中心节点的终端认证凭证的内存数据库；本实施例中，每个普通中心节点中的2台安全认证设备之间采用热备冗余的方式工作；
每个备份中心节点内部部署了n台安全认证设备，每台安全认证设备上安装了安全认证服务程序和存储了***内所有终端认证凭证的内存数据库。本实施例中，每个备份中心节点中的n台安全认证设备之间采用负载均衡的方式工作。
进一步的，n的取值需要根据安全认证设备能够处理的安全认证请求并发数和终端数量来确定，具体为：当***中所有终端数量为x，单台安全认证设备最多能够为y个终端提供安全认证服务，则n=max(2,x/y的结果向上取整)。
采用上述基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***的安全认证方法如下：
情况一，当安全认证***内所有异地中心节点设备正常运行时的安全认证方法，具体地：
当终端接入安全认证***时，向归属的异地中心节点发起认证请求，由归属的异地中心节点完成与终端之间的安全认证过程；
若负责安全认证过程的异地中心节点为普通中心节点，由异地中心节点内主安全认证设备负责处理安全认证过程，对于安全认证过程需要与终端同步更新凭据时，主安全认证设备先将凭据更新信息发送到本异地中心节点备安全认证设备及2个备份中心节点，在接收到本异地中心节点备安全认证设备及2个备份中心节点数据更新完成通知后，再通知终端进行凭据更新；
若负责安全认证过程的异地中心节点为备份中心节点，由备份中心节点根据负载均衡策略从n个安全认证设备中选择负责处理安全认证的安全认证设备，对于安全认证过程需要与终端同步更新凭据时，负责处理安全认证的安全认证设备先将凭据更新信息发送到本异地中心节点的其它n-1个安全认证设备及另一个备份中心节点，在接收到本异地中心节点的其它n-1个设备及另一个备份中心节点数据更新完成通知后，再通知终端进行凭据更新；
异地中心节点设备在更新终端认证凭据时，将同时保留本次更新后的凭据信息及本次更新前的凭据信息。
情况二，在安全认证过程中终端与安全认证***同步更新凭据时，终端未成功更新凭据而安全认证***成功更新凭据时的安全认证方法；具体地：
终端在向安全认证***发起接入认证请求时，在接入认证请求中携带终端当前使用凭据的版本信息；
安全认证***在接收到终端接入认证请求后，根据接入认证请求中携带的凭据版本信息判断终端上次安全认证未成功更新凭据，使用上次更新前的凭据信息与终端进行安全认证。
情况三，当安全认证***内异地中心节点存在安全认证设备不可用时的安全认证方法：
若普通中心节点备安全认证设备、备份中心节点部分安全认证设备不可用，则各异地中心节点安全认证设备在安全认证过程中更新终端凭据信息时，无需等待不可用安全认证设备发送数据更新完成通知，即通知终端进行凭据更新；
若普通中心节点主安全认证设备不可用，则由本普通中心节点备安全认证设备切换为主安全认证设备负责终端安全接入认证；
若普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，则由2个备份中心节点分摊处理归属于该普通中心节点终端的安全接入认证；
若1个备份中心节点内所有安全认证设备均不可用，则由另1个备份中心接管属于该备份中心节点的安全接入认证。
进一步地，当安全认证***内异地中心节点的安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，需要先恢复安全认证设备内存储的终端认证凭据信息，具体地：
若普通中心节点主安全认证设备可用，备安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，备安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与本普通中心节点内主安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即恢复为可用状态；
若普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，由最先执行恢复流程的安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心节点可用安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态的主安全认证设备；
若备份中心节点内部分安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心内可用安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态；
若备份中心节点所有安全认证设备不可用，由最先执行恢复流程的安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再分别与各普通中心节点可用主安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态；
若备份中心节点所有安全认证设备及普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，首先执行普通中心节点主安全认证设备恢复流程，再执行备份中心节点安全认证设备恢复流程，普通中心节点主安全认证设备恢复时，主安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心内所有不可用设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态。
以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***，其特征在于，包括n组终端和相连接的n个异地中心节点，n组终端与n个异地中心节点一一对应，每组终端归属于1个中心节点；所述n个异地中心节点包括2个备份中心节点和n-2个普通中心节点；n≥2且n为正整数；
每个普通中心节点内部部署了2台安全认证设备，分别为主安全认证设备和备安全认证设备，每台安全认证设备上安装了安全认证服务程序和存储了归属于本普通中心节点的终端认证凭证的内存数据库；
每个备份中心节点内部部署了n台安全认证设备，每台安全认证设备上安装了安全认证服务程序和存储了***内所有终端认证凭证的内存数据库。
2.根据权利要求1所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***，其特征在于，每个普通中心节点中的2台安全认证设备之间采用热备冗余的方式工作。
3.根据权利要求1所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***，其特征在于，每个备份中心节点中的n台安全认证设备之间采用负载均衡的方式工作。
4.根据权利要求1所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***，其特征在于，当***中所有终端数量为x，单台安全认证设备最多能够为y个终端提供安全认证服务，则n=max(2,x/y的结果向上取整)。
5.一种基于内存数据库的高可靠高并发安全认证方法，其特征在于，所述安全认证方法需要根据权利要求1-4任一项所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证***中的终端和异地中心节点的状态执行不同的过程；分别为：
当安全认证***内所有异地中心节点设备正常运行时的安全认证方法；
在安全认证过程中终端与安全认证***同步更新凭据时，终端未成功更新凭据而安全认证***成功更新凭据时的安全认证方法；
当安全认证***内异地中心节点存在安全认证设备不可用时的安全认证方法。
6.根据权利要求5所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证方法，其特征在于，所述当安全认证***内所有异地中心节点设备正常运行时的安全认证方法包括：
当终端接入安全认证***时，向归属的异地中心节点发起认证请求，由归属的异地中心节点完成与终端之间的安全认证过程；
若负责安全认证过程的异地中心节点为普通中心节点，由异地中心节点内主安全认证设备负责处理安全认证过程，对于安全认证过程需要与终端同步更新凭据时，主安全认证设备先将凭据更新信息发送到本异地中心节点备安全认证设备及2个备份中心节点，在接收到本异地中心节点备安全认证设备及2个备份中心节点数据更新完成通知后，再通知终端进行凭据更新；
若负责安全认证过程的异地中心节点为备份中心节点，由备份中心节点根据负载均衡策略从n个安全认证设备中选择负责处理安全认证的安全认证设备，对于安全认证过程需要与终端同步更新凭据时，负责处理安全认证的安全认证设备先将凭据更新信息发送到本异地中心节点的其它n-1个安全认证设备及另一个备份中心节点，在接收到本异地中心节点的其它n-1个设备及另一个备份中心节点数据更新完成通知后，再通知终端进行凭据更新；
异地中心节点设备在更新终端认证凭据时，将同时保留本次更新后的凭据信息及本次更新前的凭据信息。
7.根据权利要求5所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证方法，其特征在于，所述在安全认证过程中终端与安全认证***同步更新凭据时，终端未成功更新凭据而安全认证***成功更新凭据时的安全认证方法包括：
终端在向安全认证***发起接入认证请求时，在接入认证请求中携带终端当前使用凭据的版本信息；
安全认证***在接收到终端接入认证请求后，根据接入认证请求中携带的凭据版本信息判断终端上次安全认证未成功更新凭据，使用上次更新前的凭据信息与终端进行安全认证。
8.根据权利要求5所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证方法，其特征在于，所述当安全认证***内异地中心节点存在安全认证设备不可用时的安全认证方法包括：
若普通中心节点备安全认证设备、备份中心节点部分安全认证设备不可用，则各异地中心节点安全认证设备在安全认证过程中更新终端凭据信息时，无需等待不可用安全认证设备发送数据更新完成通知，即通知终端进行凭据更新；
若普通中心节点主安全认证设备不可用，则由本普通中心节点备安全认证设备切换为主安全认证设备负责终端安全接入认证；
若普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，则由2个备份中心节点分摊处理归属于该普通中心节点终端的安全接入认证；
若1个备份中心节点内所有安全认证设备均不可用，则由另1个备份中心接管属于该备份中心节点的安全接入认证。
9.根据权利要求5所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证方法，其特征在于，当安全认证***内异地中心节点的安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，需要先恢复安全认证设备内存储的终端认证凭据信息。
10.根据权利要求9所述的基于内存数据库的高可靠高并发安全认证方法，其特征在于，当安全认证***内异地中心节点的安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，先恢复安全认证设备内存储的终端认证凭据信息的过程包括：
若普通中心节点主安全认证设备可用，备安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，备安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与本普通中心节点内主安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即恢复为可用状态；
若普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，由最先执行恢复流程的安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心节点可用安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态的主安全认证设备；
若备份中心节点内部分安全认证设备由不可用状态恢复成可用状态时，安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心内可用安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态；
若备份中心节点所有安全认证设备不可用，由最先执行恢复流程的安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再分别与各普通中心节点可用主安全认证设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态；
若备份中心节点所有安全认证设备及普通中心节点主安全认证设备和备安全认证设备均不可用，首先执行普通中心节点主安全认证设备恢复流程，再执行备份中心节点安全认证设备恢复流程，普通中心节点主安全认证设备恢复时，主安全认证设备首先从磁盘恢复设备内存储的凭证信息，然后再与备份中心内所有不可用设备存储的凭证信息进行对比更新，完成更新后即可恢复为可用状态。
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| 胡春龙;: "中职校园网络统一身份认证体系的构建――基于分布式SOA(Service-Oriented Architecture)架构" * |
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