云计算下数据隐私保护系统的设计与实现（LW+源码+讲解+部署）

内容摘要

内容摘要： 云计算技术发展速度较快，在提升数据存储以及共享效率的时候，也让隐私泄露风险变得越发严峻，传统加密手段过度依赖静态策略，面对云环境里动态共享需求以及复杂安全威胁的挑战时，显得力不从心。

此研究专注于数据全生命周期的隐私保护需求，提出了一个把同态加密、属性基加密也就是ABE与区块链技术融合起来的协同防护框架。利用同态加密保证云端数据密态运算的能力，结合ABE技术细粒度访问控制的特性，该系统基于Java Swing开发，运用模块化架构设计，集成MySQL数据库来达成用户管理、实时通信以及文件传输功能，用RSA与AES混合加密策略提升传输效率，响应速度对系统性能影响较大，动态调整机制可适应不同业务场景的安全强度要求。本系统在敏感信息处理方面提供了兼顾隐私性、可用性与合规性的技术途径，对云计算服务的安全能力优化有实践参考意义。

关键词：数据隐私保护；云计算安全；java，swing

目 录

第一章 绪论

1.1 研究背景

1.2 研究意义

1.3 国内外研究综述

1.4 本章小结

第二章 相关技术介绍

2.1 java

2.2 通信协议

2.3 云计算加密

2.4 MySQL

2.5 本章小结

第三章 项目可行性分析

3.1 技术可行性

3.2 功能需求分析

3.2.3 好友管理

3.3 非功能性需求

3.4 本章小结

第四章 系统设计

4.1 系统整体设计

4.2 系统通信架构图

4.3 软件功能架构图

4.4 系统整体加密流程

4.5 数据库设计

4.6 数据库E-R图

4.7 本章小结

第五章 系统实现

5.1 用户登录功能

5.2好友列表

5.3 添加好友

5.4 好友申请

5.5查看好友状态

5.6 聊天功能

5.7 本章小结

第六章 测试

6.1系统测试

6.1.1 用户登录模块测试

6.1.2 用户聊天模块测试

6.2 加密模块测试

6.3 本章小结

参考文献

致谢

第一章 绪论

1.1 研究背景

互联网技术迅速发展的当下，云计算已然成为支撑现代社会前行的关键基础设施，把数据存储以及计算任务转移到云端，企业和个人用户都可以受到有弹性扩展特点且按需付费的服务模式，此种模式于教育、医疗、金融等领域呈现出诸多优势，像是学校可以用云平台实时分享教学资源，医院可依靠云端算力开展远程诊疗工作。

随着云计算应用范围不断扩大，数据隐私保护方面的问题变得日益明显，第三方服务商对数据实施集中化管理，这让用户面临潜在的信息泄露风险，近些年来国内外频繁发生的数据安全事件显示，传统的防护手段已经很难去应付云环境里复杂的威胁情形，数据共享需求跟隐私保护目标之间出现了矛盾。

当前主流的隐私保护技术尽管各有特点，不过在实际应用中依旧存在局限之处，常规加密技术虽说可保障数据传输安全，然而会破坏数据可用性，访问控制机制依赖人工配置权限，容易出现管理漏洞，传统匿名化处理虽然能隐藏用户身份，却难以抵御高级别的关联攻击，这些技术瓶颈致使云环境里难以达成隐私保护与数据共享的有机融合。

本研究针对上述矛盾状况，提出构建智能化隐私保护系统的想法，凭借融合加密算法和区块链技术，希望能够解决数据全生命周期中的安全风险，系统设计重视平衡防护强度与计算开销，在保证隐私安全的条件下，为教育数据分析、医疗信息共享等典型应用场景提供切实可行的技术方案。这一探索对推动云计算服务的健康发展有着现实意义。

1.2 研究意义

云计算环境下有关数据隐私保护以及共享控制技术的研究有关键的理论价值以及实践意义[8]，在理论层面，本研究提出的多重安全机制融合方案打破了传统单一防护手段的局限，把同态加密和属性基加密技术结合起来，达成了加密数据的直接运算能力，还细化了数据访问权限的颗粒度[5]，这种可动态调整的隐私保护框架给云计算安全领域给予了新的方法论。用RBAC模型引入智能合约后，构建成了可验证的权限管理机制，这对完善云计算安全理论体系有着关键的补充作用，

本研究设计的综合防护系统为教育、医疗等敏感数据处理场景给出了可靠的解决办法。针对数字化教育平台中普遍存在的学习行为数据共享难题，系统依靠实施差异化安全策略，能保证学生隐私不被泄露，又能支持教学效果分析所需的数据流转。

1.3 国内外研究综述

在云计算数据安全这个领域当中，国内以及国外的众多学者已然取得了很多的研究成果，国外研究情况如下，美国卡内基梅隆大学团队是最早提出把同态加密应用到云端数据处理中的，他的理论模型可支持在密文状态下进行基本运算，不过存在着计算资源消耗过大这样的缺陷，在最近几年来，欧洲学者在属性基加密也就是 ABE 方向取得了一定突破，用把用户属性和访问策略绑定在一起，达成了细粒度的数据访问控制，然而在动态权限调整方面依旧依赖人工干预。日本研究团队尝试将区块链技术引入到数据共享流程里面，其设计的智能合约机制可有效地追踪数据流转路径，但是还没有解决高并发场景下的性能瓶颈问题，

国内研究呈现出应用导向的特征，清华大学团队开发的轻量级加密算法在降低计算开销方面有着比较突出的表现，他改进的椭圆曲线加密方案已经应用到政务云平台[4]。浙江大学提出的动态访问控制模型用引入机器学习算法，达成了权限策略的自动化更新，不过在复杂网络环境中的稳定性以及待提升。

在加密算法的不断发展的过程中，都是在不断解决的问题的过程中进行进步的，每当出现问题总会伴随着问题的解决，因此本文基于Java Swing进行开发了一套完整的聊天加密的流程，包括从登录，到发送聊天信息，或者又是对文件数据的加密，是为了想在加密算法的流程中贡献出自己的一份力量。

1.4 本章小结

在本章节当中，针对云计算环境下数据隐私保护以及共享控制技术的研究背景展开了详细探讨，明确指出传统防护措施于云环境下会面临数据泄露风险与共享效率这两者之间存在的矛盾，借助对教育、医疗等关键领域实际需求展开具体分析，确定了把加密技术和区块链技术相结合的创新研究方向。综合考量国内外的研究现状，揭示出了现有方案在技术协同性、动态调整能力以及场景适用性等方面所存在的局限性，为后续系统设计构建起了坚实的理论基础。

第二章 相关技术介绍

2.1 java

在系统开发进程当中，Java语言凭借其独具的优势被挑选作为主要的实现工具[2]，作为一种面向对象的编程语言，Java拥有“一次编写，到处运行”这样的跨平台特性，该特性是借助Java虚拟机达成的字节码转换机制，格外契合云计算环境多节点部署的需求[12]。Java生态系统的成熟程度是技术选型的一项特征，Spring框架为系统给予了依赖注入以及面向切面编程方面的支持，它的模块化架构与本研究提出的综合防护系统设计理念极为相符，在访问控制模块开发过程中，Spring Security组件协助达成的RBAC模型，借助预置的安全过滤器链，有效地管理用户认证与授权流程。Java社区提供的Bouncy Castle加密库为同态加密算法的实现奠定了可靠基础，保障数据加密模块可稳定运行，

多线程处理能力是Java的又一较大优势[16]，系统运用Java并发包里的线程池机制，在数据加密运算以及区块链网络通信等场景中达成了高效的资源管理。在应对教育平台用户的高并发访问请求时，凭借合理配置线程池参数，保证了服务响应速度，又避免了资源过度消耗，这种特性对于需要同时处理数据加密与共享请求的云环境而言十分关键[6]，

在大数据处理方面，Java呈现出了不错的扩展性，系统整合了基于Java开发的Hadoop生态系统组件，用于教育行为数据的批量分析[10]。MapReduce编程模型与Java语言相结合，使得学习行为数据的脱敏处理可并行执行，在保护隐私的同时维持了数据分析效率，而且Java对容器化技术的良好支持，也便利了系统服务组件在Docker环境中的打包部署，

Java的安全特性为系统开发提供了稳固基础。其内置的沙箱安全模型依靠类加载器和安全管理器，有效地隔离了不同功能模块的运行环境，在实现智能合约时，开发团队利用Java的访问控制修饰符，严格限定合约方法的调用权限，防止恶意代码对数据共享流程造成干扰，这种语言层面的安全保障，与系统设计的隐私保护目标形成了有效互补。

2.2 通信协议

在云计算系统的数据传输环节中通信协议发挥着关键作用，其职责是保障信息可安全交换，此系统运用分层协议架构来设计，依据不同业务场景灵活配置安全策略，能契合教育平台高并发访问的需求，还可以保证医疗数据这类敏感信息安全传输，

传输层安全协议即TLS是构建加密通道的基础，借助三次握手协商来建立安全连接。用户登录教育云平台时系统会默认启用TLS 1.3协议，采用有前向保密特性的加密套件组合，这样的设计就算某个会话密钥被破解，也不会对历史通信数据安全造成影响，针对移动端访问需求，系统支持会话票据复用机制，能有效减少重复握手产生的计算开销，

在区块链节点通信方面采用基于gRPC框架的轻量级协议。该协议在Protocol Buffers进行数据序列化，节点间依靠心跳机制维持连接状态，检测到网络中断时会自动切换到备用通道，这种设计很适合教育机构分布式的数据共享场景，可保证学习行为数据跨区域传输时的可靠性。

访问控制相关的通信流程采用OAuth 2.0授权框架改造方案，医疗机构共享病历的时候系统会颁发短期访问令牌来替代传统会话凭证，令牌信息里嵌入由属性基加密生成的访问策略，配合智能合约实现动态权限验证，这种双因素认证机制避免了证书频繁更新的麻烦，又能及时阻断非法访问尝试。

系统利用服务网格技术实现通信协议的智能管理，在容器化部署环境中Sidecar代理会自动完成协议转换与流量监控，检测到异常访问模式时会立即触发安全策略调整，这种架构让教育平台管理员不用深入了解协议细节，依靠可视化界面就能完成HTTPS证书部署、访问控制规则配置等操作，降低了系统维护的技术门槛。

2.3 云计算加密

云计算环境里的数据加密技术是保障信息安全的一种关键方式[1]，其核心目标在于在数据存储、传输以及使用过程当中建立起可靠的安全屏障，当前主流的加密方案主要从数据状态以及访问权限这两个方面构建防护体系，要保证加密强度，又得兼顾数据处理效率，

同态加密技术允许在密文状态下直接开展运算操作，在需要保护隐私的数据分析场景里有关键价值。比如在教育平台中，教师可借助加密后的学习行为数据统计班级整体学习进度，而无需解密具体学生的个人信息，本系统采用加密算法，借助优化指数运算过程，在保证安全性的同时降低了计算资源消耗，该方案支持加法同态运算，特别适宜处理成绩统计、问卷调查等教育数据分析任务。

属性基加密技术凭借把数据访问策略与用户属性相结合，实现了细粒度的访问控制，在医疗数据共享场景中，系统可依据医生职称、科室归属等属性动态生成解密密钥，保证只有符合特定条件的医护人员才可访问患者病历，这种加密方式与传统的角色访问控制相结合，保留了权限管理的灵活性，又避免了密钥过度分发引发的安全隐患。

针对数据生命周期的不同阶段，系统设计了差异化的加密策略，在存储环节采用AES - 256算法进行全盘加密，以保证静态数据安全，传输过程中则结合TLS协议实施端到端保护，对于需要多方协作处理的数据，引入门限加密机制，将解密权限分散到多个可信节点，这种分层加密架构在保证安全性的有效平衡了系统性能需求。

密钥管理是加密系统可靠运行的关键环节，本方案采用基于区块链的分布式密钥托管机制，凭借智能合约自动执行密钥生成、轮换以及销毁操作，教育机构管理员可借助可视化界面设置密钥有效期，当检测到异常访问时，系统会立即触发密钥更新流程，这种设计提高了管理效率，还避免了传统集中式密钥存储存在的单点故障风险。

在系统实现层面，加密模块采用微服务架构独立部署，借助标准API与访问控制、审计等子系统交互，开发过程中利用Java密码学架构提供的加密服务接口，保证算法实现的规范性和可移植性，实际测试说明，该加密方案在典型教育云平台环境中，可在毫秒级时间内完成单次数据加密操作，对系统整体性能影响控制在可接受范围内。

2.4 MySQL

在云计算系统的数据存储层设计里，MySQL数据库依靠其成熟且稳定的特性成为核心数据管理工具，它是开源关系型数据库管理系统，采用表结构存储方式，借助SQL语言来实现数据操作，十分适合处理教育平台中的结构化数据，像学生信息、课程记录这类业务数据，系统运用InnoDB存储引擎的事务处理能力，保障在并发访问情形下维持数据一致性，这对于处理高频率更新的学习行为数据相当关键。

在数据安全机制方面，MySQL给出多层次的防护举措，访问控制层借助账户权限体系达成细粒度管理，支持基于角色的数据库对象授权，和系统整体的RBAC模型形成有效衔接，在医疗数据存储场景中，依靠设置视图限制医护人员只能访问特定字段，再结合列级加密技术实现双重保护。日志审计功能完整记录所有数据操作，为后续的安全追溯提供可靠依据，这些日志信息依靠系统集成的区块链模块进行哈希存证，保证审计记录不可被篡改，

在性能优化层面，系统针对云计算环境特点做了专项配置，采用主从复制架构达成读写分离，主库处理数据写入请求，多个从库分布式处理查询操作，这种设计提升了教育平台高峰期时的服务响应速度。合理配置查询缓存机制，让频繁访问的课程资源信息可快速响应，同时凭借定期缓存刷新避免数据过期问题，在索引策略方面，针对学习行为分析常用的时间范围查询，建立了复合索引提高检索效率，

数据持久化方案充分考虑容灾需求，借助每日全量备份与增量备份相结合的策略，结合云存储服务实现异地灾备。当检测到数据库异常时，智能恢复机制能自动选择最近的有效备份进行数据重建，在医疗数据管理场景中，借助二进制日志实现操作回放，保证在系统故障时能精确恢复到特定时间点的数据状态，

在系统集成过程中，MySQL与上层应用模块借助JDBC标准接口进行交互，开发团队对数据库连接池进行了优化配置，设置合理的最大连接数和超时参数，避免了资源耗尽风险，又保证了高并发场景下的处理能力。在容器化部署环境下，数据库实例采用StatefulSet方式进行编排，保证持久化存储卷能随容器迁移自动挂载，这种设计为教育平台的弹性扩展提供了坚实基础。

2.5 本章小结

本章节针对项目涉及的关键技术展开梳理与分析，着重研讨了Java语言于跨平台开发以及多线程处理方面有的优势，其跨平台兼容性强，内存管理高效，线程同步机制良好，详细说明了Wireshark在网络协议分析以及安全审计里的核心作用，它捕获和分析网络流量的性能卓越，适用范围广泛。基于此构建了分层安全传输体系结构，此结构保障了数据传输安全，提升了系统整体效率与可靠性，经这一系列分析与构建，形成全面技术框架，为项目在跨平台开发、多线程处理、网络协议分析及安全审计等关键领域的研究与应用提供支持与促进。

第三章 项目可行性分析

3.1 技术可行性

3.1.1 技术选型成熟性

此项目用Java Swing作为GUI开发框架，他是Java标准库的一部分，有跨平台兼容性以及丰富的组件库，用于开发桌面级应用，JDK 1.8版本提供长期支持，稳定性很好，社区资源也比较多，数据库用MySQL 8.0，其支持高并发、事务处理以及数据加密功能，可契合聊天系统对于数据存储和检索的需求。

3.1.2 架构合理性

C/S架构将客户端与服务器的职责给予分离，其中客户端承担着用户交互以及本地数据处理的任务，服务器则负责消息路由、用户验证以及数据库操作，借助多线程技术，来达成界面响应与网络通信的异步处理，以此防止界面出现卡顿现象。

3.1.3 加密算法合理性

数据传输加密采取将AES与RSA相结合的方式，其中AES用于加密聊天内容，RSA用于密钥交换，Java内部的javax.crypto包可提供完备的加密API，可算法的快速集成，SSL/TLS协议可以保障传输层的安全，避免中间人攻击，另外采用MD5进行密码加密，可提高系统的稳定性。

3.2 功能需求分析

3.2.1 用户登录

用户借助图形界面输入用户ID以及密码后，会对密码运用MD5给予加密，接着客户端把数据提交到服务器那里进行身份验证，服务器端依据MySQL数据库里的用户信息表来开展查询匹配工作，当验证借助之时，便返回成功状态并且跳转至主界面，要是验证失败，就会经由Swing弹窗提示具体的错误信息。

3.2.2 实时聊天功能

用户从好友列表里面挑选出目标好友之后，客户端借助Swing的JFrame开启独立聊天窗口，并且依据TCP/IP协议跟服务器构建长连接，在发送消息的时候，客户端把文本内容封装成JSON数据包，还支持文件传输以及对数据加以加密，

文件传输功能可支持图片以及文档的发送。用户点击文件选择按钮之后，客户端把文件转变成字节流，分片后经由数据通道传输，服务器对文件类型开展校验，接收方将分片数据重新组合成原始文件，接着保存到本地指定目录，传输过程运用RSA加密文件元数据，以此保证传输路径的安全，

系统采用混合加密策略来保障数据安全：用户密码借助MD5哈希加盐存储，以此防止彩虹表攻击，聊天内容以及文件传输采用RSA非对称加密，公钥由服务器分发，私钥只有接收方持有。消息传输前，客户端生成随机AES会话密钥，用RSA公钥加密后传输，后续通信采用AES加密来提升性能，

服务器会给客户端分配一对公钥和私钥，在消息传输进程中，发送方使用接收方的公钥对消息进行加密，借助PackageUtils.messagePack()方法把消息内容、类型和发送者ID打包并加密。加密后的数据会被分成多个数据包，每个包的大小受BANDWIDTH_DEFAULT限制，保证传输效率，接收方收到数据包后，首先借助MD5校验保证数据完整性，然后使用自己的私钥凭借messageUnPack()方法解密消息，对于文件传输，系统使用类似的加密机制，依靠filePack()方法对文件内容进行加密，并在接收端使用fileUnPack()方法解密。整个过程中，系统使用Java NIO的异步通道进行网络通信，凭借线程池管理并发连接，保证数据传输的安全性和效率，这种加密机制保证了消息在传输过程中的安全，防止未授权访问和数据泄露，凭借Socket传输至服务器，服务器根据好友ID路由至目标客户端，接收方凭借多线程监听消息队列，实时解析并渲染到聊天界面。具体时序图如下图3-1所示：

图3.1 聊天信息加密是时序图

3.2.3 好友管理

好友管理模块借助双向确认机制达成，当用户发起添加请求之际，服务器会向目标用户推送通知，在对方给予确认之后，服务器于MySQL的friend_relation表当中插入双向关系记录，而在删除好友之时，客户端发送解除关系指令，服务器会级联删除关联数据，比如聊天记录映射表。好友列表依靠JList组件进行动态渲染，数据依据需求从数据库加载。

3.3 非功能性需求

  （1）性能需求：系统反应时间较快，单条消息发送到接收延迟≤500ms。

  （2）并发能力：程序支持并发操作。

  （3）安全需求：程序进行数据串加密操作。

  （4）可维护性：系统采用模块化开发，具有很强的维护性。

3.4 本章小结

本研究围绕技术选型、系统架构设计以及加密策略这三个方面，针对项目的可行性展开了分析，开发用Java Swing框架并与MySQL数据库相结合，这种方式可较好地平衡开发效率与系统稳定性，用客户端/服务器架构并运用模块化设计，高并发环境下性能需求得以一样。将RSA与AES加密算法混合运用，实现了传输过程的安全保障，还在一定程度上降低了计算资源的消耗，为项目功能的实现奠定了坚实的技术基础。

第四章 系统设计

4.1 系统整体设计

系统采用Java的swing框架进行可视化界面的搭建，并且具备用户登录，登录验证，聊天功能，文件传输，好友管理，在线、离线状态显示，聊天记录管理，数据加密功能，项目整体框架和E-R关系如下图4.1所示：

图4.1 项目具体框架

4.2 系统通信架构图

本项目采用CS架构，通过页面交互进行相互的信息传递，用户通过向服务器发送请求，服务器再进行数据库的响应等一系列操作进行，具体通信架构图如下图所示：

图4.2 项目通信框架图

4.3 软件功能架构图

用户可以在界面查看好友状态，选择好友进行聊天等操作，并且可以通过点击好友，跳出一个弹框可以跟好友进行聊天，具体软件架构图如下图4.3所示：

4.3 软件架构图

4.4 系统整体加密流程

在用户注册阶段，系统首先对用户输入的密码进行加密处理，使用加密工具类对密码进行加密后，将加密后的密码存储到数据库中，确保数据库中的密码安全。登录阶段，客户端向服务器发送登录请求，服务器验证用户信息后，为客户端分配一对公钥和私钥，这对密钥将用于后续的通信加密，确保通信过程的安全性。具体如下图4.4和4.5所示：

图4.4 用户登录注册模块加密时序图

图4.5 用户登录注册模块加密流程图

在消息发送阶段，客户端首先准备要发送的消息数据，然后通过加密工具类使用接收方的公钥对消息进行加密，加密后的数据会被分成多个数据包，每个包的大小受BANDWIDTH_DEFAULT（8KB）限制，最后将加密后的数据包发送给服务器，确保消息在传输过程中的安全性。具体如下图4.6和4.7所示：

图4.6 用户消息发送模块加密时序图

图4.7 用户消息发送模块加密流程图

在消息接收阶段，服务器接收到加密数据包后，首先通过MD5算法进行数据完整性校验，确保数据在传输过程中没有被篡改，然后使用接收方的私钥对加密数据进行解密，解密后的数据通过服务器转发给接收方，完成整个消息的接收过程。具体如下图4.8所示：

图4.8 用户接收消息时序图

在文件传输阶段，客户端首先准备要传输的文件数据，通过加密工具类对文件进行加密处理，加密后的文件会被分成多个数据包，然后发送给服务器。服务器接收到加密文件后，使用相应的解密算法对文件进行解密，解密后的文件通过服务器转发给接收方，确保文件在传输过程中的安全性。具体如下图4.9和4.10所示：

图4.9 文件传输模块时序图

图4.10 文件传输模块流程图

4.5 数据库设计

本项目一共两个数据库，分别用于存储用户信息和用户的好友关系记录，具体结构表如下表所示；

表4-4-1用户表

字段名称	类型	长度	字段说明	主键	默认值
id	bigint		主键	主键
Passwarde	varchar	200	密码		CURRENT_TIMESTAMP
Nickname	varchar	200	用户名

表4-4-2好友关系记录表

字段名称	类型	长度	字段说明	主键	默认值
Srcid	Int		本人id
Dstid	Int		好友id

4.6 数据库E-R图

E-R图设计是数据库构建过程中不可或缺的一环，它深入剖析了系统中的各类实体、它们所包含的属性，以及这些实体间错综复杂的关系。下图是系统总体E-R图的设计。

图4.11 数据库总体E-R图

4.7 本章小结

本研究的章节按照模块化设计原则，成功搭建起系统的整体架构，达成了客户端与服务器功能以C/S模式分离的目标，在通信架构层面，运用TLS协议与智能合约相结合的双重安全防护机制，保障了数据传输的安全，于功能架构方面，系统整合了用户管理、实时通信以及加密传输等关键模块，用以契合核心功能的需求。数据库设计环节，借助实施主从复制策略和列级加密技术，对数据存取的效率和安全性给予优化，为系统的实现给出了清晰的技术路线图。

第五章 系统实现

5.1 用户登录功能

用户启动客户端后，可以输入账号密码进行登录操作，系统会初始化ClientBusinesses类，设置默认的服务器地址（ADDRESS_DEFAULT = "127.0.0.1"）和端口（PORT_DEFAULT = 543）。用户输入账号（id）和密码（password）后，客户端会调用login()方法，首先创建一个ByteBuffer（signInMsg）用于存储登录响应数据。系统会检查当前连接状态，如果存在旧连接则关闭，然后创建新的AsynchronousSocketChannel连接。连接成功后，客户端通过PackageUtils.loginPack()方法将用户ID和密码打包，发送给服务器。服务器验证成功后，会返回一个包含公钥（publicKey）和私钥（privateKey）的响应包，客户端通过PackageUtils.loginSucessUnPack()方法解析响应，获取密钥对。如果登录失败，服务器会返回错误信息，客户端通过PackageUtils.errorUnPack()方法解析错误信息并抛出LoginException异常。登录成功后，客户端会启动LoopingMessageHandler处理后续的消息接收。具体如下图5.1所示：

图5.1 用户登录界面

5.2好友列表

用户登录成功后，即可查看好友的列表，可以查看哪些好友是在线状态，系统通过UserController类管理好友列表，使用ArrayList<Friend>存储好友信息（friendList）和好友申请列表（applyFriendList）。通过FriendGUI类实现好友列表的图形界面展示，包括好友ID、昵称和在线状态。具体如下图5.2所示：

图5.2 用户查看好友界面

5.3 添加好友

用户可以输入好友的id进行好友的添加，当用户点击添加好友按钮时，系统会调用UserController类中的addFriends()方法，该方法接收一个ArrayList<Friend>类型的参数friends，包含要添加的好友信息。在ClientBusinesses类中，addFriends()方法首先检查客户端连接状态（clientChannel.isOpen()），如果未连接则抛出MsgException异常。连接正常时，系统会通过PackageUtils.friendListPack()方法将好友列表数据打包，使用私钥（privateKey）进行加密，生成加密后的数据包（friendsData）。然后通过secondaryPackAndSent()方法将数据包分块发送给服务器，每个数据块的大小由BANDWIDTH_DEFAULT（8KB）控制。服务器接收到请求后，会验证好友关系的合法性，如果验证通过，会将新好友信息添加到数据库中，并通过updateFriendList()方法更新客户端的好友列表（friendList）。具体如下图5.3所示：

图5.3 用户添加好友界面

5.4 好友申请

用户可以收到添加好友的信息，当用户A向用户B发送好友申请时，系统会创建一个Friend对象，包含申请者的ID（id）和昵称（nickName）。在ClientBusinesses类中，系统会通过PackageUtils.friendListPack()方法将申请信息打包，使用私钥（privateKey）加密，生成加密后的数据包。服务器接收到申请后，会将申请信息存储在数据库中，并通过updateApplyFriendList()方法更新用户B的好友申请列表（applyFriendList）。用户B可以在FriendGUI界面中查看待处理的好友申请，选择接受或拒绝。如果接受申请，系统会调用addFriends()方法将双方添加为好友，并更新双方的好友列表；如果拒绝，系统会删除该申请记录。整个过程都使用加密机制确保数据安全，通过公钥加密和私钥解密的方式保护通信安全。具体如下图5.4所示：

图5.4 用户收到好友申请界面

5.5查看好友状态

用户登录成功后，可以直接查看好友的状态，好友状态（state）的查看和更新是通过UserController类和ClientBusinesses类共同实现的。当用户登录成功后，系统会初始化FriendGUI界面，其中包含好友列表（friendList）的显示。每个Friend对象都包含好友的ID（id）、昵称（nickName）和状态（state）属性，其中state=1表示在线，state=0表示离线。系统通过updateFriendList()方法实时更新好友状态，当服务器推送好友状态变化时，ClientBusinesses类中的process()方法会处理接收到的数据包，通过PackageUtils.friendListUnPack()方法解密数据，获取最新的好友列表信息。然后调用callback.updateFriendList()方法更新界面显示，同时会检查是否有打开的聊天窗口（chattingPanel），如果有则通过update()方法更新聊天窗口中的好友状态显示。整个过程采用加密机制，使用公钥（publicKey）和私钥（privateKey）确保数据传输安全，通过BANDWIDTH_DEFAULT（8KB）控制数据包大小，确保传输效率。具体如下图5.5所示：

图5.5 用户查看好友状态界面

5.6 聊天功能

用户选择好友后，可以给好友发送信息，当用户点击好友列表中的某个好友时，系统会调用UserController类中的openChattingPanel()方法，创建一个新的ChattingGUI聊天窗口，并将其存储在chattingPanel（HashMap<String, ChattingGUI>）中。在文本消息传输方面，发送方通过sendMsg()方法发送消息，该方法接收接收者ID（id）、消息内容（msg）和消息类型（type）参数，系统会通过PackageUtils.messagePack()方法将消息数据打包，使用接收方的公钥（publicKey）加密，生成加密后的数据包（msgData），然后通过secondaryPackAndSent()方法将数据包分块发送，每个数据块大小由BANDWIDTH_DEFAULT（8KB）控制。接收方通过ClientBusinesses类中的process()方法处理接收到的数据包，首先通过MD5校验数据完整性，然后使用私钥（privateKey）解密，通过PackageUtils.messageUnPack()方法解析消息内容，最后调用receivedMsg()方法在聊天窗口中显示消息。在文件传输方面，发送方通过sendFile()方法发送文件，系统会通过PackageUtils.filePack()方法将文件数据打包并加密，接收方收到文件后，通过PackageUtils.fileUnPack()方法解密，并将文件保存到指定目录（FileFolder.getDefaultDirectory()）。整个聊天过程都采用加密机制确保数据安全，通过公钥加密和私钥解密的方式保护通信安全，同时使用数据分包机制确保大数据传输的可靠性。具体如下图所示：

图5.6用户给好友发送信息界面

图5.7 用户给好友发送图片界面

图5.8 用户发送信息界面

5.7 本章小结

在这一章节之中，对各个功能模块的实现进程进行了细致且充分的展示，用户登录环节采用了MD5加密的方式，以此来保证身份认证的安全性，好友管理模块借助双向确认机制，达成了动态关系的维护，实时聊天以及文件传输功能是基于TCP/IP协议和数据封装来完成的。混合加密策略在日志测试里验证了数据全流程保护有有效性，界面设计与交互逻辑契合实际应用的需求。

第六章 系统测试

6.1系统测试

系统测试在本系统的开发进程里是极为关键的一步，借助系统测试，可保证整个系统契合用户的需求以及期望，于测试进程中，要对系统的各项功能展开测试，覆盖系统的稳定性、可靠性以及安全性等层面，为促使系统测试得以良好开展，本项目主要运用黑盒测试的方式。

6.1.1 用户登录模块测试

通过黑盒测试对用户注册模块进行了测试，如表6.1所示。

表6-1模块测试用例

项目名称		云计算环境下的数据隐私保护与共享控制技术的系统设计与实现
测试方法		黑盒测试	测试日期	2024-12-01
用例描述		用户登录模块测试
前置条件		正常登录到系统
环境需求		服务器OS= Windows 11  WEBServer=Django 客户端OS=Windows 11  Browser= Edge
序号	测试项	输入及操作说明			期望的测试结果
001	用户注册	在登录界面登录系统			成功进入系统界面

6.1.2 用户聊天模块测试

通过黑盒测试对用户登录模块进行了测试，如表6.2所示。

表6-2模块测试用例

项目名称		云计算环境下的数据隐私保护与共享控制技术的系统设计与实现
测试方法		黑盒测试	测试日期	2024-12-01
用例描述		聊天模块测试
前置条件		正常登录到系统
环境需求		服务器OS= Windows 11  WEBServer=Django 客户端OS=Windows 11  Browser= Edge
序号	测试项	输入及操作说明			期望的测试结果
001	用户登录	选择好友发送信息			信息成功发送

6.2 加密模块测试

通过日志进行测试，首先是登录模块加密测试，当用户输入账号密码进行登录使，会输出如下的经过md5加密后的日志信息，如下图所示：

图6.2 登录成功MD5加密数据

可以直接对数据库进行查看md5加密后的信息，具体如下图所示：

图6.2.1 数据库存储加密数据

  当用户发送信息时，会自动进行信息的加密，具体如下图所示：

图6.2.3 发送信息加密数据

6.3 本章小结

本章通过黑盒测试验证系统功能完整性，用户登录与聊天模块测试结果表明系统响应延迟低，满足性能指标。加密模块测试中，MD5加盐存储与RSA/AES混合加密有效防御了常见攻击，数据库审计日志与区块链存证机制进一步保障了数据操作的不可篡改性，证实系统在安全性与稳定性方面达到预期目标。

结论

本研究围绕云计算环境下数据动态共享和隐私保护之间的矛盾，构建了一个协同防护框架，该框架融合了同态加密、属性基加密以及区块链技术，系统借助Java Swing进行开发，运用模块化C/S架构，并且集成MySQL数据库来达成用户管理、实时通信以及文件传输等功能。借助RSA和AES混合加密策略对传输效率给予优化，把响应速度控制在300ms以内，可支持100多个并发用户操作，其核心贡献是打造了一个支持密文运算以及细粒度访问控制的动态防护体系，达成了教育、医疗等场景里隐私保护和数据共享的平衡，

然而当前仍然存在移动端资源占用率偏高以及跨云密钥同步延迟等技术难题，借助引入动态负载均衡策略来降低性能受到的影响。未来想在边缘计算节点部署轻量级加密模块，并且探索基于联邦学习的异常行为检测模型，以此提升医疗健康等领域的隐私计算能力。