Tech Talk: 一文看懂SSD数据加密技术

日期:2024-09-11 浏览:344 分享:

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SSD固态硬盘加密技术对于保护数据安全至关重要,突出体现在企业环境和个人隐私保护等方面,用于防止数据泄露,满足合规需求,并保护数据完整性。SSD数据加密中,通常涉及软件加密、全盘加密(自加密硬盘)、加密标准和协议,以及密钥管理等加解密技术和方法,本文将简单介绍与探讨这些关键概念与要点。



01、软件加密


基于软件的加密是在操作系统级别或应用程序级别进行的数据加密,由软件(例如全盘加密软件)负责加密和解密操作。常见的实现包括Windows BitLocker、macOS FileVault、Linux LUKS(Linux Unified Key Setup)等各种加密工具,可以提供较高的灵活性和兼容性,支持不同类型的存储设备,更新和升级较为方便。


相较于硬件加密,软件加密突出的不足体现在:



02、自加密硬盘


自加密硬盘(Self-Encrypting Drives,简称SED)是内置了加密功能的SSD,通常具备硬件加密引擎,可以实时对写入的数据自动加密,对读取的数据自动解密,而无需额外的软件支持。


除高性能和自动化的优势之外,SED提供有效的数据安全防护。其通常遵循相关加密标准,提供透明加密和访问控制,即使硬盘被物理盗取,数据也无法被非法访问。


SED常用AES等硬件加密标准,其在SSD内部配备硬件加密模块,负责实现HOST数据写入或读取过程中的加解密。使用的加密密钥由SSD的固件来管理,保存在NAND上或SOC内部的OTP(One-Time Programmable)区域。


可见,在SSD控制器内部的硬件加密,通常对系统性能的影响较小,释放了CPU资源;同时也能提供更高的安全性,其密钥和加密操作由硬件保护,不易受到软件层面的攻击。



03、加密标准和协议


高级加密标准AES


高级加密标准(Advanced Encryption Standard,简称AES)是一种对称加密算法,支持128位、192位和256位三种不同长度的密钥,密钥长度决定了加密的强度和处理速度。多数SSD使用AES-256加密标准,这是目前最常见和安全的对称加密算法。


对称加密算法是指加密和解密使用相同的密钥,只有拥有密钥的双方才能解密数据。AES采用块加密的方式,将数据分成固定大小的块并逐块加密,每块数据都独立地经过相同的加密过程。


如下图所示,AES的加密过程为:


1. 初始轮:在加密的开始阶段,对数据块进行初步的密钥混合。


2. 主轮:包括多个轮次(10轮、12轮或14轮,具体取决于密钥长度),每轮包含四个操作:

①逐字节替换(SubBytes):使用一个S-盒对数据进行字节级替换。

②平移行(ShiftRows):对数据的行进行移位操作,增加混淆度。

③混合列(MixColumns):对数据的列进行混合,进一步扩散信息。

④与轮密钥按位异或(AddRoundKey):将当前数据块与轮密钥进行异或操作。


3. 最终轮:与主轮类似,但不包括列混合操作。

AES解密过程与加密过程相似,但操作的顺序和使用的逆操作不同。解密时,需要逆向进行所有步骤,包括逆S-盒、逆移位和逆混合列等。

AES加密和解密过程


由此可以看出,AES主要特点包括:



TCG Opal与IEEE 1667


可信计算组织(Trusted Computing Group,简称TCG)是致力于推动计算机安全的非营利性组织,目标是通过制定和推广标准来增强计算环境的安全性和可信性,这些标准涵盖硬件、软件以及系统级别的安全措施。


TCG Opal作为硬件加密规范标准,定义了如何在SSD中实现数据加密和保护,具体包括用于SSD的加密和身份验证规范,允许管理员设置密码策略,启用或禁用硬盘锁定等功能。该标准与IEEE 1667兼容,使得操作系统可以直接与驱动器的加密功能交互,例如Windows的BitLocker To Go可以利用这一标准来加密SSD。


在TCG存储协议中,定义了“Admin SP”和“Locking SP”这两个与存储设备的安全功能相关的重要概念,用于帮助确保数据的安全性和完整性,并提供管理和访问控制的标准。


1.Admin SP(Administrative Service Provider),指存储设备中的一个角色,负责管理和控制存储设备的安全设置和功能。其主要职责包括:

TCG存储协议通过对Admin SP角色和功能的详细描述,确保设备可以通过统一的标准进行管理和配置。Admin SP可以通过控制和配置存储设备来增强设备的安全性,并实现数据保护和访问控制。


2.Locking SP(Locking Service Provider),指在存储设备上实现数据锁定和保护的服务提供者。其主要职责包括:


TCG存储协议将Locking SP的功能定义为提供数据保护和安全性,未经授权的数据访问或篡改。通过实现锁定机制,确保只有通过适当的认证和授权程序的用户可以访问数据。



04、密钥管理


SSD通常利用一系列内部密钥管理机制来保障数据的安全性,包括密钥生成、存储和保护。

除对称加密算法外,SSD也支持非对称加密算法,如RSA或ECC。非对称加密算法采用密钥对(包含公钥和私钥)进行加密,公钥可以公开分发,而私钥则需要保护。


在SSD实际应用中,非对称加密算法通常用于固件的数字签名验证,而数据本身则使用对称加密算法进行加密,因为对称加密在处理大规模数据时效率更高。



05、忆联SSD加密技术


综上所述,SSD加密技术通过多种手段确保数据安全,包括从硬件级别的SED到标准化的TCG Opal,提供了从静态数据保护到动态访问控制的全面安全解决方案。


忆联SSD产品支持硬件加密以及业界多种标准的加密算法,例如,内置AES-128/256、SHA256、RSA2048加密算法,遵从TCG Opal 2.0标准。相关加密算法不仅包含对用户数据的加密,也涵盖了产品固件包的签名发布,以保障固件发布后不会被恶意篡改,从而进一步确保SSD产品安全性。


以忆联新一代消费级SSD AM541为例,为满足不同场景下对数据安全性的需求,该产品支持TCG opal/Pyrite、国密SM2/3/4、AES-256等多种加密算法,借助这些更高级别的数据保护,有效保障用户数据隐私,确保数据在存储、传输等过程中的安全性。

忆联AM541


加密算法和技术在忆联SSD中的应用,主要包括如下几个方面:



借助多重加密技术,忆联SSD能够为数据搭建起坚实的安全屏障,有效保护用户数据免受非法访问和窃取,同时确保数据在存储和传输过程中的完整性。因此,忆联SSD不仅提高了数据的安全性,也满足了多种应用场景下的数据保护需求,借助技术的持续升级,实现更高效、更安全的数据存储服务。


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