SSD固態(tài)硬盤(pán)加密技術(shù)對于保護數據安全至關(guān)重要，突出體現在企業(yè)環(huán)境和個(gè)人隱私保護等方面，用于防止數據泄露，滿(mǎn)足合規需求，并保護數據完整性。SSD數據加密中，通常涉及軟件加密、全盤(pán)加密（自加密硬盤(pán)）、加密標準和協(xié)議，以及密鑰管理等加解密技術(shù)和方法，本文將簡(jiǎn)單介紹與探討這些關(guān)鍵概念與要點(diǎn)。

01、軟件加密

基于軟件的加密是在操作系統級別或應用程序級別進(jìn)行的數據加密，由軟件（例如全盤(pán)加密軟件）負責加密和解密操作。常見(jiàn)的實(shí)現包括Windows BitLocker、macOS FileVault、Linux LUKS（Linux Unified Key Setup）等各種加密工具，可以提供較高的靈活性和兼容性，支持不同類(lèi)型的存儲設備，更新和升級較為方便。

相較于硬件加密，軟件加密突出的不足體現在：

• 可能會(huì )對系統性能產(chǎn)生影響，因為加密和解密操作由CPU處理，這會(huì )增加計算負擔。
• 軟件加密方案通常依賴(lài)于操作系統的支持和管理，可能會(huì )面臨操作系統漏洞帶來(lái)的安全風(fēng)險。

02、自加密硬盤(pán)

自加密硬盤(pán)（Self-Encrypting Drives，簡(jiǎn)稱(chēng)SED）是內置了加密功能的SSD，通常具備硬件加密引擎，可以實(shí)時(shí)對寫(xiě)入的數據自動(dòng)加密，對讀取的數據自動(dòng)解密，而無(wú)需額外的軟件支持。

除高性能和自動(dòng)化的優(yōu)勢之外，SED提供有效的數據安全防護。其通常遵循相關(guān)加密標準，提供透明加密和訪(fǎng)問(wèn)控制，即使硬盤(pán)被物理盜取，數據也無(wú)法被非法訪(fǎng)問(wèn)。

SED常用AES等硬件加密標準，其在SSD內部配備硬件加密模塊，負責實(shí)現HOST數據寫(xiě)入或讀取過(guò)程中的加解密。使用的加密密鑰由SSD的固件來(lái)管理，保存在NAND上或SOC內部的OTP（One-Time Programmable）區域。

可見(jiàn)，在SSD控制器內部的硬件加密，通常對系統性能的影響較小，釋放了CPU資源；同時(shí)也能提供更高的安全性，其密鑰和加密操作由硬件保護，不易受到軟件層面的攻擊。

03、加密標準和協(xié)議

高級加密標準AES

高級加密標準（Advanced Encryption Standard，簡(jiǎn)稱(chēng)AES）是一種對稱(chēng)加密算法，支持128位、192位和256位三種不同長(cháng)度的密鑰，密鑰長(cháng)度決定了加密的強度和處理速度。多數SSD使用AES-256加密標準，這是目前最常見(jiàn)和安全的對稱(chēng)加密算法。

對稱(chēng)加密算法是指加密和解密使用相同的密鑰，只有擁有密鑰的雙方才能解密數據。AES采用塊加密的方式，將數據分成固定大小的塊并逐塊加密，每塊數據都獨立地經(jīng)過(guò)相同的加密過(guò)程。

如下圖所示，AES的加密過(guò)程為：

1. 初始輪：在加密的開(kāi)始階段，對數據塊進(jìn)行初步的密鑰混合。

2. 主輪：包括多個(gè)輪次（10輪、12輪或14輪，具體取決于密鑰長(cháng)度），每輪包含四個(gè)操作：

①逐字節替換（SubBytes）：使用一個(gè)S-盒對數據進(jìn)行字節級替換。

②平移行（ShiftRows）：對數據的行進(jìn)行移位操作，增加混淆度。

③混合列（MixColumns）：對數據的列進(jìn)行混合，進(jìn)一步擴散信息。

④與輪密鑰按位異或（AddRoundKey）：將當前數據塊與輪密鑰進(jìn)行異或操作。

3. 最終輪：與主輪類(lèi)似，但不包括列混合操作。

AES解密過(guò)程與加密過(guò)程相似，但操作的順序和使用的逆操作不同。解密時(shí)，需要逆向進(jìn)行所有步驟，包括逆S-盒、逆移位和逆混合列等。

◎AES加密和解密過(guò)程

由此可以看出，AES主要特點(diǎn)包括：

• 安全性高：被認為是非常安全的加密算法，目前無(wú)有效的攻擊方法能夠破解AES加密。
• 高效：AES設計時(shí)考慮了性能，能夠在各種計算平臺上高效運行。
• 應用廣泛：用于各種應用和協(xié)議中，如SSL/TLS、IPsec、文件加密等，確保數據在存儲和傳輸過(guò)程中的安全性。

TCG Opal與IEEE 1667

可信計算組織（Trusted Computing Group，簡(jiǎn)稱(chēng)TCG）是致力于推動(dòng)計算機安全的非營(yíng)利性組織，目標是通過(guò)制定和推廣標準來(lái)增強計算環(huán)境的安全性和可信性，這些標準涵蓋硬件、軟件以及系統級別的安全措施。

TCG Opal作為硬件加密規范標準，定義了如何在SSD中實(shí)現數據加密和保護，具體包括用于SSD的加密和身份驗證規范，允許管理員設置密碼策略，啟用或禁用硬盤(pán)鎖定等功能。該標準與IEEE 1667兼容，使得操作系統可以直接與驅動(dòng)器的加密功能交互，例如Windows的BitLocker To Go可以利用這一標準來(lái)加密SSD。

在TCG存儲協(xié)議中，定義了“Admin SP”和“Locking SP”這兩個(gè)與存儲設備的安全功能相關(guān)的重要概念，用于幫助確保數據的安全性和完整性，并提供管理和訪(fǎng)問(wèn)控制的標準。

1.Admin SP（Administrative Service Provider），指存儲設備中的一個(gè)角色，負責管理和控制存儲設備的安全設置和功能。其主要職責包括：

• 設備配置和管理：負責存儲設備的配置，包括設置安全策略、加密參數、密鑰管理等。
• 權限控制：定義和管理不同用戶(hù)和管理員的訪(fǎng)問(wèn)權限。
• 密鑰管理：生成、分發(fā)和存儲密鑰，確保密鑰的安全使用和管理。
• 策略實(shí)施：實(shí)施和監督安全策略，如數據加密、訪(fǎng)問(wèn)控制等。

TCG存儲協(xié)議通過(guò)對Admin SP角色和功能的詳細描述，確保設備可以通過(guò)統一的標準進(jìn)行管理和配置。Admin SP可以通過(guò)控制和配置存儲設備來(lái)增強設備的安全性，并實(shí)現數據保護和訪(fǎng)問(wèn)控制。

2.Locking SP（Locking Service Provider），指在存儲設備上實(shí)現數據鎖定和保護的服務(wù)提供者。其主要職責包括：

• 實(shí)現數據鎖定功能，確保只有授權用戶(hù)或管理員能夠訪(fǎng)問(wèn)或修改存儲在設備上的數據。
• 提供防篡改功能，防止數據被未經(jīng)授權的用戶(hù)修改或刪除。
• 定義和管理鎖定策略，例如當設備進(jìn)入休眠模式或在未使用時(shí)自動(dòng)鎖定。

TCG存儲協(xié)議將Locking SP的功能定義為提供數據保護和安全性，未經(jīng)授權的數據訪(fǎng)問(wèn)或篡改。通過(guò)實(shí)現鎖定機制，確保只有通過(guò)適當的認證和授權程序的用戶(hù)可以訪(fǎng)問(wèn)數據。

04、密鑰管理

SSD通常利用一系列內部密鑰管理機制來(lái)保障數據的安全性，包括密鑰生成、存儲和保護。

• 密鑰生成：借助內置的加密處理器或安全模塊生成和管理密鑰，確保密鑰的隨機性和安全性。同時(shí)，借助高質(zhì)量的隨機數生成器，產(chǎn)生強密碼密鑰，確保密鑰的不可預測性和強度。
• 密鑰存儲：借助硬件加密模塊（如前文所述的SED）存儲密鑰，防止未經(jīng)授權情況下的密鑰訪(fǎng)問(wèn)。對于關(guān)鍵密鑰，在硬盤(pán)上將以加密形式存儲，例如，將AES密鑰加密存儲在SSD的安全區域。
• 密鑰保護：一般采用嚴格的訪(fǎng)問(wèn)控制來(lái)限制用戶(hù)對密鑰的訪(fǎng)問(wèn)，確保只有授權的用戶(hù)或系統組件能夠訪(fǎng)問(wèn)密鑰；SSD也支持定期更新密鑰，防止長(cháng)期使用同一密鑰導致的安全風(fēng)險；存儲密鑰的硬件模塊可具備防篡改能力，應對各種物理攻擊和硬件篡改。

除對稱(chēng)加密算法外，SSD也支持非對稱(chēng)加密算法，如RSA或ECC。非對稱(chēng)加密算法采用密鑰對（包含公鑰和私鑰）進(jìn)行加密，公鑰可以公開(kāi)分發(fā)，而私鑰則需要保護。

在SSD實(shí)際應用中，非對稱(chēng)加密算法通常用于固件的數字簽名驗證，而數據本身則使用對稱(chēng)加密算法進(jìn)行加密，因為對稱(chēng)加密在處理大規模數據時(shí)效率更高。

05、憶聯(lián)SSD加密技術(shù)

綜上所述，SSD加密技術(shù)通過(guò)多種手段確保數據安全，包括從硬件級別的SED到標準化的TCG Opal，提供了從靜態(tài)數據保護到動(dòng)態(tài)訪(fǎng)問(wèn)控制的全面安全解決方案。

憶聯(lián)SSD產(chǎn)品支持硬件加密以及業(yè)界多種標準的加密算法，例如，內置AES-128/256、SHA256、RSA2048加密算法，遵從TCG Opal 2.0標準。相關(guān)加密算法不僅包含對用戶(hù)數據的加密，也涵蓋了產(chǎn)品固件包的簽名發(fā)布，以保障固件發(fā)布后不會(huì )被惡意篡改，從而進(jìn)一步確保SSD產(chǎn)品安全性。

以憶聯(lián)新一代消費級SSD AM541為例，為滿(mǎn)足不同場(chǎng)景下對數據安全性的需求，該產(chǎn)品支持TCG opal/Pyrite、國密SM2/3/4、AES-256等多種加密算法，借助這些更高級別的數據保護，有效保障用戶(hù)數據隱私，確保數據在存儲、傳輸等過(guò)程中的安全性。

◎憶聯(lián)AM541

加密算法和技術(shù)在憶聯(lián)SSD中的應用，主要包括如下幾個(gè)方面：

• 硬件數字簽名算法：用于驗證數據的完整性，防止數據被篡改或偽造。
• 數據加密算法：保護存儲在SSD上的數據的安全性，防止數據被非法訪(fǎng)問(wèn)或竊取。
• 多分區數據保護：對分散存儲在不同軟件的本地和云端應用中的私人數據提供保護，提高數據管理的便捷性和效率。

借助多重加密技術(shù)，憶聯(lián)SSD能夠為數據搭建起堅實(shí)的安全屏障，有效保護用戶(hù)數據免受非法訪(fǎng)問(wèn)和竊取，同時(shí)確保數據在存儲和傳輸過(guò)程中的完整性。因此，憶聯(lián)SSD不僅提高了數據的安全性，也滿(mǎn)足了多種應用場(chǎng)景下的數據保護需求，借助技術(shù)的持續升級，實(shí)現更高效、更安全的數據存儲服務(wù)。