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)。
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:
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。
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:
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:
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:
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。
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。
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。
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:
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)。
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