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基于固态硬盘加密方法的研究

作　者: 王亮
导　师: 许如初
学　校: 华中科技大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 固态硬盘数据加密高级加密标准算法加密引擎密钥管理
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 23次
引　用: 0次
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内容摘要

随着固态硬盘(Solid State Disk)在高端数字领域的广泛应用,用户数据的存储安全成为一个重要课题。现有的数据保护技术有软件加密、Trusted Platform Module(TPM)芯片、加密卡硬件加密等技术。软件加密占用主机资源,硬件加密实施成本高,在固态硬盘控制器中实施加密引擎,无需独立的硬件实现并且加解密操作对用户透明,是一种安全实用的方案。通过研究分析固态硬盘的读写数据流,根据加密引擎的位置提出了加密固态硬盘的设计方案。高级加密标准算法(Advanced Encryption Standard, AES)作为取代数据加密算法(Data Encryption Standard, DES)被广泛应用于用户敏感数据的保护。为了获得高速加密引擎,需要大量的硬件逻辑。提出了一种速度与面积折中的AES加密引擎实施方案,使用流水线技术提高加密引擎的吞吐率;通过查表方式实现SubBytes/ InvSubBytes运算,减少加密引擎消耗的硬件逻辑,充分使用闲置的Block RAM,并且将Sbox和Invbox存放在同一Block RAM中,减少AES加密引擎对Block RAM资源的消耗。加密引擎的安全性取决于密钥体系的设计,根据硬盘数据读写的特点,提出了多种密钥存储应用体系,使加密引擎的输入流对用户透明,并且使用扇区级密钥和文本密钥提高密钥破解难度。使用Xilinx ISE软件在Xilinx FPGA xc6slx45-3fgg484上对加密引擎进行仿真,加密引擎占用785个slice,时钟频率达到232.748MHz,吞吐率达到1.986Gbits/s。实验结果表明:加密引擎的吞吐率能够满足Serial Advanced Technology Attachment(SATA)1.0接口固态硬盘的读写速率,加密引擎可以在固态硬盘中实施。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-8
1 绪论  8-14
  1.1 课题背景  8-9
  1.2 国内外研究现状  9-11
  1.3 固态硬盘SSD  11-12
  1.4 研究目的和主要内容  12-14
2 加密学的背景知识  14-25
  2.1 密码学基础知识  14-15
  2.2 常用加密模式  15-19
  2.3 加密算法AES  19-24
  2.4 本章小结  24-25
3 固态硬盘加密方案的设计  25-38
  3.1 加密固态硬盘整体方案设计  25-26
  3.2 AES 加密引擎的设计  26-34
  3.3 加密引擎密钥的管理  34-37
  3.4 本章小结  37-38
4 固态硬盘加密方案的实现  38-46
  4.1 加密固态硬盘控制器的实现  38-39
  4.2 加密引擎的实现  39-45
  4.3 本章小结  45-46
5 仿真与性能分析  46-50
  5.1 功能仿真  46-48
  5.2 性能分析  48-49
  5.3 本章小结  49-50
6 全文总结  50-52
  6.1 总结  50
  6.2 下一步工作展望  50-52
致谢  52-53
参考文献  53-57
附录1 硕士研究生期间发表的学术论文目录  57

基于固态硬盘加密方法的研究

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