SSD固態硬盤加密技術對于保護數據安全至關重要，突出體現在企業環境和個人隱私保護等方面，用于防止數據泄露，滿足合規需求，并保護數據完整性。SSD數據加密中，通常涉及軟件加密、全盤加密（自加密硬盤）、加密標準和協議，以及密鑰管理等加解密技術和方法，本文將簡單介紹與探討這些關鍵概念與要點。

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行的數據加密，由軟件（例如全盤加密軟件）負責加密和解密操作。常見的實現包括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：

• 可能會對系統性能產生影響，因為加密和解密操作由CPU處理，這會增加計算負擔。
• 軟件加密方案通常依賴于操作系統的支持和管理，可能會面臨操作系統漏洞帶來的安全風險。

02、自加密硬盤

自加密硬盤（Self-Encrypting Drives，簡稱SED）是內置了加密功能的SSD，通常具備硬件加密引擎，可以實時對寫入的數據自動加密，對讀取的數據自動解密，而無需額外的軟件支持。

除高性能和自動化的優勢之外，SED提供有效的數據安全防護。其通常遵循相關加密標準，提供透明加密和訪問控制，即使硬盤被物理盜取，數據也無法被非法訪問。

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

可見，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、加密標準和協議

高級加密標準AES

高級加密標準（Advanced Encryption Standard，簡稱AES）是一種對稱加密算法，支持128位、192位和256位三種不同長度的密鑰，密鑰長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，這是目前最常見和安全的對稱加密算法。

對稱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過相同的加密過程。

如下圖所示，AES的加密過程為：

1. 初始輪：在加密的開始階段，對數據塊進行初步的密鑰混合。

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

①逐字節替換（SubBytes）：使用一個S-盒對數據進行字節級替換。

②平移行（ShiftRows）：對數據的行進行移位操作，增加混淆度。

③混合列（MixColumns）：對數據的列進行混合，進一步擴散信息。

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

3. 最終輪：與主輪類似，但不包括列混合操作。

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

◎AES加密和解密過程

由此可以看出，AES主要特點包括：

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

TCG Opal與IEEE 1667

可信計算組織（Trusted Computing Group，簡稱TCG）是致力于推動計算機安全的非營利性組織，目標是通過制定和推廣標準來增強計算環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器的加密功能交互，例如Windows的BitLocker To Go可以利用這一標準來加密SSD。

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

1.Admin SP（Administrative Service Provider），指存儲設備中的一個角色，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和管理員的訪問權限。
• 密鑰管理：生成、分發和存儲密鑰，確保密鑰的安全使用和管理。
• 策略實施：實施和監督安全策略，如數據加密、訪問控制等。

TCG存儲協議通過對Admin SP角色和功能的詳細描述，確保設備可以通過統一的標準進行管理和配置。Admin SP可以通過控制和配置存儲設備來增強設備的安全性，并實現數據保護和訪問控制。

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

• 實現數據鎖定功能，確保只有授權用戶或管理員能夠訪問或修改存儲在設備上的數據。
• 提供防篡改功能，防止數據被未經授權的用戶修改或刪除。
• 定義和管理鎖定策略，例如當設備進入休眠模式或在未使用時自動鎖定。

TCG存儲協議將Locking SP的功能定義為提供數據保護和安全性，未經授權的數據訪問或篡改。通過實現鎖定機制，確保只有通過適當的認證和授權程序的用戶可以訪問數據。

04、密鑰管理

SSD通常利用一系列內部密鑰管理機制來保障數據的安全性，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，借助高質量的隨機數生成器，產生強密碼密鑰，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，防止未經授權情況下的密鑰訪問。對于關鍵密鑰，在硬盤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：一般采用嚴格的訪問控制來限制用戶對密鑰的訪問，確保只有授權的用戶或系統組件能夠訪問密鑰；SSD也支持定期更新密鑰，防止長期使用同一密鑰導致的安全風險；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。

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

在SSD實際應用中，非對稱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加密算法進行加密，因為對稱加密在處理大規模數據時效率更高。

05、憶聯SSD加密技術

綜上所述，SSD加密技術通過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，提供了從靜態數據保護到動態訪問控制的全面安全解決方案。

憶聯SSD產品支持硬件加密以及業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。相關加密算法不僅包含對用戶數據的加密，也涵蓋了產品固件包的簽名發布，以保障固件發布后不會被惡意篡改，從而進一步確保SSD產品安全性。

以憶聯新一代消費級SSD AM541為例，為滿足不同場景下對數據安全性的需求，該產品支持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，有效保障用戶數據隱私，確保數據在存儲、傳輸等過程中的安全性。

◎憶聯AM541

加密算法和技術在憶聯SSD中的應用，主要包括如下幾個方面：

• 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，防止數據被非法訪問或竊取。
• 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，憶聯SSD能夠為數據搭建起堅實的安全屏障，有效保護用戶數據免受非法訪問和竊取，同時確保數據在存儲和傳輸過程中的完整性。因此，憶聯SSD不僅提高了數據的安全性，也滿足了多種應用場景下的數據保護需求，借助技術的持續升級，實現更高效、更安全的數據存儲服務。