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：

• 可能会对系统性能产生影响，因为加密和解密操作由CPU处理，这会增加计算负担。
• 软件加密方案通常依赖于操作系统的支持和管理，可能会面临操作系统漏洞带来的安全风险。

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：

• 安全性高：被认为是非常安全的加密算法，目前无有效的攻击方法能够破解AES加密。
• 高效：AES设计时考虑了性能，能够在各种计算平台上高效运行。
• 应用广泛：用于各种应用和协议中，如SSL/TLS、IPsec、文件加密等，确保数据在存储和传输过程中的安全性。

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：

• 设备配置和管理：负责存储设备的配置，包括设置安全策略、加密参数、密钥管理等。
• 权限控制：定义和管理不同用户和管理员的访问权限。
• 密钥管理：生成、分发和存储密钥，确保密钥的安全使用和管理。
• 策略实施：实施和监督安全策略，如数据加密、访问控制等。

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：

• 实现数据锁定功能，确保只有授权用户或管理员能够访问或修改存储在设备上的数据。
• 提供防篡改功能，防止数据被未经授权的用户修改或删除。
• 定义和管理锁定策略，例如当设备进入休眠模式或在未使用时自动锁定。

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。

• 密钥生成：借助内置的加密处理器或安全模块生成和管理密钥，确保密钥的随机性和安全性。同时，借助高质量的随机数生成器，产生强密码密钥，确保密钥的不可预测性和强度。
• 密钥存储：借助硬件加密模块（如前文所述的SED）存储密钥，防止未经授权情况下的密钥访问。对于关键密钥，在硬盘上将以加密形式存储，例如，将AES密钥加密存储在SSD的安全区域。
• 密钥保护：一般采用严格的访问控制来限制用户对密钥的访问，确保只有授权的用户或系统组件能够访问密钥；SSD也支持定期更新密钥，防止长期使用同一密钥导致的安全风险；存储密钥的硬件模块可具备防篡改能力，应对各种物理攻击和硬件篡改。

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：

• 硬件数字签名算法：用于验证数据的完整性，防止数据被篡改或伪造。
• 数据加密算法：保护存储在SSD上的数据的安全性，防止数据被非法访问或窃取。
• 多分区数据保护：对分散存储在不同软件的本地和云端应用中的私人数据提供保护，提高数据管理的便捷性和效率。

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。