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基于AES和SM4加密算法的固態(tài)硬盤(pán)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

電子技術(shù)應(yīng)用

王麗娟，沈慶，徐彬，楊楚瑋，侯慶慶

中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所

摘要： 硬盤(pán)安全存儲(chǔ)是固態(tài)硬盤(pán)（SSD）相關(guān)技術(shù)中的一個(gè)核心問(wèn)題?；赟ATA接口，提出了一種在SSD控制器設(shè)計(jì)時(shí)，添加硬件模塊實(shí)現(xiàn)多種加密算法來(lái)進(jìn)行SSD存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的加解密方法，實(shí)現(xiàn)了AES和SM4兩種算法。實(shí)驗(yàn)表明，方案中設(shè)計(jì)的SSD進(jìn)行加密讀速率為223 MB/s，寫(xiě)速率159 MB/s，提出的加密算法對(duì)SATA硬盤(pán)的讀寫(xiě)速度無(wú)影響。方案中的加密算法為硬件并行輸入，對(duì)SATA接口的速度和其他因素沒(méi)有干擾，因此保證了加密速度較快、兼容性高、安全性高和靈活性強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。

關(guān)鍵詞： SATA接口固態(tài)硬盤(pán) AES SM4

中圖分類(lèi)號(hào)：TP333.3+5 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245578
中文引用格式： 王麗娟，沈慶，徐彬，等. 基于AES和SM4加密算法的固態(tài)硬盤(pán)設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[J]. 電子技術(shù)應(yīng)用，2025，51(1)：29-33.
英文引用格式： Wang Lijuan，Shen Qing，Xu Bin，et al. Design and implementation of solid state drive based on AES and SM4 encryption[J]. Application of Electronic Technique，2025，51(1)：29-33.

Design and implementation of solid state drive based on AES and SM4 encryption

Wang Lijuan，Shen Qing，Xu Bin，Yang Chuwei，Hou Qingqing

The Fifty-Eighth Research Institute of China Electronic Technology Group Corporation

Abstract： Secure storage of hard drives is a core issue in solid state disk related technologies. Based on the SATA interface, a hardware module is proposed to implement multiple encryption algorithms for SSD storage data encryption and decryption in the design of SSD controllers. Two algorithms, AES and SM4, are implemented. The experiment shows that the SSD disk designed in this scheme has an encrypted read speed of 223 MB/s and a write speed of 159 MB/s. The encryption algorithm proposed in this paper has no effect on the read and write speed of SATA hard drives. The encryption algorithm in this scheme is hardware parallel input, which does not interfere with the speed and other factors of the SATA interface, thus ensuring the advantages of fast encryption speed, high compatibility, high security, and strong flexibility.

Key words : SATA；solid state drive；AES；SM4

引言

固態(tài)硬盤(pán)（Solid State Drive, SSD）作為一種數(shù)據(jù)存儲(chǔ)介質(zhì)，在個(gè)人電腦、服務(wù)器、移動(dòng)設(shè)備上均有著十分廣泛的應(yīng)用。隨著信息數(shù)據(jù)的不斷增加，硬盤(pán)容量的不斷擴(kuò)大、傳輸速度的不斷提高[1]，對(duì)硬盤(pán)安全存儲(chǔ)的要求也在不斷提高。傳統(tǒng)軟件加密的速率低、CPU資源占有率高、安全性差的問(wèn)題逐漸凸顯。固態(tài)硬盤(pán)相關(guān)技術(shù)需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題有高速傳輸接口的IP實(shí)現(xiàn)、高性能糾錯(cuò)技術(shù)的實(shí)現(xiàn)和高性能高安全固態(tài)存儲(chǔ)模塊的實(shí)現(xiàn)[2-5]等。加密技術(shù)是實(shí)現(xiàn)安全存儲(chǔ)的一種有效方法。

SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高級(jí)技術(shù)附件)接口是硬盤(pán)存儲(chǔ)的通用接口，并正在向傳輸速度快、便攜性好、兼容性強(qiáng)的方向發(fā)展。使用SATA硬件接口為數(shù)據(jù)加密，SATA以其速率高、密鑰管理靈活的優(yōu)點(diǎn)成為解決硬盤(pán)安全存儲(chǔ)問(wèn)題的首選方案。

本文提出了基于SATA接口的加密固態(tài)硬盤(pán)設(shè)計(jì)方法，是指在SSD控制器設(shè)計(jì)時(shí)通過(guò)硬件實(shí)現(xiàn)多種加密算法來(lái)進(jìn)行SSD存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的加解密，通過(guò)控制器配置加密算法相關(guān)參數(shù)配置，實(shí)現(xiàn)加密算法的靈活性。

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作者信息：

王麗娟，沈慶，徐彬，楊楚瑋，侯慶慶

（中國(guó)電子科技集團(tuán)公司第五十八研究所，江蘇無(wú)錫214063）

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