CN105700830B - 一种支持worm存储的固态硬盘主控、固态硬盘及worm存储方法 - Google Patents

一种支持worm存储的固态硬盘主控、固态硬盘及worm存储方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种支持WORM存储的固态硬盘主控、固态硬盘及WORM存储方法，将TRNG和OTP用于固态硬盘，通过FTL映射表记录WORM数据区和非WORM数据区的映射关系，使得固态硬盘可以同时在WORM区域支持WORM业务和在非WORM区域支持非WORM业务；OTP内部存放的数据外部不可见，在访问WORM区域时，可以初始化读写通路上的加解密引擎，并可以加解密WORM区域的FTL映射表和WORM区域的用户数据，保证WORM区域FTL映射表和用户数据的私密性和完整性，防止篡改WORM数据；在解密失败时，若解密不成功，则返回错误报告，在第一时间检查到数据被篡改过，减小用户的损失；通过FTL映射表记录WORM区域是否写过数据，如果写过，则不能再次写入数据，防止WORM数据被覆盖，提高WORM存储的安全性和可靠性。

Description

一种支持WORM存储的固态硬盘主控、固态硬盘及WORM存储 方法
技术领域
本发明涉及WORM存储技术，具体为一种支持WORM存储的固态硬盘主控、固态硬盘及WORM存储方法。
背景技术
当前，很多企业在办公过程中会产生各种各样的计算机数据，其中一部分数据是属于要固化内容、防止篡改的，典型的如电子商务过程中产生的电子商务合同以及相关财务报告等。这类数据具有一次性写入、不可再编辑、可多次读取等特点。企业或单位在存储这类数据时，通常采用的是具备WORM属性的存储介质，如光盘、WORM磁带等。虽然这些介质在通常意义上是一次性写入的介质，但采用一些特殊技术还是能够对数据进行更改，且更改后的数据无法进行识别。
现有的WORM存储技术无法绕开非常规手段的数据篡改行为，如绕开存储阵列，直接对存储数据的磁盘进行数据更改、对光盘进行激光篡改等，这些篡改是无法被直接发现的，从而给WORM存储的使用者带来不可预估的损失。
本发明用到的名词解释如下：
WORM：Write Once Read Many，一次写入，多次读取，一般用于防篡改的数据存储。
SSD Controller：固态硬盘主控，用于管理NAND存储介质的模块，一方面向主机提供数据的输入输出接口，一方面利用NAND的接口将数据写入NAND或从NAND读取数据。
TRNG：真随机数产生电路。
NAND：用于存放数据的flash介质。
OTP：One Time Programming，一次性编程的电路，该电路一旦被编程过后就不能被再次编程。该电路从物理特性上保证数据只能写入一次，通常用于小量一次性数据存放。
FTL：Flash Translation Layer，Flash地址转换表，里面记录了主机侧用户数据在NAND上的物理位置信息等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是，针对现有技术不足，提供一种支持WORM存储的固态硬盘主控、固态硬盘及WORM存储方法。
为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是：一种支持WORM存储的固态硬盘主控，包括：
TRNG：用于在生产固态硬盘主控时产生一个真随机数，并烧录在OTP内；
OTP：用于存放固态硬盘主控生产时TRNG产生的真随机数；
FTL映射表：用于记录数据从主机地址到NAND地址的映射关系，每一种映射关系对应FTL映射表中的一条表项，同时记录WORM数据区和非WORM数据区的映射关系；
CPU：用于负责监控WORM数据区和非WORM数据区的数据，并决定是否利用加解密模块对WORM数据区和非WORM数据区的数据进行加解密处理；
加解密模块：用于利用OTP记录的真随机数，根据CPU的指令负责对FTL映射表记录的WORM数据区的用户数据以及WORM数据区的FTL映射表项进行加/解密。
所述加解密模块包括：
Encrypt Engine（加密引擎）：用于利用OTP记录的真随机数，负责对FTL映射表记录的WORM数据区的用户数据以及WORM数据区的FTL映射表项进行加密；
Decrypt Engine（解密引擎）：用于利用OTP里面记录的真随机数，负责对FTL映射表记录的WORM数据区的用户数据以及WORM数据区的FTL映射表项进行解密。
利用加/解密引擎对数据进行加解密，实现过程简单，安全可靠。
本发明还包括至少两个用于搬移加密和解密之后的数据的DMA组件，方便搬移数据。
相应地，本发明还提供了一种支持WORM存储的固态硬盘，包括上述固态硬盘主控和NAND；所述NAND用于存放WORM数据区已经加密的用户数据和WORM数据区已经加密的映射表项，同时存放非WORM数据区的用户数据和映射表项。
本发明还提供了一种利用上述固态硬盘实现WORM存储的方法，该方法包括数据写入部分和数据读取部分：
所述数据写入部分包括以下步骤：
1）CPU收到主机数据后，查找FTL映射表，判断所述主机数据写入的区域是否为WORM数据区，若是，则进入2）；否则，将主机数据直接写入NAND，添加更新的FTL映射表项，并进入4）；
2）判断主机数据写入的区域是否已经写入过数据，若是，则直接返回数据写保护；若否，则利用OTP内存放的真随机数配置Encrypt Engine，控制写数据通路经过EncryptEngine；
3）将经过Encrypt Engine加密的数据写入NAND，同时在FTL映射表中添加表项和WORM标记；
4）数据写入结束；
所述数据读取部分包括以下步骤：
1）CPU收到数据读取命令后，查找FTL映射表，判断是否读取WORM数据区的数据；若是，则进入2）；否则，根据FTL映射表项读取NAND上存储的数据，并进入4）；
2）判断WORM数据区的FTL映射表项是否已加载，若是，则利用OTP内存放的真随机数配置Decrypt Engine，控制读数据通路经过Decrypt Engine，然后进入3）；否则，利用OTP内存放的真随机数配置Decrypt Engine，控制读数据通路经过Decrypt Engine，然后加载WORM数据区的FTL映射表项，并判断配置后的Decrypt Engine是否解密成功，若是，进入3）；否则，返回错误报告；
3）根据加载的WORM数据区的FTL映射表项，读取NAND上的用户数据，然后判断配置后的Decrypt Engine是否解密成功，若否，则返回错误报告；否则，进入4）；
4）数据读取完成。
与现有技术相比，本发明所具有的有益效果为：本发明将TRNG和OTP用于固态硬盘，使固态硬盘作为WORM存储的存储设备成为可能，通过FTL映射表记录WORM数据区和非WORM数据区的映射关系，使得固态硬盘可以同时在WORM区域支持WORM业务和在非WORM区域支持非WORM业务；OTP内部存放的数据外部不可见，在访问WORM区域时，可以初始化读写通路上的加解密引擎，并可以加解密WORM区域的FTL映射表，防止篡改WORM数据，保证WORM区域FTL映射表的私密性和完整性；在数据被篡改，即解密失败时，返回错误报告，在第一时间检查到数据被篡改，减小用户的损失；通过FTL映射表记录WORM区域是否写过数据，如果写过，则不能再次写入数据，防止WORM数据被覆盖，提高WORM存储的安全性和可靠性。
附图说明
图1为本发明实施例固态硬盘的整体结构框图；
图2为本发明实施例写入数据流程图；
图3为本发明实施例读取数据流程图。
具体实施方式
如图1所示，本发明实施例固态硬盘主控（SSD Controller）包括以下组成部分：
FTL为映射表，记录数据从主机地址到NAND地址的映射关系，每一种关系对应FTL映射表中的一条表项。该FTL同时记录了WORM数据区和非WORM数据区的映射关系。
CPU，负责总调度，负责监控WORM和非WORM区域的数据，并决定是否对数据进行加解密。
TRNG为真随机数发生器，用于在生产固态硬盘主控时，产生一个真随机数，并烧录在OTP内。该真随机数可视为该固态硬盘主控内部的唯一标识，外部不可见。
OTP可用于存放少量一次性写入的数据。本发明主要用于存放固态硬盘主控生产时，TRNG产生的真随机数。
Encrypt/Decrypt Engine，加解密引擎，利用OTP里面记录的key(生产固态硬盘主控时，由TRNG产生的真随机数)，负责对FTL里面记录的WORM数据区的用户数据以及WORM区域的FTL映射表项进行加解密。
DMA，数据读写通路上，用于搬移数据的组件。
本发明的固态硬盘包括上述固态硬盘主控和NAND，NAND用于存放WORM区域的已经加密的用户数据和已经加密的WORM区域映射表项，同时存放非WORM区域的用户数据和映射表项。
本发明实施例的数据写入和数据读取流程分别见图2和图3。
为了实现本发明，在生产固态硬盘主控时，需要通过生产工具触发主控内部的TRNG产生随机数，并将该随机数以key的方式存放于内部的OTP区域；生产固态硬盘时，需要配置固态硬盘的WORM和非WORM区间。
在固态硬盘使用阶段：
a)用户将需要固化内容的数据写入WORM区域，并受到固态硬盘的WORM保护；不需要进行WORM保护的数据，可写入非WORM区域。
b)数据写到盘内，在写入NAND介质之前，主控检测是否为WORM区域数据写入。如果是，通过FTL表项内容检查是否已经写入过数据。
c)在b的基础上，如果没有写入过数据，那么OTP内存储的key配置加密引擎以及DMA，让数据在写通路上经过加密引擎。确保数据写入到NAND后防止被篡改。
d)在b、c基础上，添加FTL的WORM映射表项，同时将WORM映射表项经过加密引擎加密后写入NAND。
e)用户读取数据时，如果是WORM区域数据，需要使用OTP内部存储的key配置解密引擎，并配置DMA控制读通路上数据经过解密引擎。
在e的基础上，如果解密失败，则数据可能被篡改，进行报错。

Claims (5)

1.一种支持WORM存储的固态硬盘主控，其特征在于，包括：
TRNG：用于在生产固态硬盘主控时产生一个真随机数，并烧录在OTP内；TRNG为真随机数产生电路；
OTP：用于存放固态硬盘主控生产时TRNG产生的真随机数；OTP为一次性编程的电路；
FTL映射表：用于记录数据从主机地址到NAND地址的映射关系，每一种映射关系对应FTL映射表中的一条表项，同时记录WORM数据区和非WORM数据区的映射关系；FTL为Flash地址转换表；
CPU：用于负责监控WORM数据区和非WORM数据区的数据，并决定是否利用加解密模块对WORM数据区和非WORM数据区的数据进行加解密处理；
加解密模块：用于利用OTP记录的真随机数，根据CPU的指令负责对FTL映射表记录的WORM数据区的用户数据以及WORM数据区的FTL映射表项进行加/解密；WORM为一次写入，多次读取。
2.根据权利要求1所述的支持WORM存储的固态硬盘主控，其特征在于，还包括至少两个用于搬移加密和解密之后的数据的DMA组件。
3.根据权利要求1所述的支持WORM存储的固态硬盘主控，其特征在于，所述加解密模块包括：
加密引擎：用于利用OTP记录的真随机数，负责对FTL映射表记录的WORM数据区的用户数据以及WORM数据区的FTL映射表项进行加密；
解密引擎：用于利用OTP记录的真随机数，负责对FTL映射表记录的WORM数据区的用户数据以及WORM数据区的FTL映射表项进行解密。
4.一种支持WORM存储的固态硬盘，其特征在于，包括权利要求1～3之一所述的固态硬盘主控和NAND；所述NAND用于存放WORM数据区已经加密的用户数据和WORM数据区已经加密的映射表项，同时存放非WORM数据区的用户数据和映射表项。
5.一种利用权利要求4所述固态硬盘实现WORM存储的方法，其特征在于，该方法包括数据写入部分和数据读取部分：
所述数据写入部分包括以下步骤：
1)CPU收到主机数据后，查找FTL映射表，判断所述主机数据写入的区域是否为WORM数据区，若是，则进入2）；否则，将主机数据直接写入NAND，添加更新的FTL映射表项，并进入4）；
2)判断主机数据写入的区域是否已经写入过数据，若是，则直接返回数据写保护；若否，则利用OTP内存放的真随机数配置加密引擎，控制写数据通路经过加密引擎；
3)将经过加密引擎加密的数据写入NAND，同时在FTL映射表中添加表项和WORM标记；
4)数据写入结束；
所述数据读取部分包括以下步骤：
1)CPU收到数据读取命令后，查找FTL映射表，判断是否读取WORM数据区的数据；若是，则进入2）；否则，根据FTL映射表项读取NAND上存储的数据，并进入4）；
2)判断WORM数据区的FTL映射表项是否已加载，若是，则利用OTP内存放的真随机数配置解密引擎，控制读数据通路经过解密引擎，然后进入3）；否则，利用OTP内存放的真随机数配置解密引擎，控制读数据通路经过解密引擎，然后加载WORM数据区的FTL映射表项，并判断配置后的解密引擎是否解密成功，若是，进入3）；否则，返回错误报告；
3)根据加载的WORM数据区的FTL映射表项，读取NAND上的用户数据，然后判断配置后的解密引擎是否解密成功，若否，则返回错误报告；否则，进入4）；
4)数据读取完成。
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Assignee: Jiangsu Xinsheng Intelligent Technology Co., Ltd.

Assignor: GOKE MICROELECTRONICS CO., LTD.

Contract record no.: 2018430000021

Denomination of invention: Solid-state disk master control supporting WORM storage, solid-state disk and WORM storage method

Granted publication date: 20170714

License type: Common License

Record date: 20181203