CN107729777A - 一种安全加密固态存储方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种安全加密固态存储方法，该方法结合GPT和MRB分区格式，将固态硬盘分为加密分区、只读分区和普通分区，既可以作为移动固态SSD不依赖于操作系统使用；又可以安装操作系统，作为内置固态SSD使用；该方案保证数据不可见，数据防篡改，固件权限控制，芯片级数据安全，不但可以保证数据安全，还能防止操作系统被第三方程序非法篡改甚至是破解，在国防军工、信息安全、固态存储领域有着广泛的应用前景。

Description

一种安全加密固态存储方法
技术领域
本发明涉及一种安全加密固态存储方法，属于信息安全存储技术领域。
背景技术
随着安全存储在国防军工和商密等领域的应用，特殊行业和部门对信息储存的保密性和安全性有明确要求，尤其是对机械硬盘和固态硬盘，由于普通机械硬盘和固态硬盘不具备加密存储功能，安全存储固态硬盘的需求也越来越广泛和迫切。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种安全加密固态存储方法，实现固态硬盘分区加密和分区只读功能，兼容GPT和MBR两种分区形式，可以移动加密存储盘也可以作为本地加密存储盘。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种安全加密固态存储方法，该方法基于的固态硬盘包括主控芯片、与主控芯片相连的NandFlash存储介质，NandFlash存储的数据以密文方式存储，主控芯片通过SATA接口与操作系统或者第三方程序通信，完成数据读写和加解密操作，所述方法包括以下步骤：S01）、对固定硬盘进行加密分区设置，设置某分区为加密分区后，该分区在磁盘管理器不再显示为可见分区，无法通过标准读写和专用软件访问该分区数据，使分区数据在没有权限的情况下无法获取；S02）、对固态硬盘进行只读分区设置，设置某分区为只读分区后，该分区在设备管理器仍然可见，该分区数据可以正常读取，但无法修改或者删除，无法在盘上新建文件和增加数据，保证数据无法被篡改；S03）、对数据进行硬件加密；S04）、在切换分区属性的时候进行分区设置，保证操作系统不会对分区数据进行缓存操作和主动访问；S05）、SATA接口对数据处理，针对第三方破解程序，固件对只读分区和加密分区的数据进行判断，对于所有的非法操作进行甄别处理，在固件层面上对数据进行保护，保证数据安全性；
其中步骤S01包括以下具体步骤：S11）、操作系统向主控芯片发送分区加密私有指令；S12）、主控芯片接收指令后解析指令并修改分区容量信息；S13）、主控芯片通过GPT或者MRB的方式进行分区并触发操作系统重枚举设备；S14）、操作系统获取新的设备分区表；S15）、主控芯片内设置加密分区不可见；
步骤S02包括以下具体步骤：S21）、操作系统向主控芯片发送分区加密私有指令；S22）、主控芯片接收指令后解析指令并通过GPT或者MRB的方式进行分区设置；S23）、主控芯片触发操作系统重枚举设备；S24）、操作系统获取新的设备分区表；S25）、主控芯片内重新枚举分区及分区属性。
本发明所述安全加密固态存储方法，步骤S13中，主控芯片通过GPT方式进行加密分区的过程为：修改LBA1校验和，设置加密分区不可见。
本发明所述安全加密固态存储方法，步骤S13中，主控芯片通过MBR方式进行加密分区的过程为：S131）、获取设备属性；S132）、设置设备加密属性；S133）、观察分区状态；S134）、重新上电，观察加密分区状态；S135）、登录加密区。
本发明所述安全加密固态存储方法，步骤S22中，主控芯片通过GPT方式进行只读分区的过程为：GPT分区，修改分区属性为只读。
本发明所述安全加密固态存储方法，S04中，通过Windows系统自带的diskpart设置工具进行GPT分区属性设置，具备步骤为：S41）、进入diskpart；S42）、获取分区卷标；S43）、设置分区属性。
本发明所述安全加密固态存储方法，设置加密分区后，病毒或暴力写入数据时，主控芯片判断是否为加密分区，若是，则分区加密，禁止访问，若不是，则NandFlash读写数据，最后返回指令结果和数据。
本发明所述安全加密固态存储方法，设置只读分区后，病毒或者暴力写入数据时，主控芯片判断是否为只读分区，若是，则指令成功，不实际写入数据，若不是，则写入数据，最后返回指令结果和数据。
本发明的有益效果：本方法结合GPT和MRB分区格式，将固态硬盘分为加密分区、只读分区和普通分区，既可以作为移动固态SSD不依赖于操作系统使用；又可以安装操作系统，作为内置固态SSD使用；该方案保证数据不可见，数据防篡改，固件权限控制，芯片级数据安全，不但可以保证数据安全，还能防止操作系统被第三方程序非法篡改甚至是破解，在国防军工、信息安全、固态存储领域有着广泛的应用前景。
附图说明
图1为固态硬盘的系统框图；
图2为正常读写流程图；
图3为加密分区及读写控制流程图；
图4为只读分区及写入控制流程图；
图5、6为分区加密获取设备属性的示意图；
图7为分区加密设置设备加密属性的示意图；
图8为分区加密观察分区状态的示意图；
图9为分区加密重新上电，观察加密分区状态的示意图；
图10为分区加密登录加密区的示意图；
图11、12为分区只读获取分区属性的示意图；
图13为分区只读设置设备只读属性的示意图；
图14为分区只读观察分区状态的示意图；
图15为分区只读拷贝数据的示意图。
具体实施方式
下面解决附图和具体实施例对本发明作进一步的说明。
一种安全加密固态存储方法，如图1所示，为该方法基于的固态硬盘的系统框图，固态硬盘包括主控芯片、与主控芯片相连的NandFlash存储介质，主控芯片采用HX8800安全芯片，通过SATA接口与操作系统或者第三方程序通信，完成数据读写和加解密操作；NandFlash为存储介质，存储的数据以密文方式存储。
本实施例所述安全加密固态存储方法，包括以下步骤：
S01）、对固定硬盘进行加密分区设置，设置某分区为加密分区后，该分区在磁盘管理器不再显示为可见分区，无法通过标准读写和专用软件访问该分区数据，使分区数据在没有权限的情况下无法获取。真正隐藏数据，并且通过主控芯片内部的固件层拒绝对加密分区数据的非法访问，不依赖于操作系统和应用软件，达到了芯片级别的安全。
S02）、对固态硬盘进行只读分区设置，设置某分区为只读分区后，该分区在设备管理器仍然可见，该分区数据可以正常读取，但无法修改或者删除，无法在盘上新建文件和增加数据，保证数据无法被篡改。通过固件来控制对该分区数据的写控制，并且无法删除只读分区和修改该分区容量，保证只读分区数据的安全性。
S03）、对数据进行硬件加密；数据经硬件加密模块加密后存储在固态硬盘时，密钥存储在主控芯片内部，实现了数据的安全存储，即使将闪存拆卸或者更换主控芯片，存储的信息仍无法破解，硬件加密模块是SM1、SM4、AES模块中的一种。
S04）、在切换分区属性的时候进行分区设置，由于操作系统缓存的原因，需要在切换分区属性，尤其是只读分区的情况下，保证操作系统不会对分区数据进行缓存操作和主动访问，保证在设置只读分区的过程中，不会有破坏分区表的行为存在。并且防止操作系统对只读分区读写失败而不停的重试导致系统卡顿。
S05）、SATA接口对数据处理，针对第三方破解程序，固件对只读分区和加密分区的数据进行判断，对于所有的非法操作进行甄别处理，在固件层面上对数据进行保护，保证数据安全性。
如图2所示，为正常读写的流程图，即没有设置加密属性和只读属性的普通分区的读写流程，具体为：操作系统向主控芯片发送正常SATA读写指令，主控芯片接收指令后解析指令并控制Nandflash，Nandflash进行数据存储或者读取，之后主控芯片写入结果或者数据，主控芯片向操作系统返回成功指令和数据。
如图3所示，加密分区设置的具体步骤为：S11）、操作系统向主控芯片发送分区加密私有指令；S12）、主控芯片接收指令后解析指令并修改分区容量信息；S13）、主控芯片通过GPT或者MRB的方式进行分区并触发操作系统重枚举设备；S14）、操作系统获取新的设备分区表；S15）、主控芯片内设置加密分区不可。步骤S13中，主控芯片通过GPT方式进行加密分区的过程为：修改LBA1校验和，设置加密分区不可见。通过MRB进行加密分区的过程为：MRB分区，不做修改。
设置加密分区后，读写控制的流程图为：病毒或暴力写入数据时，主控芯片判断是否为加密分区，若是，则分区加密，禁止访问，若不是，则NandFlash读写数据，最后返回指令结果和数据。
如图4所示，只读分区设置的具体步骤为：S21）、操作系统向主控芯片发送分区加密私有指令；S22）、主控芯片接收指令后解析指令并通过GPT或者MRB的方式进行分区设置；S23）、主控芯片触发操作系统重枚举设备；S24）、操作系统获取新的设备分区表；S25）、主控芯片内重新枚举分区及分区属性。步骤S22中，通过GPT进行只读分区的过程为：GTP分区，修改分区属性为只读；通过MRB进行只读分区的国政为：MRB分区，不做修改。
设置只读分区后，写入控制流程为：病毒或者暴力写入数据时，主控芯片判断是否为只读分区，若是，则指令成功，不实际写入数据，若不是，则写入数据，最后返回指令结果和数据。
本实施例中，GPT分区格式相对于MRB分区格式更加复杂，并且针对每个分区都会有属性设置，在操作系统可以反映出分区属性，从操作系统这里直接禁止读写，MBR分区格式，完全依赖于硬件和固件进行分区加密和只读保护，我们以Windows系统自带的diskpart设置工具为例解释如何设置GPT分区属性，由于设置加密属性要以OEM分区，限制太多，所以不采用diskpart在软件上进行保护，完全通过硬件和固件进行保护。GPT进行只读分区属性设置的过程为：S41）、进入diskpart；S42）、获取分区卷标；S43）、设置分区属性为只读属性。
本发明所述安全加密固态存储方法，步骤S13中，主控芯片通过MBR方式进行加密分区的过程为：S131）、获取设备属性；S132）、设置设备加密属性；S133）、观察分区状态；S134）、重新上电，观察加密分区状态；S135）、登录加密区。
本实施例中，提供测试demo来重现测试方法。
a．分区加密，以MBR格式为例。
1.获取设备属性，以G盘为例，如图5、6所示；
2.设置设备加密属性，如图7所示；
3.观察分区状态，如图8所示；
4.重新上电，观察加密分区状态，如图9所示；
5.登录加密区，如图10所示。
b．分区只读，以GPT格式为例。
1．获取分区属性，以I盘为例，如图11、12所示；
2.设置设备只读属性，如图13所示，
3.观察分区状态，如图14所示，
4.拷贝数据，系统提示磁盘被写保护，请去掉写保护或者使用另一张磁盘，如图15所示。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种安全加密固态存储方法，该方法基于的固态硬盘包括主控芯片、与主控芯片相连的NandFlash存储介质，NandFlash存储的数据以密文方式存储，主控芯片通过SATA接口与操作系统或者第三方程序通信，完成数据读写和加解密操作，其特征在于：所述方法包括以下步骤：S01）、对固定硬盘进行加密分区设置，设置某分区为加密分区后，该分区在磁盘管理器不再显示为可见分区，无法通过标准读写和专用软件访问该分区数据，使分区数据在没有权限的情况下无法获取；S02）、对固态硬盘进行只读分区设置，设置某分区为只读分区后，该分区在设备管理器仍然可见，该分区数据可以正常读取，但无法修改或者删除，无法在盘上新建文件和增加数据，保证数据无法被篡改；S03）、对数据进行硬件加密；S04）、在切换分区属性的时候进行分区设置，保证操作系统不会对分区数据进行缓存操作和主动访问；S05）、SATA接口对数据处理，针对第三方破解程序，固件对只读分区和加密分区的数据进行判断，对于所有的非法操作进行甄别处理，在固件层面上对数据进行保护，保证数据安全性；
其中步骤S01包括以下具体步骤：S11）、操作系统向主控芯片发送分区加密私有指令；S12）、主控芯片接收指令后解析指令并修改分区容量信息；S13）、主控芯片通过GPT或者MRB的方式进行分区并触发操作系统重枚举设备；S14）、操作系统获取新的设备分区表；S15）、主控芯片内设置加密分区不可见；
步骤S02包括以下具体步骤：S21）、操作系统向主控芯片发送分区加密私有指令；S22）、主控芯片接收指令后解析指令并通过GPT或者MRB的方式进行分区设置；S23）、主控芯片触发操作系统重枚举设备；S24）、操作系统获取新的设备分区表；S25）、主控芯片内重新枚举分区及分区属性。
2.根据权利要求1所述的安全加密固态存储方法，其特征在于：步骤S13中，主控芯片通过GPT方式进行加密分区的过程为：修改LBA1校验和，设置加密分区不可见。
3.根据权利要求1所述的安全加密固态存储方法，其特征在于：步骤S13中，主控芯片通过MBR方式进行加密分区的过程为：S131）、获取设备属性；S132）、设置设备加密属性；S133）、观察分区状态；S134）、重新上电，观察加密分区状态；S135）、登录加密区。
4.根据权利要求1所述的安全加密固态存储方法，其特征在于：步骤S22中，主控芯片通过GPT方式进行只读分区的过程为：GPT分区，修改分区属性为只读。
5.根据权利要求1所述的安全加密固态存储方法，其特征在于：步骤S04中，通过Windows系统自带的diskpart设置工具进行GPT分区属性设置，具备步骤为：S41）、进入diskpart；S42）、获取分区卷标；S43）、设置分区属性。
6.根据权利要求1、2、3任一项所述的安全加密固态存储方法，其特征在于：设置加密分区后，病毒或暴力写入数据时，主控芯片判断是否为加密分区，若是，则分区加密，禁止访问，若不是，则NandFlash读写数据，最后返回指令结果和数据。
7.根据权利要求1或4所述的安全加密固态存储方法，其特征在于：设置只读分区后，病毒或者暴力写入数据时，主控芯片判断是否为只读分区，若是，则指令成功，不实际写入数据，若不是，则写入数据，最后返回指令结果和数据。
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