CN110210259B - 一种固态硬盘的数据保护方法及其系统 - Google Patents
一种固态硬盘的数据保护方法及其系统 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种固态硬盘的数据保护方法及其系统；其中，方法，包括：S1，获取主机下发的命令信息；S2，判断命令信息；S3，随机生成两组随机数；S4，设置密码；S5，从区域1中读取对称秘钥；S6，将摘要写到区域3中；S7，写入数据；S8，从区域2中读取对称秘钥；S9，输入密码；S10，读取对称秘钥和密码摘要；S11，对密码摘要解密；S12，将摘要1与摘要2进行比较；S13，对密文数据进行解密；S14，用户访问数据；S15，随机生成两组随机数；S16，擦除区域1、2、3、4中的数据。本发明通过随机数秘钥动态切换，提高了被保护数据的安全性，通过擦除重写被保护数据，保证了中被保护数据的稳定性。
Description
技术领域
本发明涉及固态硬盘数据保护技术领域，更具体地说是指一种固态硬盘的数据保护方法及其系统。
背景技术
现有针对于固态硬盘数据保护策略，需要在NandFlash中开辟两段区域，区域1用于存放用户设置的密码，区域2用于存放用户需要被保护的数据；用户写入数据之前，首先需要设置一组密码，写入区域1，当用户读取被保护数据时，需要对密码进行验证，密码一致，用户便可访问NandFlash中的被保护数据Data；但是，上述被保护数据的访问方法存在以下弊端：1、密码和数据均采用明文的方式存放，存放在区域1中的密码始终保持不变，安全性低；2、一旦固态硬盘控制器被破解，控制器运行了非法代码，黑客便可跳过密码验证流程直接访问Nandflash中的被保护数据区域；3、由于NandFlash不稳定的特性，NandFlash区域2中的被保护数据易造成比特位翻转，数据会处于不可靠状态；因此，无法满足需求。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术的缺陷，提供一种固态硬盘的数据保护方法及其系统。
为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种固态硬盘的数据保护方法，包括以下步骤：
S1，获取主机下发的命令信息；
S2，判断命令信息为写命令或读命令；若是写命令，进入S3；若是读命令，则进入S9；
S3，随机生成两组随机数，作为原始对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2，分别写入NandFlash的区域1和区域2中；
S4，用户设置密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要；
S5，从NandFlash区域1中读取对称秘钥CRYPT_KEY1，使用CRYPT_KEY1对摘要进行加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；
S6，将摘要Digest_CRYPT写到NandFlash区域3中；
S7，用户写入数据；
S8，从NandFlash区域2中读取对称秘钥CRYPT_KEY2，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中；
S9，用户输入密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要1；
S10，从NandFlash区域1和区域3中读取对称秘钥CRYPT_KEY1和密码摘要Digest_CRYPT；
S11，使用CRYPT_KEY1对密码摘要Digest_CRYPT进行对称解密，生成密码摘要2；
S12，将摘要1与摘要2进行比较；若一致，则从NandFlash区域2和区域4中分别读取对称秘钥CRYPT_KEY2和密文数据Data_CRYPT；若不一致，则用户无法访问被保护数据；
S13，使用CRYPT_KEY2对密文数据Data_CRYPT进行解密，以获得明文数据Data；
S14，用户访问被保护数据；
S15，随机生成两组随机数，作为新的对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2；
S16，擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
其进一步技术方案为：所述随机数为256比特。
其进一步技术方案为：所述S4中，由控制器硬件对密码进行哈希算法。
其进一步技术方案为：所述S5中，使用CRYPT_KEY1对摘要进行对称加密算法加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT。
其进一步技术方案为：所述S8中，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密算法加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中。
其进一步技术方案为：所述S16包括：
S161，擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据；
S162，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中；
S163，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密算法加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中；
S164，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行对称加密算法加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
一种固态硬盘的数据保护系统，包括：获取单元，判断单元，第一生成单元，第一计算单元，第一读取单元，写单元，写入单元，读取加密单元，第二计算单元，第二读取单元，第一解密单元，比较单元，第二解密单元，访问单元，第二生成单元，及擦除写入单元；
所述获取单元，用于获取主机下发的命令信息；
所述判断单元，用于判断命令信息为写命令或读命令；
所述第一生成单元，用于随机生成两组随机数，作为原始对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2，分别写入NandFlash的区域1和区域2中；
所述第一计算单元，用于用户设置密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要；
所述第一读取单元，用于从NandFlash区域1中读取对称秘钥CRYPT_KEY1，使用CRYPT_KEY1对摘要进行加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；
所述写单元，用于将摘要Digest_CRYPT写到NandFlash区域3中；
所述写入单元，用于用户写入数据；
所述读取加密单元，用于从NandFlash区域2中读取对称秘钥CRYPT_KEY2，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中；
所述第二计算单元，用于用户输入密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要1；
所述第二读取单元，用于从NandFlash区域1和区域3中读取对称秘钥CRYPT_KEY1和密码摘要Digest_CRYPT；
所述第一解密单元，用于使用CRYPT_KEY1对密码摘要Digest_CRYPT进行对称解密，生成密码摘要2；
所述比较单元，用于将摘要1与摘要2进行比较；
所述第二解密单元，用于使用CRYPT_KEY2对密文数据Data_CRYPT进行解密，以获得明文数据Data；
所述访问单元，用于用户访问被保护数据；
所述第二生成单元，用于随机生成两组随机数，作为新的对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2；
所述擦除写入单元，用于擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
其进一步技术方案为：所述随机数为256比特。
其进一步技术方案为：所述第一计算单元中，由控制器硬件对密码进行哈希算法。
其进一步技术方案为：所述第一读取单元中，使用CRYPT_KEY1对摘要进行对称加密算法加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；所述读取加密单元中，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密算法加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中。
本发明与现有技术相比的有益效果是：通过随机数秘钥动态切换，提高了被保护数据的安全性，通过擦除重写被保护数据，保证了NandFlash中被保护数据的稳定性，从而确保了固态硬盘中被保护数据的安全和稳定，能够更好地满足需求。
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步描述。
附图说明
图1为现有技术中写入固态硬盘数据的应用示意图；
图2为现有技术中读取固态硬盘数据的应用示意图；
图3为本发明一种固态硬盘的数据保护方法的流程图；
图4为本发明一种固态硬盘的数据保护系统的方框图。
具体实施方式
为了更充分理解本发明的技术内容，下面结合具体实施例对本发明的技术方案进一步介绍和说明，但不局限于此。
如图1到图4所示的具体实施例，其中，如图1至图2所示的现有技术，需要在NandFlash中开辟两段区域，区域1用于存放用户设置的密码，区域2用于存放用户需要被保护的数据；用户写入数据之前，首先需要设置一组密码，写入区域1，当用户读取被保护数据时，需要对密码进行验证，密码一致，用户便可访问NandFlash中的被保护数据Data；但是，上述被保护数据的访问方法存在以下弊端：1、密码和数据均采用明文的方式存放，存放在区域1中的密码始终保持不变，安全性低；2、一旦固态硬盘控制器被破解，控制器运行了非法代码，黑客便可跳过密码验证流程直接访问Nandflash中的被保护数据区域；3、由于NandFlash不稳定的特性，NandFlash区域2中的被保护数据易造成比特位翻转，数据会处于不可靠状态。
如图3所示，本发明公开了一种固态硬盘的数据保护方法，包括以下步骤：
S1，获取主机下发的命令信息；
S2，判断命令信息为写命令或读命令；若是写命令，进入S3；若是读命令，则进入S9；
S3，随机生成两组随机数，作为原始对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2，分别写入NandFlash的区域1和区域2中；
S4，用户设置密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要；
S5，从NandFlash区域1中读取对称秘钥CRYPT_KEY1，使用CRYPT_KEY1对摘要进行加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；
S6，将摘要Digest_CRYPT写到NandFlash区域3中；
S7，用户写入数据；
S8，从NandFlash区域2中读取对称秘钥CRYPT_KEY2，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中；
S9，用户输入密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要1；
S10，从NandFlash区域1和区域3中读取对称秘钥CRYPT_KEY1和密码摘要Digest_CRYPT；
S11，使用CRYPT_KEY1对密码摘要Digest_CRYPT进行对称解密，生成密码摘要2；
S12，将摘要1与摘要2进行比较；若一致，则从NandFlash区域2和区域4中分别读取对称秘钥CRYPT_KEY2和密文数据Data_CRYPT；若不一致，则用户无法访问被保护数据；
S13，使用CRYPT_KEY2对密文数据Data_CRYPT进行解密，以获得明文数据Data；
S14，用户访问被保护数据；
S15，随机生成两组随机数，作为新的对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2；
S16，擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
其中，在本实施例中，所述随机数为256比特。
其中，所述S4中，由控制器硬件对密码进行哈希算法，哈希(HASH)：一般翻译做“散列”，就是把任意长度的输入，通过散列算法，变换成固定长度的输出，该输出就是散列值，HASH是一种不可逆的单向函数。
进一步地，所述S5中，使用CRYPT_KEY1对摘要进行对称加密算法加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT。
进一步地，所述S8中，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密算法加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中。
更一步地，所述S16包括：
S161，擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据；
S162，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中；
S163，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密算法加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中；
S164，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行对称加密算法加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
本发明在NandFlash中开辟四段区域，分别存放对称秘钥CRYPT_KEY1、对称秘钥CRYPT_KEY2、密文摘要Digest_CRYPT和密文数据Data_CRYPT；采用哈希算法和对称加密算法，对称加密秘钥均为随机秘钥，且加密数据每次在被读取之后，固态硬盘便会自动更新固态硬盘中秘钥信息，擦除原有的加密数据，重新对密码摘要和数据使用新秘钥进行加密，并更新到数据存放的对应区域；通过这种随机数秘钥动态切换，提高了被保护数据的安全性；通过擦除重写加密数据，保证了NandFlash中被保护数据的稳定性，以防NandFlash中数据出现比特翻转，确保了保存在安全区域的数据准确，而NandFlash中不再存放明文密码和用户数据，全部以密文的形式存放，且用户在每次读取之后，NandFlash中的秘钥和安全数据都会自动更新，以此方式提高用户数据的安全性，确保NandFlash中用户数据均处于可靠状态。
如图4所示，本发明公开了一种固态硬盘的数据保护系统，包括：获取单元10，判断单元20，第一生成单元30，第一计算单元40，第一读取单元50，写单元60，写入单元70，读取加密单元80，第二计算单元90，第二读取单元100，第一解密单元110，比较单元120，第二解密单元130，访问单元140，第二生成单元150，及擦除写入单元160；
所述获取单元10，用于获取主机下发的命令信息；
所述判断单元20，用于判断命令信息为写命令或读命令；
所述第一生成单元30，用于随机生成两组随机数，作为原始对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2，分别写入NandFlash的区域1和区域2中；
所述第一计算单元40，用于用户设置密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要；
所述第一读取单元50，用于从NandFlash区域1中读取对称秘钥CRYPT_KEY1，使用CRYPT_KEY1对摘要进行加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；
所述写单元60，用于将摘要Digest_CRYPT写到NandFlash区域3中；
所述写入单元70，用于用户写入数据；
所述读取加密单元80，用于从NandFlash区域2中读取对称秘钥CRYPT_KEY2，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中；
所述第二计算单元90，用于用户输入密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要1；
所述第二读取单元100，用于从NandFlash区域1和区域3中读取对称秘钥CRYPT_KEY1和密码摘要Digest_CRYPT；
所述第一解密单元110，用于使用CRYPT_KEY1对密码摘要Digest_CRYPT进行对称解密，生成密码摘要2；
所述比较单元120，用于将摘要1与摘要2进行比较；
所述第二解密单元130，用于使用CRYPT_KEY2对密文数据Data_CRYPT进行解密，以获得明文数据Data；
所述访问单元140，用于用户访问被保护数据；
所述第二生成单元150，用于随机生成两组随机数，作为新的对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2；
所述擦除写入单元160，用于擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
其中，所述随机数为256比特。
其中，所述第一计算单元40中，由控制器硬件对密码进行哈希算法。
其中，所述第一读取单元50中，使用CRYPT_KEY1对摘要进行对称加密算法加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；所述读取加密单元80中，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密算法加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中。
本发明的用户在每次读取安全数据之后，自动生成随机秘钥，替换原有秘钥，擦除并重写被保护的安全数据和密码摘要；通过随机数秘钥动态切换，提高了被保护数据的安全性，通过擦除重写加密数据，保证了NandFlash中被保护数据的稳定性。
上述仅以实施例来进一步说明本发明的技术内容，以便于读者更容易理解，但不代表本发明的实施方式仅限于此，任何依本发明所做的技术延伸或再创造，均受本发明的保护。本发明的保护范围以权利要求书为准。
Claims (10)
1.一种固态硬盘的数据保护方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，获取主机下发的命令信息；
S2，判断命令信息为写命令或读命令；若是写命令，进入S3；若是读命令，则进入S9；
S3，随机生成两组随机数，作为原始对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2，分别写入NandFlash的区域1和区域2中；
S4，用户设置密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要；
S5，从NandFlash区域1中读取对称秘钥CRYPT_KEY1，使用CRYPT_KEY1对摘要进行加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；
S6，将摘要Digest_CRYPT写到NandFlash区域3中；
S7，用户写入数据；
S8，从NandFlash区域2中读取对称秘钥CRYPT_KEY2，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中；
S9，用户输入密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要1；
S10，从NandFlash区域1和区域3中读取对称秘钥CRYPT_KEY1和密码摘要Digest_CRYPT；
S11，使用CRYPT_KEY1对密码摘要Digest_CRYPT进行对称解密，生成密码摘要2；
S12，将摘要1与摘要2进行比较；若一致，则从NandFlash区域2和区域4中分别读取对称秘钥CRYPT_KEY2和密文数据Data_CRYPT；若不一致，则用户无法访问被保护数据；
S13，使用CRYPT_KEY2对密文数据Data_CRYPT进行解密，以获得明文数据Data；
S14，用户访问被保护数据；
S15，随机生成两组随机数，作为新的对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2；
S16，擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
2.根据权利要求1所述的一种固态硬盘的数据保护方法，其特征在于，所述随机数为256比特。
3.根据权利要求1所述的一种固态硬盘的数据保护方法，其特征在于，所述S4中，由控制器硬件对密码进行哈希算法。
4.根据权利要求1所述的一种固态硬盘的数据保护方法，其特征在于，所述S5中，使用CRYPT_KEY1对摘要进行对称加密算法加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT。
5.根据权利要求1所述的一种固态硬盘的数据保护方法，其特征在于，所述S8中，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密算法加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中。
6.根据权利要求1所述的一种固态硬盘的数据保护方法，其特征在于，所述S16包括：
S161，擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据；
S162，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中；
S163，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密算法加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中；
S164，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行对称加密算法加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
7.一种固态硬盘的数据保护系统，其特征在于，包括：获取单元，判断单元，第一生成单元，第一计算单元，第一读取单元，写单元，写入单元，读取加密单元，第二计算单元，第二读取单元，第一解密单元，比较单元，第二解密单元，访问单元，第二生成单元，及擦除写入单元；
所述获取单元，用于获取主机下发的命令信息；
所述判断单元，用于判断命令信息为写命令或读命令；
所述第一生成单元，用于随机生成两组随机数，作为原始对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2，分别写入NandFlash的区域1和区域2中；
所述第一计算单元，用于用户设置密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要；
所述第一读取单元，用于从NandFlash区域1中读取对称秘钥CRYPT_KEY1，使用CRYPT_KEY1对摘要进行加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；
所述写单元，用于将摘要Digest_CRYPT写到NandFlash区域3中；
所述写入单元，用于用户写入数据；
所述读取加密单元，用于从NandFlash区域2中读取对称秘钥CRYPT_KEY2，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中；
所述第二计算单元，用于用户输入密码，并对密码进行哈希算法，生成密码对应的摘要1；
所述第二读取单元，用于从NandFlash区域1和区域3中读取对称秘钥CRYPT_KEY1和密码摘要Digest_CRYPT；
所述第一解密单元，用于使用CRYPT_KEY1对密码摘要Digest_CRYPT进行对称解密，生成密码摘要2；
所述比较单元，用于将摘要1与摘要2进行比较；
所述第二解密单元，用于使用CRYPT_KEY2对密文数据Data_CRYPT进行解密，以获得明文数据Data；
所述访问单元，用于用户访问被保护数据；
所述第二生成单元，用于随机生成两组随机数，作为新的对称秘钥CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2；
所述擦除写入单元，用于擦除Nandflash区域1、区域2、区域3、及区域4中的数据，将新生成的CRYPT_KEY1和CRYPT_KEY2分别写到区域1和区域2中，使用CRYPT_KEY1对密码摘要重新进行对称加密，生成Digest_CRYPT写入区域3中，使用CRYPT_KEY2对数据Data重新进行加密，将加密后的数据Data_CRYPT写入区域4中。
8.根据权利要求7所述的一种固态硬盘的数据保护系统，其特征在于，所述随机数为256比特。
9.根据权利要求7所述的一种固态硬盘的数据保护系统，其特征在于，所述第一计算单元中，由控制器硬件对密码进行哈希算法。
10.根据权利要求7所述的一种固态硬盘的数据保护系统，其特征在于，所述第一读取单元中，使用CRYPT_KEY1对摘要进行对称加密算法加密，生成密文的摘要Digest_CRYPT；所述读取加密单元中，使用CRYPT_KEY2对用户写入的数据进行对称加密算法加密，并将加密后的数据写到NandFlash区域4中。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| GR01 | Patent grant | ||
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