基于AES和SM4加密算法的固態硬盤設計與實現
電子技術應用
王麗娟，沈慶，徐彬，楊楚瑋，侯慶慶
中國電子科技集團公司第五十八研究所
摘要： 硬盤安全存儲是固態硬盤（SSD）相關技術中的一個核心問題。基于SATA接口，提出了一種在SSD控制器設計時，添加硬件模塊實現多種加密算法來進行SSD存儲數據的加解密方法，實現了AES和SM4兩種算法。實驗表明，方案中設計的SSD進行加密讀速率為223 MB/s，寫速率159 MB/s，提出的加密算法對SATA硬盤的讀寫速度無影響。方案中的加密算法為硬件并行輸入，對SATA接口的速度和其他因素沒有干擾，因此保證了加密速度較快、兼容性高、安全性高和靈活性強的優勢。
中圖分類號：TP333.3+5 文獻標志碼：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加密算法的固態硬盤設計與實現[J]. 電子技術應用，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.
中文引用格式： 王麗娟，沈慶，徐彬，等. 基于AES和SM4加密算法的固態硬盤設計與實現[J]. 電子技術應用，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
固態硬盤（Solid State Drive, SSD）作為一種數據存儲介質，在個人電腦、服務器、移動設備上均有著十分廣泛的應用。隨著信息數據的不斷增加，硬盤容量的不斷擴大、傳輸速度的不斷提高[1]，對硬盤安全存儲的要求也在不斷提高。傳統軟件加密的速率低、CPU資源占有率高、安全性差的問題逐漸凸顯。固態硬盤相關技術需要解決的關鍵問題有高速傳輸接口的IP實現、高性能糾錯技術的實現和高性能高安全固態存儲模塊的實現[2-5]等。加密技術是實現安全存儲的一種有效方法。
SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高級技術附件)接口是硬盤存儲的通用接口，并正在向傳輸速度快、便攜性好、兼容性強的方向發展。使用SATA硬件接口為數據加密，SATA以其速率高、密鑰管理靈活的優點成為解決硬盤安全存儲問題的首選方案。
本文提出了基于SATA接口的加密固態硬盤設計方法，是指在SSD控制器設計時通過硬件實現多種加密算法來進行SSD存儲數據的加解密，通過控制器配置加密算法相關參數配置，實現加密算法的靈活性。
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作者信息：
王麗娟，沈慶，徐彬，楊楚瑋，侯慶慶
（中國電子科技集團公司第五十八研究所，江蘇 無錫214063）
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