基于AES和SM4加密算法的固态硬盘设计与实现
电子技术应用
王丽娟，沈庆，徐彬，杨楚玮，侯庆庆
中国电子科技集团公司第五十八研究所
摘要： 硬盘安全存储是固态硬盘（SSD）相关技术中的一个核心问题。基于SATA接口，提出了一种在SSD控制器设计时，添加硬件模块实现多种加密算法来进行SSD存储数据的加解密方法，实现了AES和SM4两种算法。实验表明，方案中设计的SSD进行加密读速率为223 MB/s，写速率159 MB/s，提出的加密算法对SATA硬盘的读写速度无影响。方案中的加密算法为硬件并行输入，对SATA接口的速度和其他因素没有干扰，因此保证了加密速度较快、兼容性高、安全性高和灵活性强的优势。
中图分类号：TP333.3+5 文献标志码：A DOI: 10.16157/j.issn.0258-7998.245578
中文引用格式： 王丽娟，沈庆，徐彬，等. 基于AES和SM4加密算法的固态硬盘设计与实现[J]. 电子技术应用，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： 王丽娟，沈庆，徐彬，等. 基于AES和SM4加密算法的固态硬盘设计与实现[J]. 电子技术应用，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
固态硬盘（Solid State Drive, SSD）作为一种数据存储介质，在个人电脑、服务器、移动设备上均有着十分广泛的应用。随着信息数据的不断增加，硬盘容量的不断扩大、传输速度的不断提高[1]，对硬盘安全存储的要求也在不断提高。传统软件加密的速率低、CPU资源占有率高、安全性差的问题逐渐凸显。固态硬盘相关技术需要解决的关键问题有高速传输接口的IP实现、高性能纠错技术的实现和高性能高安全固态存储模块的实现[2-5]等。加密技术是实现安全存储的一种有效方法。
SATA(Serial Advanced Technology Attachment，串行高级技术附件)接口是硬盘存储的通用接口，并正在向传输速度快、便携性好、兼容性强的方向发展。使用SATA硬件接口为数据加密，SATA以其速率高、密钥管理灵活的优点成为解决硬盘安全存储问题的首选方案。
本文提出了基于SATA接口的加密固态硬盘设计方法，是指在SSD控制器设计时通过硬件实现多种加密算法来进行SSD存储数据的加解密，通过控制器配置加密算法相关参数配置，实现加密算法的灵活性。
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作者信息：
王丽娟，沈庆，徐彬，杨楚玮，侯庆庆
（中国电子科技集团公司第五十八研究所，江苏 无锡214063）
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