SSD 固態硬碟的加密及其運作方式？

五月 2021

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不管是企業、政府還是個人，對重要的個人和私人資訊安全性的需求和渴望，放諸四海而皆準。無論是儲存還是傳輸，資料保護都是必不可少的。資料外洩、駭客入侵以及筆記型電腦/個人電腦丟失或遭竊等事件所造成的財務和聲譽損失可能會是天文數字。

為了防止惡意駭客入侵和組織資料外洩，必須對傳輸中的資料和靜態資料進行加密。加密提供了一個加強的保護層，以防電腦網路或儲存設備被某種方式進行未授權的存取行為。因此，駭客就無法存取資料。在本文中，我們將針對軟體加密、自我加密硬碟 (簡稱 SED)，以及有關 SSD 固態硬碟加密如何運作進行基本介紹。

什麼是加密？

用外行的術語來說，加密就是將輸入到數位設備中的資料轉換為看起來毫無意義的資料堆。加密過程越複雜，加密資料就越難以被辨認和解譯。反之，解密就是將加密資料還原成原始形式，使其再次可讀。加密資訊通常被稱為密文，而加密資訊則被稱為純文本。

軟體加密 vs 硬體加密

軟體加密是使用各種軟體程式對邏輯捲軸上的資料進行加密。首次加密硬碟時，會建立唯一金鑰並將其儲存在電腦記憶體中。金鑰則以使用者密碼進行加密。使用者輸入密碼時，它會解鎖金鑰並且對硬體上未加密資料提供存取權限。金鑰副本也會寫入硬碟中。軟體加密作為應用程式在設備中讀取/寫入資料之間的中間人；當資料被寫入硬碟時，會在將其實際存入磁碟之前，先使用金鑰進行加密。從硬碟讀取資料後，使用相同的金鑰對資料進行解密，然後再傳輸給程式。

雖然軟體加密實具成本效益，但它的安全性僅與使用的設備相同。如果遭到駭客破解密碼或程式碼，您的加密資料就會外洩。此外，加密和解密過程是由處理器執行完成，因此會拖慢整個系統速度。軟體加密的另一個漏洞是在系統啟動時，加密金鑰儲是儲存在電腦記憶體中，會使其成為低階攻擊的目標。

自我加密硬碟 (SED) 則使用硬體加密，採用了更全面的方法來加密使用者資料。SED 具備板載 AES 加密晶片，可以在資料寫入之前對其進行加密，並在 NAND 媒介直接讀取資料之前，對其進行解密。硬體加密位於硬碟上所安裝的作業系統和系統 BIOS 之間。首次加密硬碟時，會建立唯一金鑰並將其儲存在 NAND flash 中。系統首次開機時，會載入自定義 BIOS，並要求輸入使用者密碼。輸入密碼後，就會對硬碟內容進行解密，並授予對作業系統和使用者資料的存取權限。

SED 亦使用板載加密晶片對資料進行動態地加密/解密，該晶片負責在將資料傳輸給 NAND flash之前對其進行加密，並在讀取資料之前對其進行解密。主機 CPU 不參與加密流程，故能降低軟體加密的相關效能損失。在大多數情況中，系統開機時，加密金鑰會儲存在 SSD 固態硬碟板載記憶體中，這增加了檢索金鑰的複雜性，更不容易受到低階攻擊。此種硬體加密方法對使用者不可見，故可提供高階的資料安全性。使用者無法關閉它，但效能不受影響。

AES 256-bit 硬體加密

進階加密標準 (AES) 是一種對稱式加密演算法，對稱意指加密和解密為相同金鑰。由於 AES 是一種區塊加密方法，故使用 256-bit 金鑰進行加密之前，資料會被分成 128-bit 的區塊。AES 256-bit 加密是一種具備進階資料安全性，且取得美國政府認可的國際標準。基本上 AES 256-bit 加密無法被破解，因此是目前最強大的加密標準。

為何它無法被破解？AES 分別有 AES 128-bit、AES 192-bit 和 AES 256-bit。這些數字代表著每個加密和解密區塊中的金鑰位元數。每增加 1 個位元數，金鑰數量加倍，這意味著 256 位元加密的金鑰數量等於 2 的 256 次方！簡單來說，金鑰的數量非常之多。另一方面，每個金鑰位元具有不同的回合數。(回合是指將純文本轉換為密文的過程。)對於 256-bit 來說，共有 14 個回合。因此，至少可以說駭客要找出被擾亂 14 次後正確 2²⁵⁶ 位元序列的機率極低。更不用說完成這項工作所需的時間和運算能力。

TCG Opal 2.0 軟體加密

TCG 是一個國際產業標準組織，能夠定義互通信賴運算平台的硬體型信賴根目錄。該協定可以透過使用具有 TCG Opal 2.0 安全管理解決方案的獨立軟體供應商 (例如： Symantec、McAfee、WinMagic® 等)，來初始化、認證和管理加密的 SSD 固態硬碟。

簡言之，儘管軟體加密確實有其優勢，但可能與所宣稱的全面防護存在差距。由於軟體加密需要將資料先進行加密，然後在使用者需要存取資料時解密，故增加了額外步驟，反之硬體加密則提供了更強大的解決方案。硬體加密的 SSD 固態硬碟已與硬碟其它部分進行了優化，故而不會影響其效能。根據應用程式的不同，您可能會對資料保護所涉及的部分感到驚訝。並非所有的加密方式都是一樣的，但了解彼此差異，在安全有效性和效率方面有關鍵作用。

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