一種計算機存儲器的加密方法和解密方法
【技術領域】
[0001]本發明屬于計算機存儲安全技術領域，具體涉及一種非易失存儲器的加密方法和解密方法。
【背景技術】
[0002]非易失性存儲器(Non Volatile Memory)是最有前景取代傳統存儲器件(比如SRAM和DRAM)的存儲媒介，它有著集成度高、漏電功耗低、訪問速度快、非易失等特性，并已開始替代傳統的DRAM存儲器應用在移動設備系統中。雖然非易失性存儲器比DRAM的壽命要持久、漏電功耗低，但它的非易失特性使得其很容易受到外圍惡意程序的攻擊。非易失性存儲器在斷電后數據仍然保存，針對非易失性存儲器的一個很典型的攻擊就是物理攻擊，攻擊者很容易獲取存儲器里面的用戶機密信息，這就為非易失性存儲器在移動系統中的使用帶來了很大的挑戰。近年來非易失性存儲器得到學術界和工業界的廣泛關注，研究人員針對其性能改進做了大量優化工作，未來非易失性存儲器將在存儲器領域中占據主要角色，而存儲數據的安全性便成為人們關注的要點。
[0003]智能手機等移動設備日益普及，大量的用戶私密信息存儲在設備里，存儲信息的安全性急待解決。提高移動設備的數據安全性尤為重要。針對非易失性存儲器在移動系統中的安全性研究已經展開，S.Chhabra and D.Solihin, “1-nvmm: a securenon-volatile main memory system with incremental encrypt1n，，，The 38th AnnualInternat1nal Symposium on in Computer Architecture (ISCA), pp.177 - 188, IEEE,2011 (S.Chhabra and D.Solihin, 1-nvmm: —種基于增量加密的安全非易失內存系統，第38借計算機系統結構國際研討會2011，第177-188頁)于2011年提出名為i_NVMM的基于AES的加密算法。該技術采用AES算法加密在NVM的冷區數據，在結束應用程序是菜加密所有的數據。雖然1-NVMM加密技術能最小化延遲和能量開銷，而比冷區數據更敏感的熱區數據卻不受保護，存在很大的安全隱患。J.Kong and H.Zhou, “Improving privacy andlifetime of pcm-based main memory, ”
Internat1nal Conference on Dependable Systems and Networks (DSN), pp.333 - 342，IEEE, 2010( J.Kong and H.Zhou，改善基于相變存儲器內存的私密性和壽命，可靠性系統和網絡的國際會議2010，第333-342頁)介紹一個基于counter-mode XOR加密技術，為每個內存數據塊計算crypto-PAD代替直接與AES加密數據，然而該算法卻增加存儲代價。目前，現有技術并沒有考慮到移動系統中數據的訪存和數據特性，主要采用直接加密算法或者加密部分數據，但降低了系統的整體性能，如增加了功耗和增加了時延。
【發明內容】
[0004]本發明所要解決的技術問題是從操作系統中資源管理的層面，提供一種計算機存儲器的加密方法，它能降低存儲器數據加密所需的功耗；相應地，還提供一種計算機存儲器的解密方法，它降低系統的時延，保證系統快速響應。
[0005]要解決上述技術問題，本發明提供的一種計算機存儲器的加密方法，包括有以下步驟:
步驟1、將需要加密的數據劃分為多個數據塊；
步驟2、對每個數據小塊進行hash運算，對得到的結果做加密運算，得到數據塊對應的中間變量值(記為PAD值)；
步驟3、判斷要寫入的數據的地址是否非易失性存儲器中頻繁寫的熱區；
步驟4、將熱區數據塊的PAD值放在緩存中；
步驟5、通過把數據塊的內容與其對應的PAD值做異或運算得到加密后的數據；
步驟6、將加密后的數據寫入非易失性存儲器的存儲單元。
[0006]本發明還提供的一種計算機存儲器的解密方法，包括有以下步驟:
步驟1、讀取要解密的數據塊；
步驟2、判斷要讀取的數據塊是否為熱區數據，如是，熱區數據則從緩存里讀取其對應的PAD值；否則，按加密過程的方法，去重新計算PAD值；
步驟3、通過把數據塊的內容與其對應的PAD值做異或運算得到最初的數據。
[0007]由于本發明的加密方法通過步驟4不斷地把屬于熱區的數據塊的PAD值緩存起來，避免了大量解密過程中PAD值的重計算操作，從而降低了系統功耗，延長了系統電池的壽命。由于本發明提出的加密算法的解密過程在步驟2中獲取PAD值時，與非易失性存儲器訪問數據能并行執行，減少了系統解密的時間，縮短系統響應的時延。
[0008]本發明具有如下的優點:避免了頻繁被寫的熱區數據塊PAD值的重計算操作，實現了系統功耗的節約；另外，PAD值的獲取與數據塊的訪問可以并行執行，實現了系統時延的降低即延長設備的壽命，能保證系統快速響應。
【附圖說明】
[0009]本發明的【附圖說明】如下:
圖1為本發明數據加密的流程圖；
圖2為本發明數據解密的流程圖；
圖3本發明的數據存儲狀態示意圖。
【具體實施方式】
[0010]下面結合附圖和實施例對本發明作進一步說明:
如圖1所示，本發明的數據加密流程如下:程序開始于步驟101;
在步驟102，根據具體應用程序，初始化熱區的起始邏輯地址、熱區長度，保存熱區起始物理地址的初始化；
在步驟103，數據分塊，將要寫入的數據分成大小相同的塊，數據塊可以設置為不同的大小尺寸，比如 128Bits，256Bits，512Bits，1024Bits 等；
在步驟104，判定要寫入的數據塊是否完成全部加密，若已完成，則執行步驟112，否則，執行步驟105 ;
在步驟105，對將要寫入的數據塊采用目前最廣泛使用的hash算法SHA (Secure HashAlgorithm，譯作安全雜湊算法)，得到hash操作的輸出結果(記為Mid)； Hash函數屬于很成熟的信息安全領域的加密算法，“An Overview of IncrementalHash Funct1n Based on Pair Block Chaining，，.Yunling, S., & Xianghua, M.1nformat1n Technology and Applicat1ns, (2010)，Internat1nal Forum on (Vol.3,pp.332-335).1EEE.(“一個基于雙塊連接的增量hash函數綜述”，Yunling, S.，&Xianghua, M，國際信息技術和應用研討會2010，第332-335頁)于2010年7月做了一個基于雙鏈接的增量hash函數的綜述，也就是對hash函數做了理論，有效性，安全和應用方面的整體分析。
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