文档介绍：上海交通大学
硕士学位论文
自安全磁盘研究、设计与实现
姓名:曾梦岐
申请学位级别:硕士
专业:密码学
指导教师:谷大武
20090101
上海交通大学硕士学位论文摘要
自安全磁盘研究、设计与实现

摘要
为了能在主机和客户端受到攻击的情况下仍能保证存储数据的可用
性、机密性和完整性,存储安全保护的一个趋势就是将主机上的安全机
制转移分布到存储设备上。自安全磁盘的研究正是针对如何使存储设备
如磁盘具有主动管理和防御功能的一个新的研究课题。
我们设计了一个高效安全的自安全磁盘体系结构,这个新的体系结
构在传统的自安全存储原型 S4 的基础上进行了改进:1)机密性方面,对
具有认证功能的 GCM 加密模式进行了修改和扩充,如利用它对数据块并
行地处理,并且使认证部分的延时与访问磁盘的延时重叠,这使得我们
的加密方案在性能和安全性上优于 BitLocker。2)完整性方面,用 GCM 自
带的 GHASH 生成 MAC 值,效率上优于 SHA-1,MD5 等 hash 算法。此外,
提出“最小校验树”并用它对 Hash Tree 完整性校验方案改进,以最大程
度的减少完整性校验带来的性能损耗。3)访问控制方面,在已有访问控制
模型 OSD 的基础上进行改进,提出了基于密码特征的权能访问控制模型。
我们以混合磁盘为例形成了自安全磁盘原型并进行了模拟实现,利
用缓冲技术和 GCM/Flash 机制来显著地减少加密/认证方案带来的性能损
耗。实验数据表明,我们这个方案是高效的且实际可行的,带来的性能
开销低于 18%。

关键词:自安全磁盘,机密性保护,完整性保护,访问控制

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上海交通大学硕士学位论文 ABSTRACT
RESEARCH, DESIGN AND IMPLEMENTATION OF
SELF-SECURING DISK
ABSTRACT
To guarantee the availability, confidentiality and integrity of storage data
in the case that host systems or client systems promised, one trend of
storage security is to import security functionality into the storage devices.
Self-securing disk is a new direction on how to make the storage devices such
as disk active and immune.
We design an efficient self-securing disk architecture, which is based on
traditional self-securing storage prototype S4: 1) On the confidentiality
protection side,authenticated encryption mode GCM is adapted to process
disk block in parallel ,and authentication latency is overlapped with disk
access latency so that our scheme is more efficient and secure than Windows
BitLocker. 2) On the integrity protection side, GHASH proposed in GCM is
used to generate MAC which is more efficient than SHA-1, MD5. Moreover,
“Minimum Integrity Verification Tree” is put forward to decrease
performance loss at a maximum. 3) On the access control protection side, we
propose a cryptographically featured capability based access control model,
which is based on existing OSD access control model.