[發(fā)明專利]一種內(nèi)存數(shù)據(jù)加解密的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 201710657407.5
• 申請(qǐng)日: 2017-08-03
• 公開（公告）號(hào): CN107563228B
• 公開（公告）日: 2021-04-20
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許海波;應(yīng)志偉;杜朝暉
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 海光信息技術(shù)股份有限公司
• 主分類號(hào): G06F21/79
• 分類號(hào): G06F21/79;G06F21/60;G06F3/06
• 代理公司: 北京超凡宏宇專利代理事務(wù)所(特殊普通合伙) 11463
• 代理人: 李青

本發(fā)明提供一種內(nèi)存數(shù)據(jù)加解密的方法，屬于數(shù)據(jù)加密處理技術(shù)領(lǐng)域。所述方法包括S1、處理器模塊發(fā)送密鑰更新請(qǐng)求至加密模塊，所述加密模塊收到請(qǐng)求后產(chǎn)生新的密鑰；S2、對(duì)內(nèi)存中的每一個(gè)被加密的內(nèi)存頁(yè)，加密模塊用舊密鑰對(duì)與之對(duì)應(yīng)的內(nèi)存頁(yè)數(shù)據(jù)解密，并使用所述新密鑰分別對(duì)每一個(gè)解密后的頁(yè)面數(shù)據(jù)重新加密。通過使用本發(fā)明提供的一種內(nèi)存數(shù)據(jù)加解密的方法，不僅可以有效地降低針對(duì)SME技術(shù)加密密鑰保持不變帶來的惡意攻擊，從而顯著提高內(nèi)存加密的安全性；而且提供了安全方案的靈活性，用戶和系統(tǒng)可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)更新加解密的密鑰。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及數(shù)據(jù)加密技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種內(nèi)存數(shù)據(jù)加解密的方法。

背景技術(shù)

隨著現(xiàn)代計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的復(fù)雜性越來越高，以及最近幾年出現(xiàn)的云計(jì)算和大數(shù)據(jù)等新興技術(shù)對(duì)計(jì)算環(huán)境安全性要求的提高，業(yè)界普遍意識(shí)到需要從計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的底層硬件上完全支持?jǐn)?shù)據(jù)的加密功能。其中，美國(guó)的CPU設(shè)計(jì)和制造廠商超威半導(dǎo)體公司提出了安全內(nèi)存加密(SME)技術(shù)(具體參見[1]AMD Memory Encryption White Paper；[2]處理系統(tǒng)中信息的密碼保護(hù)(專利：CN106062768A))。這種技術(shù)在現(xiàn)有CPU硬件的基礎(chǔ)上加入了內(nèi)存加密模塊，從而使得數(shù)據(jù)被加密后再寫到內(nèi)存中；當(dāng)CPU需要讀取數(shù)據(jù)時(shí)，加密模塊自動(dòng)將加密的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，整個(gè)過程對(duì)上層的軟件來說是完全透明的。這種方法可以有效地抵御針對(duì)存儲(chǔ)器的物理攻擊、因軟件缺陷導(dǎo)致的隔離失效等引起的數(shù)據(jù)泄露問題。但是，這種方法由于加密的安全密鑰在系統(tǒng)上運(yùn)行后一直保持不變，所以容易導(dǎo)致惡意攻擊者針對(duì)加密方法的弱點(diǎn)實(shí)施密碼攻擊與破解。作為SEV([1]AMD Memory Encryption Whi te Paper)方案的基礎(chǔ),SME存在的上述安全風(fēng)險(xiǎn)在SEV的使用場(chǎng)景中顯得尤其明顯。

圖1給出了傳統(tǒng)SME方案的結(jié)構(gòu)圖，通過在內(nèi)存模塊存取路徑中采用硬件加密模塊2將安全信息隔離。其中加密模塊2位于內(nèi)存控制模塊3中，并且向處理器模塊1提供針對(duì)每個(gè)存取是否是安全存取的指示。圖中的加密密鑰是在系統(tǒng)上電時(shí)自動(dòng)生成的，并且在整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行過程中保持不變，這就容易導(dǎo)致惡意攻擊者針對(duì)加密方法的弱點(diǎn)實(shí)施密碼攻擊與破解。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明提供了一種內(nèi)存數(shù)據(jù)加解密的方法，解決了加密密鑰保持不變而導(dǎo)致的惡意攻擊的問題。

本發(fā)明提供一種內(nèi)存數(shù)據(jù)加解密的方法，所述方法包括：

S1、處理器模塊發(fā)送密鑰更新請(qǐng)求至加密模塊，所述加密模塊收到請(qǐng)求后產(chǎn)生新的密鑰；

S2、對(duì)內(nèi)存中的每一個(gè)被加密的內(nèi)存頁(yè)，加密模塊用舊密鑰對(duì)與之對(duì)應(yīng)的內(nèi)存頁(yè)數(shù)據(jù)解密，并使用所述新密鑰分別對(duì)每一個(gè)解密后的頁(yè)面數(shù)據(jù)重新加密。

其中，步驟S1之前還包括：操作系統(tǒng)檢查處理器模塊當(dāng)前狀態(tài)，如果所述處理器模塊忙則直接退出；

如果處理器模塊處于空閑狀態(tài)，則將操作系統(tǒng)掛起，不接受任何其他進(jìn)程的輸入輸出操作，并執(zhí)行上述步驟S1和S2。

此外，上述步驟成功執(zhí)行后，操作系統(tǒng)返回“成功”；如果上述步驟有錯(cuò)誤出現(xiàn)，操作系統(tǒng)返回“錯(cuò)誤”并結(jié)束更新過程。

其中，步驟S1還包括加密模塊將新密鑰保存至內(nèi)存控制器模塊中的寄存器或其內(nèi)部EEPROM中。

其中，步驟S1中處理器模塊通過密鑰更新接口實(shí)現(xiàn)發(fā)送密鑰更新請(qǐng)求至加密模塊。

優(yōu)選地，步驟S1中處理器模塊通過新的機(jī)器指令，或者控制器固件(FW)提供新的應(yīng)用程序編程接口實(shí)現(xiàn)發(fā)送密鑰更新請(qǐng)求至加密模塊。

通過使用本發(fā)明提供的一種內(nèi)存數(shù)據(jù)加解密的方法，不僅可以有效地降低針對(duì)SME技術(shù)加密密鑰保持不變帶來的惡意攻擊，從而顯著提高內(nèi)存加密的安全性；而且提供了安全方案的靈活性，用戶和系統(tǒng)可以根據(jù)需要?jiǎng)討B(tài)更新加解密的密鑰。

附圖說明

圖1為傳統(tǒng)SME方案的結(jié)構(gòu)示意圖；