评估敏感数据的加密算法使用不同的存储设备

文摘

敏感数据需要防止被盗和未经授权的人不管读数据存储在硬盘、闪存、笔记本电脑、台式电脑和其他存储设备。在企业环境中敏感数据存储在存储设备,如金融或军事数据,加密存储设备中用于确保数据机密性。如今,SSD-based NAND闪存存储设备支持在硬盘和SSHD存储数据,因为他们提供了提高性能和降低访问延迟到客户机。在这篇文章中,不同的对称加密算法的性能评估在硬盘上,SSHD, SSD-based NAND多层陶瓷闪存使用两种不同的存储加密软件。基于实验实施,高级加密标准(AES)算法在硬盘优于蛇和Twofish算法的随机读取速度和写入速度(顺序和随机),而Twofish略高于AES算法在连续阅读SSHD和SSD-based NAND多层陶瓷闪存。在硬盘驱动器进行全方位的评价,SSHD, SSD,我们的实验结果可以给更好的主意存储消费者确定哪些类型的存储设备和加密算法适用于他们的目的。这将给他们一个机会,不断实现存储设备的最佳性能和安全的敏感数据。

1。介绍

术语定义密码等敏感信息的加密数据,图片,等等。加密技术已经改变了多年来基于加密软件和加密算法的发展。敏感数据需要防止被盗和未经授权的人看到不管这些数据存储在硬盘中,闪存,笔记本电脑,台式电脑或其他存储设备。加密的过程涉及到标准文本(称为纯文本)转化为一些莫名其妙的话(称为密文)。解密是加密的对立面;这是改变莫名其妙的语言翻译成纯文本的过程。

1977年,美国政府需要方法,存储敏感信息的安全。解决他们的问题被发现通过数据加密标准(DES)的释放。DES是56位密钥长度与64位块大小(1,2]。

一部分性能的观察显示,这是无力抵抗强力攻击。出于这个原因,公众请求是由美国国家标准和技术开发一种新的加密标准。共收到15算法和提交的十二个不同的国家。这些十五,只有五个算法选择:火星,将蛇,Twofish Rijndael,。Rijndael算法和被称为高级加密标准(AES) [3]。第二个最佳选择是蛇Twofish紧随其后的是(3]。

固态硬盘(ssd)是广泛使用的由政府和安全部门4]。他们大多利用NAND-based闪存中,信息是由电子被困在浮置栅极晶体管正常门和通道之间的细胞,因此消除了机械旋转头老硬盘驱动器(HDD)。技术已经发展多年来。单层细胞(SLC) SSD闪存中使用的核心技术的第一代SSD和仍在使用由于其高可靠性和广泛阅读保证金;它存储单点(0,1)在单个细胞,在细胞与俘获电子代表“0”和缺乏电子显示“1”。

也有多层细胞(多层陶瓷)SSD闪存存储两位(00,01。10。在单个细胞(11)5,6)和第三代3 d Triple-Level细胞(TLC) SSD闪存存储三个比特(000,001,…、110、111)在单个细胞。而3 d TLC NAND闪存ssd迅速取得进展,目前,SSD-based NAND flash存储市场上仍然是主导多层陶瓷由于其不断增加产能,降低价格,和高的读写速度4]。

硬盘驱动器(HDD),由于旧的磁实地技术,使用一个写/读头,时间跨度超过一个或多个磁盘来存储信息的获取。硬盘的速度是每分钟的转数(RPM)。硬盘的转速可以低至5400人口、难民和移民事务局和高达15000人口、难民和移民事务局(5]。使用硬盘的好处在于提供一个能够存储大量的数据,其价格低廉而SSD。

固态混合驱动(SSHD)是一项综合技术,它结合了NAND闪存固态硬盘和硬盘技术。NAND闪存SSD上的混合动力驱动的目的是加速启动过程,或者在一些罕见的情况下,作为缓存的数据存储在硬盘上。

因为这些存储设备轻便,重量轻,他们在被丢失或被盗的风险高,未经授权的人员访问。加密可以保证数据在存储设备将从未经授权的访问和修改数据的保密7]。

如今,一些软件加密了确保保密的数据存储设备。例如,加密软件是一个开源软件磁盘加密。这个软件可以运行在不同的操作系统(8]。TrueCrypt有能力将一个文件转化为一个加密的虚拟磁盘(8]。

另一方面,BestCrypt许可加密软件,建立了应用程序开发人员,灰色(9]。BestCrypt广泛用于政府、军事机构、医疗机构、保险供应商,和其他组织(9]。BestCrypt的功能类似于加密软件加密软件,它可以将文件存储在一个容器,类似于一个硬盘(9]。TrueCrypt和BestCrypt支持AES、蛇和Twofish 256位加密算法。

2009年,Elminaam等人相比有不同的对称加密算法的性能包括DES、3 DES、AES, RC4,和将10]。加密算法对CPU使用率的影响以及笔记本电脑的电池寿命是检查。此外,比较这些算法的加密和解密时间根据不同的数据包大小和数据类型(如文本文件和图像)。研究人员得出结论,河豚执行比其他算法由于数据包大小的变化。RC4此外,他们决定,将是,河豚在加密和解密图像更耗费时间比其他算法。最后,他们提到改变AES加密密钥最高的关键(256位)会增加力量和时间消耗。

2014年,Kansal和米塔尔提到了重要在电子交易中使用加密在互联网上(11]。研究人员调查了不同的对称加密算法DES、3 DES和AES。考试是基于不同的参数和数据类型,如文本文件和图像i7处理器。他们得出的结论是,AES需要较少的加密和解密时间与DES和3 DES。然而,3 des比其他算法利用更少的内存。

2018年,俯视et al。12)提出了一个hash-key-based图像密码系统使用2 d逻辑映射和细胞自动机,以确保多媒体数据的安全。基于收集的数据统计测试,密钥空间,熵信息,和微分袭击,他们得出的结论是,他们的密码系统是快速和高效的加密。同样,2018年,设计和实现一个高性能的基于AES算法的加密系统通过元et al。13]。他们提出的密码系统支持所有三种模式包括aes - 128、-192和-256年,输送到4阶段每一轮加密和解密操作。上述的主要优势提出了密码系统得出的结论是由于四管道实现性能和吞吐量。

在低成本进一步提高数据的安全卫生处理多层陶瓷闪存,林等人。14提出了一种快速卫生处理计划。计划达到快速清除旧数据为零live-data-copy开销时创建一个新的数据。设计允许消毒上或降低相关的页面没有令人不安的数据更低或更高页面,不需要备份的数据。

此外,在2019年,研究者们梅耶尔和van Gastel [15]分析了硬件全盘加密的固态硬盘(ssd)由三家制造商在2014年和2018年之间使用内部SATA和NVMe接口或外部USB接口。分析是由再保险(逆向工程)这些设备的固件。他们得出结论,这些模型的关键安全漏洞在许多由于规范,设计,或实现允许数据全面复苏的对手,即使数据保护微软Windows集成驱动器加密这些模型。

考虑到最近的评估和通过专注于常见的存储设备,探讨AES加密性能,蛇,Twofish和256位的密钥在硬盘上,SSHD, SSD-based NAND flash使用TrueCrypt和BestCrypt多层陶瓷。本文中提供的综合实验结果允许存储解决方案的消费者,以确定哪些加密算法对这些存储设备执行最好的。此外,它为他们提供了详细的加密软件加密产品的性能可以使他们能够选择正确的软件加密产品,以确保他们的存储设备。

本文的其余部分组织如下:部分2在两部分详细论述了绩效评估的系统设置和实验结果;本节大致轮廓评价测试的结果并比较结果,最后,部分3总结了纸。

2。绩效评估

2.1。实验装置

我们建立了一个测试床环境与西方数字硬盘,希捷SSHD,三星128 GB闪存多层陶瓷SSD综合系统(见表1和2)。铁砧的存储工具是用来比较存储设备的读写速度。基准工具决定的速度在不同的磁盘存储设备访问模式包括4 MB顺序读,4 k随机读,4 MB的顺序写,随机写4 k。三星128 GB闪存多层陶瓷SSD有256 MB的缓存加速的读写速度存储设备(见表2)。测试文件的大小发送的基准测量工具(砧的存储工具)来存储设备是1 GB覆盖缓存将决定实际的存储性能。为了得到更准确的结果,每个实验都做10次。后来,平均每个存储设备的读写性能。

4 MB顺序读取速度是一个磁盘访问模式,4 MB的数据块读取从相邻位置表面上的设备。4 k随机读取速度是一个磁盘访问模式,小(4 KB)的数据块读取从随机位置表面的设备被测试。他们通常以MB / S。4 MB顺序写磁盘访问模式,4 MB的数据块的相邻位置表面上的设备。4 k随机写磁盘访问模式,小(4 KB)的数据块的随机位置表面上的存储设备。

2.2。实验结果

图1所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用于硬盘存储设备使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。后应用于硬盘存储设备使用BestCrypt, AES 256位4 MB顺序读取速度平均为58.70 MB / s。相比之下,AES 256位4 MB顺序读取速度平均为59.14 MB / s TrueCrypt时。AES 256位4 MB顺序读取速度比BestCrypt TrueCrypt时执行0.75%。同样,蛇256位4 MB顺序读取速度为58.43 MB / s BestCrypt时和59.32 MB / s TrueCrypt应用时,这表明它执行BestCrypt TrueCrypt上优于1.52%。最后,Twofish 256位4 MB顺序读取速度是57.48 MB / s BestCrypt时,TrueCrypt应用时59.22 MB / s。这是一个3.03%的差异。

图2所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用于硬盘存储设备使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。后应用于硬盘存储设备使用TrueCrypt, AES 256位4 k随机读取的平均速度为0.47 Mb / s。相比之下,AES 256位平均4 k随机读取速度为0.50 Mb / s BestCrypt时。AES 256位4 k随机读取速度比TrueCrypt BestCrypt时执行6.38%。同样,蛇256位4 k随机读取速度为0.43 Mb / s TrueCrypt时和0.49 Mb / s BestCrypt应用时,这表明它执行TrueCrypt BestCrypt上优于13.95%。

最后,Twofish 256位4 k随机读取速度是0.42 Mb / s TrueCrypt时和0.49 Mb / s BestCrypt时。这是一个16.67%的差异。图3所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用于硬盘存储设备使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。后应用于硬盘存储设备使用BestCrypt, AES 256位4 MB顺序写的平均速度为51.13 MB / s。相比之下,AES 256位平均4 MB顺序写入速度为51.64 MB / s TrueCrypt时。AES 256位4 MB顺序写入速度比BestCrypt TrueCrypt时执行1.00%。同样,蛇256位4 MB顺序写入速度为51.08 MB / s BestCrypt时和51.99 MB / s TrueCrypt应用时,这表明它执行BestCrypt TrueCrypt上优于1.78%。最后,Twofish 256位4 MB顺序写入速度为51.45 MB / s BestCrypt时,TrueCrypt应用时52.00 MB / s。这是一个1.07%的差异。

图4所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用于硬盘存储设备使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。后应用于硬盘存储设备使用BestCrypt, AES 256位4 k随机写操作的平均速度为0.93 Mb / s。相比之下,AES 256位4 k随机写操作的平均速度为1.01 Mb / s TrueCrypt时。AES 256位4 k随机写入速度比BestCrypt TrueCrypt时执行8.60%。同样,蛇256位4 k随机写入速度为0.91 Mb / s BestCrypt时和0.99 Mb / s TrueCrypt应用时,这表明它执行BestCrypt TrueCrypt上优于8.79%。最后,Twofish 256位4 k随机写入速度为0.92 Mb / s BestCrypt时,TrueCrypt应用时0.99 Mb / s。这是一个7.61%的差异。

图5显示了三种不同的加密算法应用于SSHD存储设备使用真正的隐窝和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。在被应用到SSHD存储设备使用TrueCrypt, AES 256位平均4 MB顺序读取速度为64.55 MB / s。相比之下,AES 256位4 MB顺序读取速度平均为75.95 MB / s BestCrypt时。AES 256位4 MB顺序读取速度比TrueCrypt BestCrypt时执行17.66%。同样,蛇256位4 MB顺序读取速度为65.94 MB / s TrueCrypt时和71.90 MB / s BestCrypt应用时,这表明它执行TrueCrypt BestCrypt上优于9.04%。最后,Twofish 256位4 MB顺序读取速度是68.76 MB / s TrueCrypt时和82.24 MB / s BestCrypt时。这是一个19.60%的差异。

图6所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用到SSHD存储设备使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。在被应用到SSHD存储设备使用TrueCrypt, AES 256位平均4 k随机读取速度为0.65 Mb / s。相比之下,AES 256位平均4 k随机读取速度为0.68 Mb / s BestCrypt时。AES 256位4 k随机读取速度比TrueCrypt BestCrypt时执行4.61%。同样,蛇256位4 k随机读取速度为0.59 Mb / s TrueCrypt时和0.67 Mb / s BestCrypt应用时,这表明它执行TrueCrypt BestCrypt上优于13.56%。最后,Twofish 256位4 k随机读取速度是0.70 Mb / s TrueCrypt时和0.78 Mb / s BestCrypt时。这是一个11.43%的差异。

图7所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用到SSHD存储设备使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。在被应用到SSHD存储设备使用BestCrypt, AES 256位平均4 MB顺序写入速度为74.61 MB / s。相比之下,AES 256位平均4 MB顺序写入速度为91.97 MB / s TrueCrypt时。AES 256位4 MB顺序写入速度比BestCrypt TrueCrypt时执行23.27%。另一方面,蛇256位4 MB顺序写入速度为62.39 MB / s TrueCrypt时和73.80 MB / s BestCrypt应用时,这表明它执行TrueCrypt BestCrypt上优于18.29%。最后,Twofish 256位4 MB顺序写入速度为69.99 MB / s BestCrypt时,TrueCrypt应用时80.20 MB / s。这是一个14.59%的差异。

图8所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用到SSHD存储设备使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。在被应用到SSHD存储设备使用BestCrypt, AES 256位4 k随机写操作的平均速度为1.13 Mb / s。相比之下,AES 256位4 k随机写操作的平均速度为2.28 Mb / s TrueCrypt时。AES 256位4 k随机写入速度比BestCrypt TrueCrypt时执行101.77%。另一方面,蛇256位4 k随机写入速度为1.22 Mb / s TrueCrypt时和1.46 Mb / s BestCrypt应用时,这表明它执行TrueCrypt BestCrypt上优于19.67%。最后,Twofish 256位4 k随机写入速度为1.07 Mb / s BestCrypt时,TrueCrypt应用时1.69 Mb / s。这是一个57.94%的差异。

图9所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用于SSD-based NAND flash存储设备多层陶瓷使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。在被应用到使用BestCrypt SSD-based NAND flash存储设备多层陶瓷,AES 256位平均4 MB顺序读取速度为389.54 MB / s。相比之下,AES 256位4 MB顺序读取速度平均为410.47 MB / s当True-Flash后应用AES,蛇,Twofish 256位使用BestCrypt和加密软件。

应用隐窝。AES 256位4 MB顺序读取速度比BestCrypt TrueCrypt时执行5.37%。另一方面,蛇256位4 MB顺序读取速度为251.00 MB / s TrueCrypt时和254.55 MB / s BestCrypt应用时,这表明它执行TrueCrypt BestCrypt上优于1.41%。最后,Twofish 256位4 MB顺序读取速度是385.73 MB / s TrueCrypt时和413.73 MB / s BestCrypt时。这是一个7.26%的差异。

图10所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用于SSD-based NAND flash存储设备多层陶瓷使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。在被应用于SSD-based NAND多层陶瓷存储设备使用TrueCrypt, AES 256位平均4 k随机读取速度为13.11 Mb / s。相比之下,AES 256位平均4 k随机读取速度为18.65 Mb / s BestCrypt时。AES 256位4 k随机读取速度比TrueCrypt BestCrypt时执行42.26%。同样,蛇256位4 k随机读取速度为12.95 Mb / s TrueCrypt时和16.09 Mb / s BestCrypt应用时,这表明它执行TrueCrypt BestCrypt上优于24.25%。最后,Twofish 256位4 k随机读取速度是13.01 Mb / s TrueCrypt时和17.88 Mb / s BestCrypt时。这是一个37.43%的差异。

图11所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用于SSD-based NAND flash存储设备多层陶瓷使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。在被应用到使用BestCrypt SSD-based NAND flash存储设备多层陶瓷,AES 256位平均4 MB顺序写入速度为360.89 MB / s。相比之下,AES 256位平均4 MB顺序写入速度为399.23 MB / s TrueCrypt时。AES 256位4 MB顺序写入速度比BestCrypt TrueCrypt时执行53.03%。同样,蛇256位4 MB顺序写入速度为212.64 MB / s BestCrypt时和231.77 MB / s TrueCrypt应用时,这表明它执行BestCrypt TrueCrypt上优于9%。最后,Twofish 256位4 MB顺序写入速度为346.96 MB / s TrueCrypt时和386.45 MB / s BestCrypt时。这是一个11.38%的差异。

图12所示,在这个实验中,三个不同的加密算法被应用于SSD-based NAND flash存储设备多层陶瓷使用TrueCrypt和BestCrypt为了测试他们每个执行和确定哪些类型的加密存储软件执行最佳。在被应用于SSD-based NAND多层陶瓷存储设备使用BestCrypt, AES 256位4 k随机写操作的平均速度为36.20 Mb / s。相比之下,AES 256位4 k随机写操作的平均速度为36.24 Mb / s TrueCrypt时。AES 256位4 k随机读取速度比BestCrypt TrueCrypt时执行0.11%。另一方面,蛇256位4 k随机写入速度为26.21 Mb / s TrueCrypt时和33.52 Mb / s BestCrypt应用时,这表明它执行TrueCrypt BestCrypt上优于27.89%。最后,Twofish 256位4 k随机写入速度为31.11 Mb / s TrueCrypt时和34.91 Mb / s BestCrypt时。这是一个12.21%的差异。

3所示。结论

数据处理、传输和存储。为了安全的数据存储设备,本研究深入研究对称加密算法的性能在三个不同的存储设备使用BestCrypt(商业存储加密软件)和加密软件(开源存储加密软件软件)。本研究论文三个存储设备检查硬盘,SSHD, SSD-based NAND多层陶瓷闪存。硬盘驱动器和SSHD旧形式的存储技术,而SSD-based NAND多层陶瓷(第三SATA接口)是当前存储技术的形式。

研究表明,SSD-based NAND flash多层陶瓷(第三SATA接口)具有最高的性能应用AES,前后Twofish蛇,256位的密钥使用BestCrypt TrueCrypt比HDD和SSHD。研究确定什么样的对称加密算法,包括AES,蛇,和Twofish执行最好的每个存储设备上测试在这个研究论文。对硬盘驱动器执行最佳的加密算法AES 256位的密钥Twofish比起蛇和使用BestCrypt 256位的密钥。然而,Twofish 256位上执行更好的SSHD SSD-based NAND flash相比,多层陶瓷AES和使用BestCrypt蛇256位的密钥。另一方面,AES 256位的密钥加密的最高水平表现SSHD Twofish SSD-based NAND flash多层陶瓷相比,蛇和使用TrueCrypt 256位的密钥。此外,当Twofish 256位用于加密硬盘使用TrueCrypt, Twofish 256位的密钥执行最好的相比,AES和蛇256位使用相同的存储加密软件。Twofish总的来说,AES、蛇和256位的密钥执行最好的硬盘使用TrueCrypt BestCrypt相比。Twofish在另一方面,AES、蛇和256位的密钥表现更好的SSHD和SSD-based NAND flash(第三SATA接口)使用多层陶瓷BestCrypt TrueCrypt相比。然而,Twofish的研究证明了AES和256位一贯执行在不同的存储设备比蛇256位使用BestCrypt和加密软件。

选择合适的加密算法将对存储设备的性能产生重大影响。仔细的评估和选择加密算法使用SSD-based时是尤其重要的NAND闪存和SSHD每个算法的性能变化很大取决于哪个设备是应用。另一方面,不同的加密硬盘的性能仍然是相当一致的在不同的磁盘访问模式。

数据可用性

本研究使用的数据将根据要求提供。

的利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

引用

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