[发明专利]一种保护内存存储器数据机密性和完整性的方法

说明书

技术领域

本发明属于计算机数据存储保护技术领域，涉及一种保护内存存储器数据机密性和完整性的方法。

背景技术

随着科学技术的发展，存储在计算机内存中的数据越来越多、越来越重要，内存也由此遭到越来越多的攻击，所以需要对其机密性进行保护，防止信息泄露。内存数据机密性保护领域最常使用的加密方法是计数器模式加密，因为在不考虑counter溢出的情况下，计数器模式加密只会在数据的关键路径上添加一个异或操作引起的延迟。但是counter溢出会使得系统暂停正在进行的任务，分配新的密钥和counter，进行重新加密，占用非常多的系统计算资源。

发明内容

本发明的目的在于提供一种加解密使用的counter的构建方法，改进计数器模式加密方法，消除counter溢出对系统性能的影响，保留计数器模式加密在性能方面的优势，同时保护系统内存数据的完整性。

本发明的技术方案包括以下两个部分：

当CPU将数据块写回内存时：

1.1.1系统为需要写回的数据块分配新的counter_assigned，counter_assigned可以这样产生，其初始为0，每次产生则自身加(1)，可以保证其在溢出之前不重复；

1.1.2使用counter_assigned计算用于加解密的counter_use，如式(1)，其中||为连接运算，addr_block为数据块的地址；

counter_use＝Hash_key(addr_block||counter_assigned)(1)

1.1.3使用计算的counter_use计算本次加密使用的密钥key_use；

1.1.4应用计数器模式加密方法对数据块加密；

1.1.5检查是否可以将counter_use存储在片上缓存中。如果可以存储在片上缓存中，则存储在片上缓存中；否则，丢弃。

1.1.6将数据块和counter_assigned写回内存。

当CPU从内存读取数据块时：

1.2.1首先从内存读取数据块；

1.2.2检查这个数据块的counter_use是否存储在片上。如果不在片上缓存中，从

内存中读取这个数据块的counter_assigned，将counter_assigned和数据块的地址作为带密

钥的MAC函数的输入计算counter_use，如式(1)；

1.2.3应用计数器模式加密方法解密这个数据块；存储在counter缓存中的是计算的得到的counter_use，而不是系统为数据块分配的counter_assigned。

系统可以预先分配多个密钥在片上存储，使用计算得到的counter_use对系统中可用的密钥的数量求余，确定需要使用哪个密钥key_use对数据块进行加解密，如式(2)，其中mod是取摸运算。

key_use＝key_i,i＝counter_use mod n(2)

可以在式(1)中添加另一个非常短的输入counter_i，其产生方式同counter_assigned，counter_i可以在内存中单独存储，如式(3)或式(4)，其中addr_block为数据块的地址。

counter_use＝Hash_key(addr_block||counter_assigned||counter_i)(3)

Counter_use＝Hash_key(Hash_key(addr_block||counter_assigned)||counter_i)(4)