一种数据加密存储方法、系统和固态硬盘与流程

本发明涉及数据加密存储，具体来说，涉及一种数据加密存储方法、系统和固态硬盘。

背景技术：

1、随着信息技术的飞速发展，数据的安全性和隐私保护成为了日益重要的问题。尤其在存储设备领域，固态硬盘（ssd）因其高性能和可靠性被广泛应用于各类计算系统。然而，随着对数据安全需求的提高，传统的存储方法已无法完全满足保护数据不被未经授权访问的需求。

2、数据加密存储是将数据通过加密算法转化为不可读的形式，只有通过解密才能恢复原始数据。加密存储可以保护数据免受未授权访问，常见的方法包括使用硬件加密或软件加密技术。硬件加密由设备内部的专用芯片处理，加密性能高且对系统影响小；软件加密则通过操作系统或第三方软件实现，通常可以对特定文件或全盘进行加密。通过正确配置加密机制，可以确保数据在存储时的安全性。

3、数据存储加密技术的目的是防止在存储环节上的数据失密，数据存储加密技术可分为密文存储和存取控制两种。前者一般是通过加密算法转换、附加密码、加密模块等方法实现；后者则是对用户资格、权限加以审查和限制，防止非法用户存取数据或合法用户越权存取数据。

4、固态硬盘，又称固态驱动器，是用固态电子存储芯片阵列制成的硬盘；固态硬盘的存储介质分为两种，一种是采用闪存（flash芯片）作为存储介质，另外一种是采用dram作为存储介质。最新还有英特尔的xpoint颗粒技术。

5、固态硬盘具有传统机械硬盘不具备的快速读写、质量轻、能耗低以及体积小等特点，同时其劣势也较为明显。尽管idc认为ssd已经进入存储市场的主流行列，但其价格仍较为昂贵，容量较低，一旦硬件损坏，数据较难恢复等；并且亦有人认为固态硬盘的耐用性（寿命）相对较短；而反观普通的机械磁盘，其数据读写是靠盘片的高速旋转所产生的气流来托起磁头，使得磁头无限接近盘片，而又不接触，并由步进电机来推动磁头进行换道数据读取。所以其内部构造相对较为复杂，也较为精密，一般情况下不允许拆卸。一旦人为拆卸，极有可能造成损害，磁盘无法正常工作。

6、现有的固态硬盘加密技术主要包括软件加密和硬件加密。软件加密通过操作系统或第三方软件对数据进行加密，但可能因系统资源占用和性能影响而受到限制。硬件加密则通过硬盘内部的专用加密芯片处理数据加密，性能更佳但设备成本较高。

7、但是，现有的固态硬盘在进行加密存储数据信息的时候，容易因为数据信息较大，造成数据信息的加密过程较为缓慢，以及在存储的时候，存储效率低下，严重影响了固态硬盘使用时候的性能等问题。

8、针对相关技术中的问题，目前尚未提出有效的解决方案。

技术实现思路

1、针对相关技术中的问题，本发明提出一种数据加密存储方法、系统和固态硬盘，以克服现有相关技术所存在的上述技术问题。

2、为此，本发明采用的具体技术方案如下：

3、一种数据加密存储方法，包括有以下步骤：

4、s1、接收需要存储的数据信息：将需要存储的数据信息先存储在缓冲存储器中，并且对数据信息进行预处理；

5、s2、建立数据信息的索引信息：数据信息的索引信息通过哈希函数进行建立，且哈希函数的计算公式如下所示：

6、，其中，c为哈希表的大小，key为键值，且key的存储空间小于预留的索引信息空间a的大小，h为索引数值；

7、s3、数据信息的分段处理：对缓存存储器中的数据信息进行分段处理，并且在分段处理的时候，根据固态硬盘的存储通道n，以及数据信息的大小m，进行分段处理，且数据信息的分段数量与固态硬盘的存储通道n相同；

8、s4、对数据信息进行压缩处理：对分段处理后的数据信息进行压缩处理，降低数据信息的大小；

9、s5、对压缩后的数据信息进行存储：对压缩后的数据信息进行加密存储，并且采用的椭圆曲线的加密算法对数据信息进行加密，提供较短的密钥长度，提高存储效率。

10、作为优选的实施例，所述s1中的缓冲存储器采用的是自适应缓冲算法，自适应缓冲算法动态调整缓冲区的大小和管理策略，以适应变化的数据流和处理需求；

11、对于自适应缓冲算法通过控制策略来计算调整量；计算公式如下：

12、，

13、其中，是控制信号，是误差，、和是比例增益、积分增益和微分增益，表示在积分过程中对变量进行的微小变化，表示一个微小的时间增量，在微分方程中，常用于描述系统状态随时间或其他变量变化的速率；

14、且，，其中，为输入数据信息的大小，为设定的缓存空间的大小。

15、作为优选的实施例，所述s1中的数据信息预处理步骤如下：

16、数据清洗：将数据信息中的重复记录信息进行删除，并且对数据信息中的错误信息进行修正，以及将数据信息中的缺失值进行补充；

17、数据转换：将数据信息进行转换，转换成固态硬盘存储的规范化或标准化数据，转换数据格式以适应存储需求，提高存储的效率；

18、数据集成：将来自不同来源的数据信息合并为一个统一的数据集；

19、数据筛选：选择与分析目标相关的数据信息，剔除不必要的数据信息。

20、作为优选的实施例，所述数据清洗中还通过以下计算公式对数据信息进行异常检测：

21、，

22、其中，为计算后输出的数据信息，为输入的数据信息，为数据信息的总数，为数据信息的均值，为数据信息的中位数，为标准差，为阈值，且设定为1.5，若，则判定数据信息为异常数据信息，进行去除，若，则判定数据信息为正常数据信息；

23、缺失值的补充和错误信息的修正均采用平均值进行填充，且计算过程如下：

24、，其中，为填充的数据信息的数值，分别为需要填充数值位置两侧的数据信息对应的值。

25、作为优选的实施例，所述s4中数据信息的压缩处理步骤如下：

26、统计字符频率：对数据信息中的每个字符的出现频率进行计算，并且进行统计计数；

27、构建优先队列：创建一个优先队列，且优选队列的选择为统计计算中频率最低的字符，其中每个节点包含一个字符和其对应的频率；

28、构建huffman树：从优先队列中取出两个频率最低的节点；创建一个新节点，其频率为这两个节点频率之和，新节点的两个子节点是这两个低频节点；

29、将新节点插入优先队列：重复上述步骤直到队列中只剩一个节点，这个节点就是huffman树的根节点；

30、生成编码表：从huffman树的根节点开始，左子树分配‘0’，右子树分配‘1’，递归生成每个字符的编码；

31、编码数据：使用生成的编码表将分段后的数据信息转换为压缩的二进制码流。

32、作为优选的实施例，所述s5中的椭圆曲线的加密算法如下所示：

33、选择一个随机数作为私钥d，并且私钥d选择为每一个分段的数据信息的均值，即为；

34、通过私钥对公钥进行计算：计算公钥，其中g是曲线上的生成点，表示点倍增，为优化因子，通过优化因子使得公钥实现自适应的变化，且优化因子的计算如下：

35、，其中，为常数，并且为解密次数，在解密的过程中为一个持续增长的数值，即；

36、并且分段后数据信息分别通过椭圆曲线进行加密处理，在通过椭圆曲线加密处理后，固态硬盘对分段后的数据信息进行分配存储空间，将所有分段后的数据信息存在一个逻辑块的内部，并且为逻辑块分配一个唯一的地址。

37、一种数据加密存储系统，用于实现上述任一项所述的一种数据加密存储方法，包括数据信息预处理模块、数据信息索引建立模块、数据信息分段模块、数据信息压缩模块和数据信息加密模块；

38、所述数据信息预处理模块用于对数据信息进行预处理，对数据信息进行清洗、转换、集成和筛选，对数据信息进行处理，提高数据信息的精准度，并且将数据信息中的不同来源进行融合成一个数据集，使得数据信息便于进行去除不必要的数据，并且对数据信息进行格式转换处理，使得数据信息便于后续的处理；

39、所述数据信息索引建立模块用于通过哈希函数完成对数据信息进行索引信息的生成，便于在读取数据信息的时候，能够对数据信息进行快速的查询；

40、所述数据信息分段模块用于将数据信息进行分段处理，使得大数据信息能够分成若干小的数据信息，便于对数据信息进行计算和存储，提高数据信息的存储效率；

41、所述数据信息压缩模块用于对分段后的数据信息进行每一段的单一压缩，提高压缩的效率；

42、所述数据信息加密模块用于对分段后的数据信息进行每一段的单独加密，能够缩减加密的密钥长度，提高计算的效率。

43、作为优选的实施例，所述数据信息分段模块的分段计算如下：

44、获取固态硬盘的存储通道n，并且检测数据信息的大小m，且数据信息的分段数量与固态硬盘的存储通道n相同，则数据信息的分段计算如下所示：

45、，其中，s为分段后数据信息的大小，且a为分段后数据信息在存储时候预留的索引信息空间。

46、一种数据加密存储固态硬盘，包括有数据加密存储固态硬盘，所述数据加密存储固态硬盘中存储有一种固态硬盘数据加密存储方法程序，以及所述数据加密存储固态硬盘还能够实现硬件加密，所述一种固态硬盘数据加密存储方法程序被处理器执行时，实现一种数据加密存储方法的步骤；

47、以及所述数据加密存储固态硬盘中存在有一种数据加密存储系统，所述一种数据加密存储系统被处理器执行时，实现数据加密存储系统的模块。

48、作为优选的实施例，所述硬件加密：所述数据加密存储固态硬盘中包括有加密引擎，通过ssd的管理工具或固件设置启用加密，设置一个密码或密钥进行保护加密。

49、本发明的有益效果为：

50、1、本发明通过对需要存储的数据信息进行缓冲存储，提高数据信息的接受速率，并且对于缓冲存储器的空间设定，采用自适应缓冲算法动态调整缓冲区的大小和管理策略，以适应变化的数据流和处理需求；

51、2、本发明在使用的时候，通过数据清洗对数据信息进行异常检测，并且通过均值和中位数实现对数据信息的异常进行检测，若，则判定数据信息为异常数据信息，进行去除，若，则判定数据信息为正常数据信息，可以实现对数据信息中的异常数据进行检测，并且通过平均值实现对缺失值的补充和错误信息的修正均采用平均值进行填充，实现在将异常数据信息进行剔除，并且对剔除信息、缺失值和错误信息进行补充，保持数据信息的完整性；

52、3、本发明在使用的时候，通过对数据信息进行分段处理，将数据信息分成若干个部分数据信息，便于对数据信息进行快速的同步处理，即通过固态硬盘的通道对数据信息进行分段处理，便于实现将分段后的数据信息进行同步存储，降低数据信息在进行处理时候的压力，并且使得分段后的数据信息较小，便于后续进行加密处理，提高加密的效率，以及在对数据信息进行分段处理的时候，提前在数据信息前预留索引信息空间，便于将生成的索引信息进行填入，便于在对数据信息进行索引查找的时候，能够将所有的分段数据信息进行查询出来；

53、4、本发明在使用的时候，采用的椭圆曲线的加密算法对数据信息进行加密，提供较短的密钥长度，提高存储效率，并且在进行私钥生成公钥的时候，通过优化因子使得公钥实现自适应的变化，即优化因子随着解密次数的增加进行自适应的增长，使得数据信息的密码始终处于变动状态，防止被窃取后打开，造成数据信息的丢失；

54、5、本发明在使用的时候，通过数据信息预处理模块对数据信息进行处理，提高数据信息的精准度，并且将数据信息中的不同来源进行融合成一个数据集，使得数据信息便于进行去除不必要的数据，并且对数据信息进行格式转换处理，使得数据信息便于后续的处理，以及数据信息压缩模块对分段后的数据信息进行每一段的单一压缩，提高压缩的效率，便于提高数据信息的加密存储过程；

55、本发明通过对数据信息进行缓冲存储，提高对数据信息的接收效率，并且对接收的数据信息进行预处理，便于将数据信息中的不同来源进行融合成一个数据集，使得数据信息便于进行去除不必要的数据，并且对数据信息进行格式转换处理，使得数据信息便于后续的处理，并且将数据信息进行分段处理，将数据信息分割成若个的小段信息，便于后续对数据信息进行加密和压缩，提高数据信息的加密存储效率。