再谈数据安全：TCG Opal介绍

在之前发表的《拥有AES-XTS 256位硬加密和秘钥删除，企业数据安全性会怎样？》一文中，我们详细介绍了AES高级加密标准算法和AES-XTS全盘自加密的工作原理。它是目前政府、企业广泛采用的数据加密方式，也是PBlaze系列企业级SSD在数据安全方面的重要功能之一。

在此之外，我们也会在一些SSD的规格介绍中，在数据安全一栏看到TCG Opal的身影。它和AES有何关系？又能起到怎样的数据安全防护效果？本文将给出解答。

TCG Opal是什么

TCG全称Trusted Computing Group（可信计算工作组），它是一家非盈利性组织，致力于开发、定义和推广数据安全防护技术和规范标准，保护企业敏感数据不被泄露，建立完善的安全认证，用户身份保护，设备认证和完整的网络防护体系，有效降低企业的总拥有成本，且完全合规。

TCG Opal是TCG制定的安全标准规范，它定义了对静态数据保护的安全策略，包括基于AES-128或AES-256的设备自加密（SED，Self-Encrypting Drive）、用户权限管理、开机前身份验证等。由于采用硬件自加密技术，Opal并不会对系统的性能造成影响，同时，它独立于操作系统之外，使用不同的操作系统，利用不同的操作系统漏洞，都无法对其产生影响。它是对传统自加密技术的完善，也是存储行业重要的规范之一。

Opal定义下的加密流程

SED是Opal的必备项，它集成了对用户静态数据的加密功能，所有写入硬盘的用户数据都由硬盘控制器内的专门硬件进行加密，在读取时进行解密。加密和解密均通过硬盘内部产生的媒体加密密钥MEK（Media Encryption Key）进行，不通过Host端处理。

Opal为主机应用定义了一个管理接口，用于激活、配置和管理用户数据的加密功能。当存储设备锁定，用户将无法直接访问里面的数据，只有通过主机向该存储设备提供正确的凭证，存储设备才会解锁，并进行正常的读取和写入操作。

MEK作为影响数据安全的重要因素，其自身也需要被加密，给MEK加密的就是KEK（Key Encryption Key），它是基于用户的密码、口令或一些其它认证机制计算得出的特定数值。MEK只以加密的形式持久地存储在设备中，任何明文MEK都只在存储设备加电的情况下，在控制器内部短暂保存，当存储设备断电，明文MEK就会丢失。此外，Opal并不会对明文的用户密码、口令加以 记录，也就杜绝了从硬盘本身泄露凭证的可能。如此一来，在未获得正确的用户密码、口令等前提下，即使拿到加密设备，也无法获得明文的KEK和MEK，更无法获得里面的明文用户数据。

除了自加密，Opal还有哪些功能

Opal提供了一个接口，允许主机应用程序管理与用户认证和媒体加密有关的功能，具体包括：

• 设置用于执行配置的管理员凭证（最少支持4个）；
• 多个用户凭证的设置和管理（最少支持8个），这些用户可以被分配到Opal子系统中执行相应操作；
• 将存储设备划分为多个"锁定范围"，每一个“锁定范围”都对应一段连续的LBA；
• 每个锁定范围都对应不同的MEK进行加密，访问相互独立；
• 每个“锁定范围”的访问权限可以授权至0个或多个用户；
• 每个锁定范围都可以独立解除锁定，此过程中，旧的MEK将被删除，并创建一个新的MEK，而使用旧MEK加密的数据将不再能够被解密；
• 0个或多个用户可以被配置到解除锁定的区域，为存储设备的重新使用或报废提供快速、安全的执行方式；
• 支持MBR Shadowing功能，使用者开机时需要先进行Pre-Boot身份验证操作，只有验证通过后才能进入开机程序，和设备连接。

总结来说，Opal可以设置多个不同类别、不同权限的用户，并将设备划分为多个锁定范围；其每个锁定范围、用户配置、访问权限都相互独立，使用灵活；即使设备离开所有者，也可以防止未经授权的访问，保护用户的静态数据，有效减少数据泄露风险；支持MEK删除，可快速安全清除用户数据。此外，Opal还具有易扩展的特性，可通过添加新的功能来实现更多用户请求的支持。

补充：Opal、Opalite、Pyrite的区别

通常，Opal被用于企业级数据安全解决方案。受NVMe工作组邀请，TCG也打造了针对消费级市场的解决方案，即Opalite SSC和Pyrite SSC，它们是Opal的两个子集。三者主要区别在于管理员、用户、可配置的锁定范围的数量等。此外，Pyrite没有规定对静态数据进行加密保护的能力，也不具备与加密、秘钥擦除等有关的功能，具体如下：

TCG Opal是由TCG组织成员共同推动定义的存储设备安全管理规范。TCG Opal的应用，除了获得设备完善的加密保障外，其优势还在于通过硬件本身加密，节约主机系统加密带来的开销，从而获得更优的存储性能。TCG Opal安全管理规范在应用上具备明显的地域性特征，北美、欧洲应用范围较广，加之其标准实现的复杂性，给存储设备厂商的开发带来不小挑战。Memblaze在用户数据安全保障上一直保持高度重视，并在PBlaze6 6530系列企业级NVMe SSD中率先支持TCG Opal 2.0，让国产品牌在数据安全及拥抱更优存储技术方面更进一步。

参考资料：
Trusted Computing Group and NVM Express Joint White Paper: TCG Storage, Opal, and NVMe