i-NVMM:实时加密技术

　　ZDNET至顶网安全频道 2月14日 编译：电脑内存中存储着大量非加密信息。幸运的是，一旦停电，内存中的这些信息就随之消失了。不过，这种情况在下一代内存中将不会出现。

　　动态随机访问存储器(DRAM)也就是我们常说的内存，其动态性就体现在它必须借助外部电力保持芯片中的电容状态。一旦停电，芯片中的电容就会放电，所有数据随之消失。

　　早在2008年，普林斯顿大学的研究人员就发现，通过“冷冻”DRAM芯片，可以将其中存储的内容在断电后继续保持足够长的时间，从而从中读取信息。所幸是，这种冷冻技术并不简单，因此也没有成为黑客获取信息的主流方案。

　　在已经过去的2011年中: 研究人员打算尝试将DRAM替换为更有效率同时也对电源依赖度更低的非易失性主内存(Non-Volatile Main Memory，NVMM)。在硬件开发人员眼里，NVMM有如下几个特性：

　　· 维持存储内容不需要供电

　　· 即时恢复睡眠或冬眠状态

　　· 使用现有技术，NVMM能在相同的空间下实现更大的存储容量

　　但是有利就有弊，对于NVMM来说存储内容不需要电力维持，那就意味着在存储过程中一旦电力丧失，数据会继续保留在NVMM内存中。这就达成了当初普林斯顿大学研究人员，甚至是所有黑客的预期。一旦黑客获得了你的笔记本，就可以有足够的时间将内存中的非加密数据提取出来。

　　解决方案

　　本文很高兴向大家推荐了i-NVMM，这是由Intel的Siddhartha Chhabra博士和北卡罗来纳州立大学Yan Solihin博士共同研究的一种针对上文提到的风险解决方案。在这两位开发者的论文《i-NVMM:带增量加密的非易失性主内存系统》中，对于i-NVMM的解释是这样的：“针对NVMM的数据隐私保护系统。I-NVMM基于一种内存端的加密引擎对电脑主内存进行加密，因此不受操作系统和硬件架构限制。”

　　这段话听上去很简单，但实际上并不简单。首先让我们先看一下下面这个结构图：

　　下面是这两位开发者的解释：

　　“图中显示的是在NVMM上添加的一个硬件组件。其中一个组件是页面状态表Page Status Table (PST), 即通过一个SRAM结构随时跟踪每个页面的状态：

　　· 1-bit表示当前页面是否处于加密状态(Enc-Status)

　　· 该页面的最后访问时间(LastAcc)

　　· 该页面被访问的总次数(numAcc)

　　· 本页之后的下一个访问页(NextPage)

　　· 1-bit表示一个页面是否正处在加密/解密过程中(Pending)

　　LastAcc被用于Inert Page Prediction(IPP)技术，用来预测一个非活动页面并进行加密。NumAcc是用来记录某个已加密数据页已经收到了多少访问请求，进而判断是否要将这个加密页进行解密。”

　　这样看来似乎还是不够明白，于是作者决定直接打电话联系这个技术的研发人员。Dr. Chhabra同意回答作者有关i-NVMM的一些问题。下面是作者对Dr. Chhabra的电话采访记录供读者参考：

　　Kassner: 首先要说一下，我对非易失性存储器(NVM)比较熟悉，但是之前没有听说过非易失性主存储器(NVMM)。这两者有什么区别吗?

　　Chhabra: 你可以把NVM看作是电脑中的存储系统，可以在断电后继续保持其中的存储内容不发生改变，目前的U盘还有硬盘等，都可以看作是NVM。因此NVM并不是什么新概念，早在上世纪60年代就已经出现了。而NVMM是一个新的概念。你可以把它想象成目前DRAM的替代品。在其它方面，NVMM包含了NVM的各种技术，类似于相变内存(PCM)或者磁阻RAM(MRAM)等技术。

　　Kassner: NVM的非易失性特性可以说是一把双刃剑，对于电脑存储来说是好事，但是对于安全来说不见得是好事。我猜上世纪60年代，人们在推出NVM这个概念时没有过多的考虑过安全性问题。你和Solihin博士在这方面给出了解决方案：i-NVMM。你能不能大致的介绍一下i-NVMM的技术原理呢?

　　Chhabra: 我们意识到对于存储来说，不论是否安全，主内存的非易失性都是一个相当重要的特性。因此我们决定找出一种解决方案，能够在既保证规避安全风险，又能让非易失性这个特性在当今的电脑系统中充分发挥作用。