前言

不同于磁帶、機械硬盤、光盤等依托機械運動實現讀寫的存儲技術，固態存儲器（solidstate memory，簡稱固態存儲）完全基于半導體技術，通過改變芯片內部固態存儲介質的狀態（比如電荷、相變、極化和電阻等）來存儲數據。在傳統磁盤存儲系統性能停滯不前的情況下，固態存儲以嶄新的視角，經過多年的研究和發展，為存儲領域帶來了一場革命性變革，成為突破現有存儲性能瓶頸的希望。然而，隨著固態存儲的應用和普及，數據存儲安全性、機密性、可靠性等問題逐漸凸顯。如何解決固態存儲架構中存在的安全問題將是本書中的濃墨重彩之處。

全書共11章，可分為三部分：第一部分包括第1～3章，介紹存儲技術的基礎知識。第1章簡要回顧了存儲技術的發展歷史，介紹了當前主流存儲介質的工作原理和特點，隨后對磁盤陣列、網絡化存儲和大數據時代下的新興存儲技術進行了介紹，最后簡介了存儲系統的邏輯構成。第2章對當前主要文件系統，如FAT、EXT、NTFS、CDFS，從基本概念、存儲結構、存儲特點等方面作了詳細的闡述并進行了對比，隨后對其他一些文件系統，如BtrFS、ZFS、HFS等進行了簡單介紹。第3章講述存儲系統的接口與協議，簡單闡述了接口與協議的基本概念，詳細介紹了計算機系統中常用的存儲器物理協議和接口，并對各個接口和協議的發展、特點以及原理進行了詳細的分析。

第二部分包括第4～7章，介紹了固態存儲的原理與架構。第4章對固態存儲技術進行了概述，詳細介紹了基于NAND Flash和NOR Flash的固態存儲原理。第5章以日常工作、生活中廣泛使用的固態硬盤（SSD）為例給出了固態存儲架構，并詳細介紹了固態存儲系統各大基本部件的結構、功能和原理。第6章主要針對固態存儲設備中廣泛使用的嵌入式文件系統，如JFFS、YAFFS、UBIFS以及exFAT等文件系統，從內存結構、文件系統掛載、運行原理、垃圾回收等方面，詳細介紹固態存儲文件系統的原理和運行機制。第7章主要對固態存儲設備中的容錯與平衡技術進行了介紹，首先介紹了三種糾錯碼即漢明碼、BCH碼以及里德-所羅門碼的操作原理，接著介紹了固態存儲的平衡機制，分別從垃圾回收和使用均衡兩個方面介紹其作用和實現原理，最后介紹了固態存儲器件的壞塊管理與實現。

第三部分包括第8～11章，介紹了固態存儲安全技術及對前沿科技的展望。第8章詳細介紹了為提高固態存儲設備的數據安全，學術界提出的各種技術方案。第9章首先討論固態存儲設備中數據加密的主要算法XTS-AES，隨后簡單介紹了近年來學術界提出的多種可否認加密與可否認認證協議方案，然后根據面向系統平臺的不同，著重介紹可否認加密技術在數據存儲方面，尤其是固態存儲設備上的各種應用方案。第10章介紹了為保護存儲設備數據安全，學術界提出的基于NAND Flash物理特性，提取設備指紋、隨機數、密鑰等信息及其應用實例。第11章對存儲技術的發展作了展望。

前3章內容較為基礎，第4～7章為固態存儲相關基礎知識，第8～10章則為固態存儲領域以及作者自身團隊與安全相關的研究成果，內容較新，最后一章為展望，讀者可根據自己的興趣和時間情況選擇閱讀。

固態存儲發展極為迅速，目前已成為一個新興熱點領域。云計算、物聯網、大數據時代的到來，為存儲技術的創新帶來了新的機遇和挑戰。隨著新型固態存儲介質的日漸成熟，延時越來越低，帶寬越來越高，以動態隨機存儲器為代表的易失型存儲設備在主存中的壟斷地位將可能被非易失型固態存儲設備所取代。而不斷增大的容量和不斷降低的價格，使固態存儲技術越來越適合于構建高性能的外部存儲設備。以磁盤為代表的機械驅動外部存儲設備的主流地位將逐步被固態存儲設備取代，使得存儲系統的訪問模式可能轉為利用電子設備的電氣特性而非機械轉動?？傊?，固態存儲已成為數據存儲發展的必然趨勢，其安全性、機密性、可靠性等值得關注。

本書的研究工作得到國家重點基礎研究發展計劃（973計劃）2013CB338001課題的支持。在本書的編寫和出版過程中，得到了機械工業出版社的大力支持，在此謹表誠摯的謝意。

由于作者水平有限，加之固態存儲技術發展迅速，書中不妥和錯誤之處在所難免，誠懇地希望專家和讀者提出寶貴意見，以幫助本書改進和完善。