前言

不同于磁带、机械硬盘、光盘等依托机械运动实现读写的存储技术，固态存储器（solid-state memory，简称固态存储）完全基于半导体技术，通过改变芯片内部固态存储介质的状态（比如电荷、相变、极化和电阻等）来存储数据。在传统磁盘存储系统性能停滞不前的情况下，固态存储以崭新的视角，经过多年的研究和发展，为存储领域带来了一场革命性变革，成为突破现有存储性能瓶颈的希望。然而，随着固态存储的应用和普及，数据存储安全性、机密性、可靠性等问题逐渐凸显。如何解决固态存储架构中存在的安全问题将是本书中的浓墨重彩之处。

全书共11章，可分为三部分：第一部分包括第1~3章，介绍存储技术的基础知识。第1章简要回顾了存储技术的发展历史，介绍了当前主流存储介质的工作原理和特点，随后对磁盘阵列、网络化存储和大数据时代下的新兴存储技术进行了介绍，最后简介了存储系统的逻辑构成。第2章对当前主要文件系统，如FAT、EXT、NTFS、CDFS，从基本概念、存储结构、存储特点等方面作了详细的阐述并进行了对比，随后对其他一些文件系统，如BtrFS、ZFS、HFS等进行了简单介绍。第3章讲述存储系统的接口与协议，简单阐述了接口与协议的基本概念，详细介绍了计算机系统中常用的存储器物理协议和接口，并对各个接口和协议的发展、特点以及原理进行了详细的分析。

第二部分包括第4~7章，介绍了固态存储的原理与架构。第4章对固态存储技术进行了概述，详细介绍了基于NAND Flash和NOR Flash的固态存储原理。第5章以日常工作、生活中广泛使用的固态硬盘（SSD）为例给出了固态存储架构，并详细介绍了固态存储系统各大基本部件的结构、功能和原理。第6章主要针对固态存储设备中广泛使用的嵌入式文件系统，如JFFS、YAFFS、UBIFS以及exFAT等文件系统，从内存结构、文件系统挂载、运行原理、垃圾回收等方面，详细介绍固态存储文件系统的原理和运行机制。第7章主要对固态存储设备中的容错与平衡技术进行了介绍，首先介绍了三种纠错码即汉明码、BCH码以及里德-所罗门码的操作原理，接着介绍了固态存储的平衡机制，分别从垃圾回收和使用均衡两个方面介绍其作用和实现原理，最后介绍了固态存储器件的坏块管理与实现。

第三部分包括第8~11章，介绍了固态存储安全技术及对前沿科技的展望。第8章详细介绍了为提高固态存储设备的数据安全，学术界提出的各种技术方案。第9章首先讨论固态存储设备中数据加密的主要算法XTS-AES，随后简单介绍了近年来学术界提出的多种可否认加密与可否认认证协议方案，然后根据面向系统平台的不同，着重介绍可否认加密技术在数据存储方面，尤其是固态存储设备上的各种应用方案。第10章介绍了为保护存储设备数据安全，学术界提出的基于NAND Flash物理特性，提取设备指纹、随机数、密钥等信息及其应用实例。第11章对存储技术的发展作了展望。

前3章内容较为基础，第4~7章为固态存储相关基础知识，第8~10章则为固态存储领域以及作者自身团队与安全相关的研究成果，内容较新，最后一章为展望，读者可根据自己的兴趣和时间情况选择阅读。

固态存储发展极为迅速，目前已成为一个新兴热点领域。云计算、物联网、大数据时代的到来，为存储技术的创新带来了新的机遇和挑战。随着新型固态存储介质的日渐成熟，延时越来越低，带宽越来越高，以动态随机存储器为代表的易失型存储设备在主存中的垄断地位将可能被非易失型固态存储设备所取代。而不断增大的容量和不断降低的价格，使固态存储技术越来越适合于构建高性能的外部存储设备。以磁盘为代表的机械驱动外部存储设备的主流地位将逐步被固态存储设备取代，使得存储系统的访问模式可能转为利用电子设备的电气特性而非机械转动。总之，固态存储已成为数据存储发展的必然趋势，其安全性、机密性、可靠性等值得关注。

本书的研究工作得到国家重点基础研究发展计划（973计划）2013CB338001课题的支持。在本书的编写和出版过程中，得到了机械工业出版社的大力支持，在此谨表诚挚的谢意。

由于作者水平有限，加之固态存储技术发展迅速，书中不妥和错误之处在所难免，诚恳地希望专家和读者提出宝贵意见，以帮助本书改进和完善。