CN100454321C - 带有数据存储和智能密钥的usb设备及其控制方法 - Google Patents

带有数据存储和智能密钥的usb设备及其控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明涉及USB技术的应用领域，特别是一种带有数据存储和智能密钥的USB设备及其控制方法。本发明能够采用单个控制器模块，同时实现海量存储装置和智能密钥装置的功能，主机只需要一次枚举设备，并根据不同的命令操作完成相应的工作。所述海量存储装置功能能够完成大容量数据交换的功能，承受多次的反复擦写，并且具有和系统兼容的文件分区表，智能密钥装置能够通过数字证书、生物特征识别等完成确认使用者的身份，从而保证对计算机及网络的应用过程的安全性，同时具有便携的特点。

Description

带有数据存储和智能密钥的USB设备及其控制方法
技术领域
本发明涉及USB技术的应用领域，特别是一种带有数据存储和智能密钥的USB设备及其控制方法。
背景技术
近几年来，随着互联网技术与电子商务的快速发展，越来越多的商务活动转移到网络上开展，例如网上政府办公，网上数字银行，网上购物等，与此同时，越来越多涉及个人隐私和商业秘密的信息需要通过网络传递。然而病毒、黑客、网络钓鱼以及网页仿冒诈骗等恶意威胁，给在线交易的安全性带来了极大的挑战。层出不穷的网络犯罪，引起了人们对网络身份的信任危机，如何证明“我是谁？”，以及如何防止身份冒用等问题又一次成为人们关注的焦点，作为网络安全中的首要问题——身份认证/识别，其安全保障迫在眉睫。
基于智能密钥装置的身份认证方式是近几年发展起来的一种使用简单、成本较低、方便、安全的信息安全技术。它采用软硬件相结合、一次一密的强双因子认证模式，可以用于计算机及网络系统中安全的身份认证，很好地解决了安全性与易用性之间的矛盾。智能密钥装置可以实现密钥的生成，数字证书保存，用户权限设定等功能，并且保证用户的私钥永远不离开硬件的特征，安全性极高。
同时，近年来信息技术的高速发展，将人们带入一个信息高速传播的全新时代，高速宽带网，图文音并茂的多媒体技术等等。这些技术的不断发展和应用，使得数据存储技术也以摩尔定律快速提高。随着人们对信息交流的需要，出现了便携式海量存储设备，即海量存储装置。这些海量存储装置是以快闪存储器(FLASH Memory)、微型硬盘(MicroDriver)、磁性随机存取存储器(MRAM)、铁电随机存取存储器(FRAM)和静态随机存取存储器(SRAM)等为介质的，这类装置具有性能稳定、容量可扩展等优点。但目前这种设备并不具有身份认证的功能。
目前很多用户既需要拥有身份认证功能同时也具有大容量数据储存功能的安全存储设备。本发明解决的问题就是把以上两个装置结合到一个设备中，让用户使用更加方便，同时又可以增加数据存储安全性。
发明内容
本发明为了解决上述问题，提供一种使用灵活方便、安全性高的带有数据存储和智能密钥的USB设备及其控制方法。
本发明解决其技术问题所采取的技术方案是：一种带有数据存储和智能密钥的USB设备，包括用于对数据信息进行控制和处理的控制器模块，和分别与所述控制器模块相连的用于解析数据的传输协议的USB通讯模块、用于实现大量数据存储的海量存储器模块、以及程序存储器模块和智能密钥数据存储器模块，其中所述控制器模块与程序存储器模块和智能密钥数据存储器模块集成在一个芯片中，所述USB通讯模块仅与所述控制器模块相连，在解析数据传输协议后，将从主机接收的数据传递给所述控制器模块，由所述控制器模块判断是对所述海量存储器模块的操作，还是对所述智能密钥数据存储器模块的操作，如果判断为所述从主机接收的数据是要写入所述海量存储器模块的数据，则所述控制器模块控制所述智能密钥数据存储器模块对其进行加密；相应地，如果判断为主机要读取所述海量存储器模块中的数据时，所述控制器模块控制所述智能密钥数据存储器模块对其进行解密，将解密后的数据传递给主机；而如果判断为对所述智能密钥数据存储器模块的操作，则执行相应的信息处理操作。
所述海量存储器模块的存储介质可为包括快闪存储器、微型硬盘、磁性随机存取存储器、铁电随机存取存储器或静态随机存取存储器在内的存储介质。
所述USB通讯模块可为分立的USB协议转换芯片或与所述控制器模块集成在一块芯片中。
所述海量存储器模块可为分立的存储器芯片或与所述控制器模块集成在一块芯片中。
一种带有数据存储和智能密钥的USB设备的控制方法，包括如下步骤：
1)USB设备初始化，响应主机的USB请求，与主机建立通讯；
2)接收USB数据，并对接收到的数据进行协议转换和分析；
3)判断经数据分析后的命令操作是对海量存储器模块的操作还是对智能密钥数据存储器模块的操作；
4)如果为对海量存储器模块的操作则执行相应存储处理，如果要将所述数据写入所述海量存储器模块，则所述USB设备的控制器模块对所述数据进行加密；相应地，在主机读取所述海量存储器模块中的数据时，所述USB设备的控制器模块对其进行解密，将解密后的数据传递给主机；如果为对智能密钥数据存储器模块的操作则执行相应密钥处理；
5)返回处理结果。
所述对海量存储器模块的操作可包括向主机传送文件分配表或进行数据文件的交互。
所述数据文件的交互可包括对写入的数据进行加密或对读取的数据进行解密。
所述对智能密钥数据存储器模块的操作包括信息处理和对处理后的数据进行整理，所述信息处理包括数据的加密、数据的解密、存储/验证密码信息、存储/验证签名、存储/验证证书以及权限管理。
本发明能够采用单个控制器模块，同时实现海量存储装置和智能密钥装置的功能，主机只需要一次枚举设备，并根据不同的命令完成相应的工作。所述海量存储装置功能能够完成大容量数据交换的功能，承受多次的反复擦写，并且具有和系统兼容的文件分区表，智能密钥装置能够通过数字证书、生物特征识别等完成确认使用者的身份，从而保证对计算机及网络的应用过程的安全性，同时具有便携的特点。
附图说明
图1为本发明的原理框图
图2为本发明的控制流程图
具体实施方式
在阐述本发明的具体实施例之前，先对本发明的研发背景作以简要描述：
海量存储装置是一种具有USB接口的存储设备，使用一个微处理器，通过微处理器的输入输出接口，扩展一个大容量的数据储存器而构成的，所述数据存储器可以包括快闪存储器、微型硬盘、磁性随机存取存储器、铁电随机存取存储器和静态随机存取存储器等。当然根据使用的芯片不同，可能会有不同的外围电路，包括电源电路、时钟电路、储存器接口电路和USB总线通讯电路等。
USB接口智能密钥装置也需要使用USB端口作为和计算机数据交换的界面，还必须包含一个微处理器，一个保存证书和密码等身份识别信息的掉电不丢失的存储器(可以是快闪存储器、微型硬盘、磁性随机存取存储器、铁电随机存取存储器和静态随机存取存储器等)。
根据以上的分析，可以看出上述两种装置有一个共有的特点，都具有一个USB接口的通讯界面，都具有一颗可进行运算的微处理器，都需要掉电不丢失的存储器，区别主要在USB的通讯协议的不同，微处理器内部运行的程序不同，一些保证系统运行的外围电路的不同。其中硬件上的不同，是因为使用了不同处理器产生的外围电路不同，如果使用一颗既可以满足海量存储装置处理需求，又可以满足USB接口智能密钥装置处理需求的微处理器，就可以解决外围电路不同的问题，同时采用统一的通讯协议进行同主机交互数据，然后利用微处理器内部进行协议分析，判断协议的工作状态是海量存储装置的工作状态，还是USB接口的智能密钥装置的工作状态，然后执行相应的程序，即可实现将两种常用的设备合并到同一产品中。
以下结合具体实施例对本发明内容做详尽描述。
如图1所示，程序存储器模块105、智能密钥数据存储器模块106分别与控制器模块104相连，并集成于一个高性能智能卡芯片102中，所述USB通讯模块103与所述控制器模块104相连，也集成在高性能智能卡芯片102中，用于与主机101连接、接收和发送USB接口的数据，进行状态信号、数据信号和控制信号的传递，并解释译码，从而执行相应的程序，所述海量存储器模块107也与所述控制器模块104相连，设置在一块分立的存储器芯片中。
上述实施例的结构只是本发明的一个特例，在具体实施时，所述USB通讯模块103也可以设置在分立的USB协议转换芯片中；所述海量存储器模块107也可以集成在高性能智能卡芯片102中；当所述海量存储器模块107设置在一块分立的存储器芯片中时，所述智能密钥数据存储器模块106也可以集成在海量存储器模块107的存储器芯片中。
本发明的控制方法如图2所示。
USB设备连接在主机上如步骤201，所述USB设备进行初始化，响应主机的USB请求，与主机建立通讯，如步骤202，所述USB设备接收主机发出的请求并分析数据的内容，如步骤203，然后根据分析后的数据判断系统的工作状态如步骤204，如果是对海量存储装置存储的操作，需要进一步对数据进行分析，是否需要向主机传送文件分配表信息，如步骤205，如果是则传送文件分配表信息，如步骤207，如果传送过文件分配表，则进行正常的数据文件交互，所述数据交互包括接收主机的数据、向主机传送海量存储装置内部数据，为保证数据安全，所述数据在海量存储装置中的存储可以为密文形式，这样，所述数据交互就包括对要写入的数据进行加密，如步骤206，以及对要读出的数据进行解密，如步骤211，最后返回处理结果，如步骤210；如果分析后的数据判断为对智能密钥装置的操作，则转入步骤208进行信息处理，包括：接收数据和发送数据，数据的加密解密、验证密码信息、验证签名等以及存储密码、存储证书、权限设定等管理活动等，如果主机或USB设备还设置有生物特征识别模块，所述信息处理过程中还可包括生物特征的存储和验证，然后再将认证后的结果和数据进行整理，如步骤209，最后也将处理结果返回，如步骤210。
本发明能够同时实现海量存储装置和智能密钥装置的功能，所述海量存储装置功能能够完成大容量数据交换的功能，承受多次的反复擦写，并且具有和系统兼容的文件分区表，所述智能密钥装置能够通过数字证书、生物特征识别等完成确认使用者的身份，从而保证对计算机及网络的应用过程的安全性，同时具有便携的特点。由于智能密钥装置中的身份认证功能是一个安全性要求极高的应用，因此所述程序存储器模块和智能密钥数据存储器模块可以与所述控制器模块集成在同一芯片中，即把关键的数据信息保存在微处理器内部，防止数据被非法复制，同时，如果存储在所述海量存储器模块中的数据为密文形式，不但保证了普通数据存储的安全性，也能够保证包含在所述海量存储器模块中的智能密钥数据存储器模块中数据的安全。此外，由于存储控制和智能密钥控制使用了同一个CPU，这样就可以先进行密钥处理再进行存储处理，从而实现读写数据通讯加密和读写访问的权限保护，只有通过智能密钥装置认证后才能访问海量存储装置内的数据，提高了海量存储装置的安全特性，并且海量存储装置传输的数据都是经过加密后传输的保证了信息的私密性，不容易受到病毒和黑客的攻击而泄露重要的信息。
以上对本发明所提供的带有数据存储和智能密钥的USB设备及其控制方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (8)

1.一种带有数据存储和智能密钥的USB设备，其特征在于：包括用于对数据信息进行控制和处理的控制器模块，和分别与所述控制器模块相连的用于解析数据的传输协议的USB通讯模块、用于实现大量数据存储的海量存储器模块、以及程序存储器模块和智能密钥数据存储器模块，其中所述控制器模块与程序存储器模块和智能密钥数据存储器模块集成在一个芯片中，所述USB通讯模块仅与所述控制器模块相连，在解析数据传输协议后，将从主机接收的数据传递给所述控制器模块，由所述控制器模块判断是对所述海量存储器模块的操作，还是对所述智能密钥数据存储器模块的操作，如果判断为所述从主机接收的数据是要写入所述海量存储器模块的数据，则所述控制器模块控制所述智能密钥数据存储器模块对其进行加密；相应地，如果判断为主机要读取所述海量存储器模块中的数据时，所述控制器模块控制所述智能密钥数据存储器模块对其进行解密，将解密后的数据传递给主机；而如果判断为对所述智能密钥数据存储器模块的操作，则执行相应的信息处理操作。
2.根据权利要求1所述的带有数据存储和智能密钥的USB设备，其特征在于：所述海量存储器模块的存储介质为包括快闪存储器、微型硬盘、磁性随机存取存储器、铁电随机存取存储器或静态随机存取存储器在内的存储介质。
3.根据权利要求1或2所述的带有数据存储和智能密钥的USB设备，其特征在于：所述USB通讯模块为分立的USB协议转换芯片或与所述控制器模块集成在一块芯片中。
4.根据权利要求1或2所述的带有数据存储和智能密钥的USB设备，其特征在于：所述海量存储器模块为分立的存储器芯片或与所述控制器模块集成在一块芯片中。
5.一种基于权利要求1的带有数据存储和智能密钥的USB设备的控制方法，其特征在于：包括如下步骤：
1)USB设备初始化，响应主机的USB请求，与主机建立通讯；
2)接收USB数据，并对接收到的数据进行协议转换和分析；
3)判断经数据分析后的命令操作是对海量存储器模块的操作还是对智能密钥数据存储器模块的操作；
4)如果为对海量存储器模块的操作则执行相应存储处理，如果要将所述数据写入所述海量存储器模块，则所述USB设备的控制器模块对所述数据进行加密；相应地，在主机读取所述海量存储器模块中的数据时，所述USB设备的控制器模块对其进行解密，将解密后的数据传递给主机；如果为对智能密钥数据存储器模块的操作则执行相应密钥处理；
5)返回处理结果。
6.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述对海量存储器模块的操作包括向主机传送文件分配表或进行数据文件的交互。
7.根据权利要求6所述的控制方法，其特征在于：所述数据文件的交互包括对写入的数据进行加密或对读取的数据进行解密。
8.根据权利要求5所述的控制方法，其特征在于：所述对智能密钥数据存储器模块的操作包括信息处理和对处理后的数据进行整理，所述信息处理包括数据的加密、数据的解密、存储/验证密码信息、存储/验证签名、存储/验证证书以及权限管理。
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Owner name: FEITIAN TECHNOLOGIES CO., LTD.

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Address after: 100085 Beijing city Haidian District Xueqing Road No. 9 Ebizal building B block 17 layer

Patentee after: Feitian Technologies Co.,Ltd.

Address before: 100083, Haidian District, Xueyuan Road, Beijing No. 40 research, 7A building, 5 floor

Patentee before: FEITIAN TECHNOLOGIES Co.,Ltd.

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Address after: 17th floor, building B, Huizhi building, No.9, Xueqing Road, Haidian District, Beijing 100085

Patentee after: Feitian Technologies Co.,Ltd.

Guo jiahuodiqu after: Zhong Guo

Address before: 100085 17th floor, block B, Huizhi building, No.9 Xueqing Road, Haidian District, Beijing

Patentee before: Feitian Technologies Co.,Ltd.

Guo jiahuodiqu before: Zhong Guo