CN101561751A - 一种usb加解密桥接芯片 - Google Patents

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王忠海
林雄鑫
肖佐楠
郑茳
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Abstract

一种USB加解密桥接芯片，包括：第一USB接口(102)、第二USB接口(103)、加密算法模块(101)、内部存储器(106)、CPU(104)以及通讯I/O模块(105)。本发明作为主机(20)与移动存储设备(30)之间的数据加解密桥接装置，除了对移动存储设备(30)数据加解密而外，还使得存储在移动存储设备(30)的信息有两道安全屏障，其一，由于存储设备上的操作系统也被加密，破解者会认为得到的存储设备是一块没有被格式化的空盘；其二，即使非法得到存储设备，如果没有密钥，也无法得到存储设备中的明文数据。本发明使得信息隐藏级别高，增强计算机的保密性，可以将移动存储设备改造成为加密存储设备，可广泛应用于信息安全领域。

Description

一种USB加解密桥接芯片
技术领域
本发明涉及加解密芯片，尤其涉及主机与移动存储设备之间利用USB接口连接的一种USB加解密桥接芯片，属于信息安全加密技术领域。
背景技术
目前，移动存储设备被广泛使用，对移动存储设备的数据进行加密可以有效保障数字资产信息的安全，使其不被非法用户获取。因此，数据加密，特别是移动存储设备上的数据加密是保护数字信息安全的重要手段。将原文数据加密保存到移动存储设备可广泛应用于各种信息安全领域。
另一方面，目前连接USB接口设备的桥接器或HUB(集线器)一般只作为数据传送的通道使用，并没有加密功能，这是因为作为这类桥接设备的核心部件的桥接芯片没有这样的USB桥路加密结构。因此，如何开发一种具有USB接口功能加解密桥接芯片是本发明研究的问题。
发明内容
本发明提供一种USB加解密桥接芯片，目的旨在解决目前USB桥接芯片因没有加密功能给实际应用带来的安全性问题。
为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种USB加解密桥接芯片，包括：
第一USB接口，该接口为用于连接主机的USB接口，实现从主机读出数据或向主机写入数据；
第二USB接口，该接口为用于连接移动存储设备的USB接口，实现从移动存储设备读出数据或向移动存储设备写入数据；
加密算法模块，用于加密从主机读出的原文数据以及解密从移动存储设备读出的密文数据；
内部存储器，用于存储所述USB桥接芯片的固件或开机引导程序(BootLoader)；
CPU，用于执行存储于内部存储器上的固件，完成对所述USB加解密桥接芯片的控制和管理；
通讯I/O模块，用于与外部通讯设备的通讯，实现从外部通讯设备上获取指令或下载数据；
所述CPU分别与加密算法模块、内部存储器、第一USB接口、第二USB接口和通讯I/O模块通过系统总线连接。
上述技术方案中的有关内容解释如下：
1、上述方案中，所述“第一USB接口”和“第二USB接口”均为USB接口。USB的全称是Universal Serial Bus，USB支持热插拔，即插即用的优点，所以USB接口已经成为一种标准的接口方式。USB有两个规范，即USB1.1和USB2.0。USB1.1是目前较为普遍的USB规范，USB2.0规范是由USB1.1规范演变而来的。它的传输速率达到了480Mbps，折算为MB为60MB/s，足以满足大多数外设的速率要求。在本发明中，第一USB接口用于连接主机，USB接口为从设，而第二USB接口用于连接移动存储设备，USB接口为主设，但USB接口选择USB1.1或USB2.0均可以使用，其中USB2.0更好。
2、上述方案中，所述“固件”(Firmware)就是写入ROM或E2PROM(可编程只读存储器)中的程序，通俗的理解就是“固化的软件”。与普通软件完全不同，它是固化在集成电路内部的程序代码，负责控制和协调集成电路的功能。
3、上述方案中，所述“加密算法模块”是用于加密原文数据或解密密文数据的模块。加密算法模块采用的算法可包括RSA、DES、3DES、SHA等或自定义的编解码方式。加密算法还可以用软件实现的方式通过通讯I/O模块从外部来补充。
总之，本发明USB加解密桥接芯片作为主机与移动存储设备之间的连接设备，当数据从主机写到移动存储设备时，进行实时加密，并将加密后的数据写入移动存储设备的存储区中；当数据需要被读取或使用的时候，将根据配置调用相应的解密算法模块对需要读取的数据进行实时解密，然后传送给主机端使用。
由于上述技术方案运用，本发明与现有技术相比具有下列优点和效果：
1、本发明在主机与移动存储设备之间利用USB接口桥路连接，就可以对主机与移动存储设备之间传输的数据进行加解密。
2、由于本发明对移动存储设备的数据进行完全加密，因此可以建立两道安全屏障，其一由于移动存储设备的操作系统也被加密，得到移动存储设备者会误认为移动存储设备是空盘，存入信息可以隐藏；其二，即使非法得到移动存储设备，如果没有密钥也无法读取移动存储设备中的原文。
3、由于本发明USB桥接芯片增加了通讯I/O模块可以与外部设备进行通讯，进而为移动存储设备的安全处理方式增加了更多的可能，增强了数据信息的保密性。
附图说明
附图1为本发明USB加解密桥接芯片的系统原理方框图；
附图2为本发明USB加解密桥接芯片的工作流程示意图；
以上附图中：10、USB加解密桥接芯片；20、主机；30、移动存储设备；40、外部通讯设备；101、加密算法模块；102、第一USB接口；103、第二USB接口；104、CPU；105、通讯I/O模块；106、内部存储器；107、系统总线。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：
实施例：
本发明可作为独立的设备应用于要求信息安全的存储设备中。当本发明USB加解密桥接芯片连接在主机20与移动存储设备30之间后，主机20向移动存储设备30写入数据是加密过程，从移动存储设备30读出数据是解密过程。具体的加解密过程完全可以根据实际应用的要求，由保存在内部存储器107中的固件或由外部通讯设备40进行控制。
图1为本发明USB加解密桥接芯片的系统原理方框图。从图1可以看出，发明USB加解密桥接芯片由第一USB接口102、第二USB接口103、加密算法模块101、内部存储器106、CPU 104和通讯I/O模块105组成，CPU 104分别与加密算法模块101、内部存储器106、第一USB接口102、第二USB接口103和通讯I/O模块105通过系统总线107连接。其中：
第一USB接口102用于连接主机20，实现从主机20读出数据或向主机20写入数据。第一USB接口102相对主机20为从设，可选择USB 1.1接口或USB2.0接口，但为了适应高速加解密采用USB2.0接口更好。
第二USB接口103用于连接移动存储设备30，实现从移动存储设备30读出数据或向移动存储设备30写入数据。第二USB接口103相对移动存储设备30为主设，可选择USB 1.1接口或USB2.0接口，但为了适应高速加解密采用USB2.0接口更好。
加密算法模块101用于加密从主机20读出的原文数据以及解密从移动存储设备30读出的密文数据。这部分内容可以采用现有技术，而本实施例中，加密算法模块101包括：
1)算法模块组。该算法模块组由至少一种算法模块组成，各算法模块用于对数据进行不同算法的加解密运算，其中算法可包括RSA、DES、3DES、SHA等或自定义的编解码方式。
2)控制/状态寄存器组。该控制/状态寄存器组由控制寄存器和状态寄存器组成，状态寄存器用于反映加密算法模块101的状态信息；控制寄存器用于定义以下内容：
A、定义选择何种算法模块来进行加解密运算；
B、定义加解密数据量；
C、设置中断配置；
D、定义启动算法模块进行加密解运算的使能。
3)算法模块控制器。该算法模块控制器用于控制被选择算法模块的加解密过程以及控制数据读写操作，在完成数据加解密之后，将中断信号传送给中断控制器。所述算法模块控制器分别与算法模块组和控制/状态寄存器组双向连接，控制/状态寄存器组与系统总线或外围总线双向连接。
内部存储器106用于存储所述USB加解密桥接芯片10的固件或开机引导程序(BootLoader)。
CPU 104作为嵌入式中央处理器用于执行存储于内部存储器106上的固件或执行从通讯I/O模块105输入的指令，完成对所述USB加解密桥接芯片10的控制和管理。
通讯I/O模块105用于与外部通讯设备40的通讯，实现从外部通讯设备40上获取指令或下载数据。
图2为本发明工作流程示意图，从图2中看出本实施例高速加解密USB桥接芯片的工作流程分为以下步骤：
步骤A1：USB加解密桥接芯片10进行初始化。
步骤A2：判断是否有移动存储设备30存在。如果没有发现移动存储设备30，则不会通知主机20完成枚举过程，如果发现移动存储设备30，执行步骤A3。
步骤A3：主机20完成身份验证以及枚举过程。该过程中，除身份验证步骤之外，USB加解密桥接芯片10负责将主机20与移动存储设备30的信息进行透明传送。
步骤A4：USB加解密桥接芯片10进行命令解析，对非数据操作命令进行主机20与移动存储设备30的信息通讯。
步骤A5：判断是否有对数据的读写命令，如果没有发现数据读写命令，则不会启动加/解密流程；如果发现数据读写命令，执行步骤A6。
步骤A6：当进行数据流写操作时，第一USB接口102接收来自主机20的原文数据；当进行数据流读操作时，第二USB接口103接收来自外部存储设备30的密文数据。
步骤A7：当进行数据流写操作时，当第一USB接口102完成原文数据接收后，由加密算法模块101进行加密操作；当进行数据流读操作时，当第二USB接口103完成密文数据接收后，由加密算法模101进行解密操作。
步骤A8：当进行数据流写操作时，第二USB接口103将加密算法模块101加密后的数据传输给外部存储设备30；当进行数据流读操作时，第一USB接口102将加密算法模块101解密后的数据传输给主机20。
步骤A9：判断是否完成数据传送操作，如果完成，执行步骤A10；如果没有完成，则执行步骤A4。
步骤A10：结束本次任务。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1、一种USB加解密桥接芯片，其特征在于包括：
第一USB接口(102)，该接口为用于连接主机(20)的USB接口，实现从主机(20)读出数据或向主机(20)写入数据；
第二USB接口(103)，该接口为用于连接移动存储设备(30)的USB接口，实现从移动存储设备(30)读出数据或向移动存储设备(30)写入数据；
加密算法模块(101)，用于加密从主机(20)读出的原文数据以及解密从移动存储设备(30)读出的密文数据；
内部存储器(106)，用于存储所述USB加解密桥接芯片(10)的固件或开机引导程序；
CPU(104)，用于执行存储于内部存储器(106)上的固件，完成对所述USB加解密桥接芯片(10)的控制和管理；
所述CPU(104)分别与加密算法模块(101)、内部存储器(106)、第一USB接口(102)和第二USB接口(103)通过系统总线(107)连接。
2、根据权利要求1所述的高速加解密USB桥接芯片，其特征在于包括：通讯I/O模块(105)，通讯I/O模块(105)通过系统总线(107)与所述CPU(104)连接。
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