CN101916342A - 一种安全移动存储设备及利用其实现数据安全交换的方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种安全移动存储设备及利用其实现数据安全交换的方法。本发明以移动存储设备为存储介质，以资源管理器为辅助工具，通过移动存储设备的多分区特点，在内网安全环境域内，使用资源管理导出数据到移动存储设备的交换区，在外网环境使用身份认证程序身份认证通过以后，将数据从移动存储设备的交换区导出到外网主机，实现数据在内网与外网之间的交换。这种方法不但保证了数据交换过程中的安全，同时移动存储介质采用整盘加密技术，又防止数据因设备丢失、被盗造成的丢失泄密，保证了数据整个生命周期。

Description

一种安全移动存储设备及利用其实现数据安全交换的方法

技术领域

本发明属于信息安全和计算机软件技术领域，具体涉及一种安全移动存储设备及利用其实现数据在内网与外网之间进行安全交换的方法。

技术背景

移动存储设备，如U盘、移动硬盘等，因其使用灵活、方便的特性使得它在单位信息化过程中迅速得到了广泛的应用，越来越多的敏感信息、秘密数据和档案资料被随意的拷贝、存贮在移动存储介质里。但是移动存储设备为信息传递带来便捷的同时，也给信息安全保密工作带来严重的威胁。单位和个人持有的移动存储设备不区分，单位信息和个人信息同时存储在同一个存储设备中，秘密信息保管不善或恶意木马病毒带入单位计算机网络，这都给单位的信息资源带来了巨大的安全隐患，例如移动存储设备交叉使用、木马摆渡、病毒传播、丢失泄密等导致了信息的严重泄露，给政府、军队和企业带来了重大的损失。

为了保证政府机关、军队以及保密企业内部信息的安全，国家对于政府机关、军队以及保密企业不得不采取网络物理隔离，然而网络的物理隔离使其信息的安全性得到了一定的保障，却给数据交换带来了一道屏障，使得数据安全交换成为难点，因此数据隔离与数据交换成为当前的一个矛盾。

因此，在保证政府、军队和企业网络安全隔离的前提下，利用移动存储设备实现数据在内网与外网之间的安全交换具有十分重要的意义。

发明内容

本发明的目的在于提供一种安全移动存储设备及利用其实现数据安全交换的方法，保证内网与外网之间利用移动存储设备进行数据安全的交换。

本发明提供的安全移动存储设备，其特征在于：该设备内置认证处理器、主控芯片、加密芯片以及数据存储磁盘。

其中认证处理器用于主机与移动存储设备的双向身份认证；主控芯片根据不同的协议指令进行模块关系调度；加密芯片用于加密所有存储于磁盘分区上的数据，实现磁盘的整盘加密；数据存储磁盘分为软件区、安全区和交换区，其中，软件区以只读的存储区域模式加载，存储交换区身份认证程序，该区域为只读区域，防止病毒或木马感染；安全区只允许在内网通过双向身份认证以后才能被加载，该存储区数据进行高强度加密存储，提供机密数据存储功能；交换区允许在外网通过身份认证后由软件区自动切换到交换区，不影响用户实际使用习惯。

本发明方法使用到的另外一种安全资源管理器，其结构包括：windows磁盘分区展现模块、移动存储设备交换区文件展现模块、windows磁盘读写模块、移动存储设备交换区读写模块、交换权限控制模块、文件系统模块以及USB通信协议模块。

其中文件系统模块和USB通信协议模块提供安全资源管理器读取移动存储设备的交换区文件数据。交换权限控制模块控制移动存储设备交换区与内网主机磁盘数据进行交换的权限，包括禁止交换、单向交换、双向交换。

基于上述的移动存储设备及安全资源管理器，实现内网与外网数据安全交换的方法，其步骤如下：

1、数据从内网主机导入到移动存储设备，流程如下：

(a)移动存储设备接入内网主机，被主机识别。

(b)主机与移动存储设备进行双向身份认证，windows资源管理器识别移动存储设备的安全区。

(c)身份认证通过以后，安全资源管理器识别移动存储设备的交换区。

(d)在权限的控制下，使用安全资源管理器将磁盘上需要交换的数据拖放于移动存储设备的交换区。

(e)完成了数据从内网主机导入到移动存储设备。

2、数据从移动存储设备导出到外网主机，流程如下：

(a)移动存储设备接入外网主机，被主机识别，windows资源管理器识别移动存储设备的软件区。

(b)使用软件区中的身份认证工具，进行身份认证，认证通过以后，软件区自动切换到移动存储设备的交换区。

(c)将移动存储设备交换区中需要导出的数据拖放到外网主机磁盘上。

(d)完成了数据从移动存储设备导出到外网主机。

3、完成数据从内网主机到外网主机之间的交换过程。

本发明提供了一种利用移动存储设备实现数据安全交换的方法，本方法以移动存储设备为存储介质，以安全资源管理器为辅助工具，利用移动存储设备的多分区及磁盘整盘加密的特点，在内网安全环境域内，使用安全资源管理器将数据从内网主机导入到移动存储设备的交换区，在外网环境使用身份认证程序身份认证通过以后，将数据从移动存储设备的交换区导出到外网主机，实现数据在内网与外网之间的交换。这种方法不但保证了数据交换过程中的安全，同时移动存储介质采用整盘加密及双向身份认证技术，防止了数据在交换过程中因设备丢失、被盗造成的丢失泄密，保证了交换过程整个生命周期数据的安全。

附图说明

图1表示利用移动存储设备实现数据安全交换的技术原理图；

图2表示移动存储设备内部结构图；

图3表示安全资源管理器模块结构图；

图4表示内网与外网主机数据交换过程中数据流向示意图；

图5表示数据从内网主机导入到移动存储设备的交换流程图；

图6表示数据从移动存储设备导出到外网主机的交换流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

图1描述了利用移动存储设备和安全资源管理器实现数据安全交换的技术原理，该技术原理结合硬件层移动存储设备和应用层安全资源管理器对数据安全交换的方法进行了描述，下面结合附图对移动存储设备、安全资源管理器以及利用移动存储设备和安全资源管理器进行数据安全交换的方法分别进行详细的说明。

本发明方法所使用到的移动存储设备内部结构，如图2所示，其内部结构分为内置认证处理器、主控芯片、加密芯片以及数据存储磁盘，各模块功能如下：

1、认证处理器，主要使用“挑战-应答”方式进行双向身份认证，包括主机认证移动存储设备和移动存储设备认证主机的合法性。

主机认证移动存储设备，其步骤如下：

(a)、主机产生随机数，使用外部认证协议指令将随机数和主机码发送给移动存储设备；

(b)、移动存储设备的认证处理器根据接收的主机码查找预先设定的与该主机绑定的密钥值，用该密钥值加密随机数，使用指令将加密后的随机数返回给主机；

(c)、主机使用本机保存的密钥对产生的随机数进行加密，与接收到的加密的随机数进行比较，一致则主机认为移动存储身份信息合法，认证成功；否则主机认为移动存储身份信息非法，认证失败。

移动存储设备认证主机，其步骤如下：

(a)、移动存储设备产生随机数，使用指令将随机数发送给主机；

(b)、主机使用本机保存的密钥值对接收到的随机数进行加密，使用指令将加密后的随机数和本机主机码返回给移动存储设备；

(c)、移动存储设备根据接收的主机码查找相应的密钥值，使用该密钥值对随机数进行加密，与接收到的加密的随机数进行比较，一致则移动存储设备认为主机合法，认证成功；否则移动存储设备认为主机非法，认证失败。

2、主控芯片，主要用来调度其它模块，当主控芯片检测到主机向移动存储设备发送协议指令时，首先调度认证处理器模块进行身份认证，然后在根据相应的指令来调用加密单元进行数据加解密，最终调用存储单元，将数据存储到磁盘上或者读取磁盘数据。

3、加密芯片，主要用来数据加解密，当数据需要写入存储区时，加密模块利用加密功能函数对数据进行加密；当数据从存储区读出时，加密模块利用解密功能函数对数据进行解密。

4、数据存储磁盘，分为软件区、安全区和交换区。软件区以只读的存储区域模式加载，存储交换区身份认证程序，该区域为只读区域，防止病毒或木马感染；安全区只允许在内网通过双向身份认证以后才能被识别，该存储区数据进行高强度加密存储，提供机密数据存储功能；交换区允许在外网通过身份认证后由软件区自动切换到交换区，不影响用户实际使用习惯。

本发明方法所使用到的安全资源管理器，其功能模块结构如图3所示，包括windows磁盘分区展现模块、移动存储设备交换区文件展现模块、windows磁盘读写模块、移动存储设备交换区读写模块、交换权限控制模块、文件系统模块以及USB通信协议模块。各模块功能及关系如下：

(a)视图展现模块包括windows磁盘分区展现模块和移动存储设备交换区文件展现模块，分别用于展现windows磁盘分区文件结构和移动存储设备交换存储区内文件结构。

(b)视图展现模块展现的数据来源于windows磁盘读写模块和移动存储设备交换区读写模块，该模块分别读取windows磁盘数据和移动存储设备交换存储区数据。

(c)移动存储设备交换区读写模块通过调用文件系统模块和USB通信协议模块完成数据的解析和存取传输。

(d)交换权限控制模块控制移动存储设备交换区与内网主机磁盘数据进行交换的权限，包括禁止交换、单向交换、双向交换。

下面基于以上技术原理，结合上述移动存储设备和安全资源管理器，以具体的实施例来说明本发明方法的可行性：

数据安全交换以数据从安全内网环境单向导出到外网环境为例，如图4所示，实线数据流描述了数据从内网环境到外网环境的交换流程，其实施步骤如下：

1、数据从内网主机导入到移动存储设备，如图5所示，流程如下：

(a)移动存储设备通过USB接口接入到内网主机，被主机识别。

(b)主机与移动存储设备进行双向身份认证，双向身份认证通过以后，windows资源管理器将识别移动存储设备的安全区，转入(c)；否则，认证失败以后，windows资源管理器只能识别移动存储的软件区，终止交换操作。

其中，主机与移动存储设备的双向身份认证，通过移动存储设备内置的认证处理器，采用“挑战-应答”模式完成认证流程。

(c)身份认证通过以后，安全资源管理器识别移动存储设备的交换区。其中，安全资源管理器识别移动存储设备交换区是磁盘读写模块分别调用文件系统模块和USB通信协议模块，读取移动存储设备交换区磁盘数据，将读取的数据传送给交换区展现模块，展现模块完成移动存储设备交换区文件的显示。

(d)在权限的控制下，使用安全资源管理器将磁盘上需要交换的数据拖放于移动存储设备的交换区。

其中，安全资源管理器提供windows磁盘文件视图和移动存储设备交换区文件视图，通过拖拽完成windows磁盘数据与移动存储设备数据的交换。安全资源管理器将拖入到移动存储设备交换区视图的数据通过写协议指令传输给移动存储设备，移动存储设备使用内置加密单元对接收的数据进行加密，并将加密后的数据存储到移动存储设备的交换区。

(e)完成了数据从内网主机导入到移动存储设备。

2、数据从移动存储设备导出到外网主机，如图6所示，流程如下：

(a)移动存储设备接入外网主机，被主机识别，windows资源管理器识别移动存储设备的软件区。

(b)使用软件区中的交换区身份认证工具，进行身份认证，认证成功以后，移动存储设备的软件区自动切换为交换区，转入(c)；如果认证失败，则用户身份不合法，终止数据交换操作，弹出移动存储设备。

其中，软件区中存放交换区身份认证工具，用户输入口令，身份认证工具使用口令作为密钥值，与移动存储设备进行内部认证，认证方式采用“挑战-应答”模式，保证了使用移动存储设备用户的合法性。

同时，在外网环境下，操作系统只能识别移动存储设备的交换区，无法识别移动存储设备的安全区，从而保证了在数据交换过程中，用户存储于安全区中的机密文件的安全。

(c)将移动存储设备交换区中需要导出的数据拖放到外网主机磁盘上。

其中，当数据从移动存储设备交换区拖拽出时，移动存储设备的加解密模块首先将解密从移动存储设备交换区中读出的数据，然后将解密的数据通过读指令返回。

(d)完成了数据从移动存储设备导出到外网主机。

3、完成数据从内网主机到外网主机之间的安全交换过程。

以上实施例为数据从内网到外网的安全交换，反之为外网到内网的安全交换，两者结合之，则为数据的双向交换。所以凡是不脱离本发明所公开的精神下完成的等效或修改，都落入本发明保护的范围。

Claims (10)

1.一种安全移动存储设备，用于实现数据在内外网主机间的安全移动，该安全移动存储设备包括：

认证处理模块，用于对内外网主机与安全移动存储设备进行双向身份认证；

加密模块，用于加解密所有存储于磁盘分区上的数据，实现磁盘的整盘加解密；

存储模块，用于数据存储，该存储模块分为软件区、安全区和交换区，其中，所述软件区以只读的存储区域模式加载，用于存储交换区的身份认证程序；所述安全区只允许在内网通过双向身份认证以后才能被加载，该安全区的数据通过加密模块进行加密存储，以提供机密数据存储功能；所述交换区允许在所述安全移动存储设备在外网通过身份认证后由软件区自动切换到该交换区；

主控芯片，其根据协议指令进行所述安全移动存储设备内各模块的关系调度。

2.根据权利要求1所述的一种安全移动存储设备，其特征在于，所述认证处理模块采用“挑战-应答”方式进行双向身份认证，所述认证包括主机认证安全移动存储设备和安全移动存储设备认证主机。

3.根据权利要求2所述的一种安全移动存储设备，其特征在于，所述的主机认证安全移动存储设备的步骤如下：

(a)主机产生随机数，使用外部认证协议指令将随机数和主机码发送给所述安全移动存储设备；

(b)认证处理模块根据接收的主机码查找预先设定的与该主机绑定的密钥值，用该密钥值加密随机数，使用指令将加密后的随机数返回给主机；

(c)主机使用本机保存的密钥对其产生的随机数进行加密，与接收到的加密的随机数进行比较，一致则主机认为安全移动存储身份信息合法，认证成功；否则主机认为所述安全移动存储身份信息非法，认证失败。

4.根据权利要求2或3所述的一种安全移动存储设备，其特征在于，所述的安全移动存储设备认证主机的步骤如下： 

(a)安全移动存储设备产生随机数，使用指令将随机数发送给主机；

(b)主机使用本机保存的密钥值对接收到的随机数进行加密，使用指令将加密后的随机数和本机主机码返回给安全移动存储设备；

(c)安全移动存储设备根据接收的主机码查找相应的密钥值，使用该密钥值对其产生的随机数进行加密，与接收到的加密的随机数进行比较，一致则所述安全移动存储设备认为主机合法，认证成功；否则认为主机非法，认证失败。

5.根据权利要求1-4之一所述的一种安全移动存储设备，其特征在于，所述主控芯片进行各模块的关系调度具体为：当主控芯片检测到主机向移动存储设备发送协议指令时，首先调度认证处理模块进行身份认证，然后再根据相应的指令来调用加密模块进行数据加解密，最终调用存储模块，将数据存储到磁盘上或者读取磁盘数据。

6.利用权利要求1-5之一所述的安全移动存储设备在内外网主机间进行数据安全交换的方法，包括将数据从内网主机或外网主机导入到安全移动存储设备，再将数据从安全移动存储设备导入到外网主机或内网主机，具体步骤如下：

(1)数据从内网主机导入到移动存储设备

(1a)安全移动存储设备接入内网主机，被主机识别；

(1b)内网主机与安全移动存储设备进行双向身份认证，windows资源管理器识别安全移动存储设备的安全区；

(1c)身份认证通过以后，安全资源管理器识别安全移动存储设备的交换区；

(1d)安全资源管理器将磁盘上需要交换的数据拖放于安全移动存储设备的交换区，完成了数据从内网主机导入到安全移动存储设备。

(2)数据从安全移动存储设备导出到外网主机：

(2a)移动存储设备接入外网主机，被主机识别，windows资源管理器识别安全移动存储设备的软件区；

(2b)使用软件区中的身份认证程序，进行身份认证，认证通过以后，软件区自动切换到安全移动存储设备的交换区；

(2c)将安全移动存储设备交换区中需要导出的数据拖放到外网主机磁盘 上，完成数据从安全移动存储设备导出到外网主机。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述的安全资源管理器包括windows磁盘分区展现模块、移动存储设备交换区文件展现模块、windows磁盘读写模块和移动存储设备交换区读写模块；所述windows磁盘读写模块和移动存储设备交换区读写模块分别读取windows磁盘数据和移动存储设备交换区数据，提供给windows磁盘分区展现模块和移动存储设备交换区文件展现模块，以供所述windows磁盘分区展现模块和移动存储设备交换区文件展现模块展现windows磁盘分区文件结构和移动存储设备交换区内文件结构。

8.根据权利要求6或7所述的方法，其特征在于，所述安全资源管理器还包括交换权限控制模块、文件系统模块以及USB通信协议模块，所述步骤(1b)中的资源管理器识别所述交换区的具体实现过程为：所述移动存储设备交换区读写模块分别调用文件系统模块和USB通信协议模块，读取移动存储设备交换区磁盘数据，将读取的数据传送给移动存储设备交换区文件展现模块。

9.根据权利要求6-8之一所述的方法，其特征在于，所述安全资源管理器控制磁盘上的数据拖放到交换区的具体过程为：资源管理器将拖入到移动存储设备交换区视图的数据通过写协议指令传输给移动存储设备，移动存储设备使用内置加密单元对接收的数据进行加密，并将加密后的数据存储到移动存储设备磁盘的交换区中。

10.根据权利要求6-9之一所述的方法，其特征在于，所述安全资源管理器还包括交换权限控制模块，用于控制移动存储设备交换区与内网主机磁盘数据进行交换的权限，包括禁止交换、单向交换和双向交换。 

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