CN105740733A - 一种加密移动硬盘及其实现方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种加密移动硬盘及其实现方法，属于数据存储安全领域，本发明要解决的技术问题为如何能够保证移动存储数据的机密性、完整性。技术方案为：一种加密移动硬盘，包括USB主控芯片、ECC芯片、KB模块、FPGA加密芯片、FPGA解密芯片和eMMC存储芯片。一种加密移动硬盘的实现方法，包括如下步骤：通过KB模块输入登录口令；USB主控芯片通过ECC芯片进行算法认证；若通过认证，USB主控芯片将数据传送给FPGA加密芯片进行数据加密，将加密后的数据写入eMMC存储芯片；eMMC存储芯片将数据传送给FPGA解密芯片进行解密，通过USB主控芯片的USB高速接口将解密后的数据返给PC；若未通过认证，则不允许用户登录。

Description

一种加密移动硬盘及其实现方法
技术领域
本发明涉及数据存储安全领域，具体地说是一种加密移动硬盘及其实现方法。
背景技术
随着数据价值不断提升以及存储技术不断发展，存储系统的重要性不断提升，数据成为最核心的资产。移动存储方式对静态的存储方式往往成为攻击者的首选目标，从而达到窃取、篡改或破坏数据的目的，如果没有安全防范措施，一旦攻击者成功窃取，其负面影响将是无法估计的，因此移动存储安全变得至关重要。
专利号为CN101650693B的专利文献公开了一种移动硬盘安全控制方法和安全移动硬盘，本方法中磁盘控制器对存入移动硬盘内的数据采用芯片加密的方式进行加密，通过指纹识别系统来保护硬盘数据加密密钥，包括设备初始化步骤和指纹解锁设备加密分区步骤。但是该专利的加密方法不仅步骤繁琐，难度大，而且指纹识别存在很多不安全、不稳定因素，故该专利对数据加密存在不安全因素。
现有移动硬盘数据的加密保护方法，一般采用在USB主控芯片中实现加解密算法，这种实现方式存在开发难度大、性能差、算法不易扩展等问题。
如何能够解决在原有移动存储数据加密保护的开发难度大、性能差、算法不易扩展等问题，保证移动存储数据的机密性、完整性，从而满足移动存储数据安全领域的要求是现有技术中存在的技术问题。
发明内容
本发明的技术任务是针对以上不足之处，提供一种结构简单、生产成本低、易于加工、对环境无污染的加密移动硬盘及其实现方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种加密移动硬盘，包括USB主控芯片、ECC芯片、KB模块、FPGA加密芯片、FPGA解密芯片和eMMC存储芯片，所述ECC芯片通过SPI接口连接USB主控芯片，双方交互认证信息、认证结果；KB模块通过I2C接口连接USB主控芯片，获取用户口令输入；USB主控芯片通过ONFI接口连接FPGA加密芯片，实现用户数据交互；FPGA加密芯片通过MMC接口连接eMMC存储芯片，实现数据的高速写入；eMMC存储芯片通过MMC接口连接FPGA解密芯片，实现数据的高速读取；FPGA解密芯片通过ONFI接口连接USB主控芯片，实现用户数据交互；USB主控芯片对外提供USB高速接口，USB高速接口用于连接外接设备。
作为优选，所述ECC芯片与USB主控芯片之间双向传送数据，KB模块与USB主控芯片之间双向传送数据。
作为优选，所述USB主控芯片内置固件模块，固件模块包括ONFI模块、FTL模块、设备接口模块和设备管理模块，ONFI模块实现USB主控芯片通过ONFI接口与FPGA加密芯片和FPGA解密芯片的通讯；FTL模块实现从LBA（逻辑区块地址）到PBA（物理区块地址）的映射，实现文件系统对SSD的管理；设备接口模块实现对USB主控芯片相关接口管理，包括USB接口管理、电源管理、队列管理；设备管理模块实现加密移动硬盘的相关功能，包括分区加密、密钥管理、口令管理、键盘管理、量产管理。
作为优选，所述FPGA加密芯片和FPGA解密芯片均内置工程模块，工程模块包括ONFI接口控制模块、加解密算法模块和MMC接口模块，ONFI接口控制模块包含时钟控制、数据队列控制、端口控制、指令缓冲、地址缓冲和数据输入输出缓冲逻辑；加解密算法模块包含算法控制和算法引擎逻辑；MMC接口模块包含时钟控制、端口控制、指令发生器、指令缓冲和数据输入输出缓冲逻辑。
更优地，所述算法引擎逻辑分为加密引擎逻辑和解密引擎逻辑，FPGA加密芯片内置加密引擎逻辑，FPGA解密芯片内置解密引擎逻辑。
作为优选，所述USB主控芯片采用USB3.0接口主控芯片。
更优地，所述USB主控芯片对外提供USB3.0高速接口。
一种加密移动硬盘的实现方法，采用上述的任意一种加密移动硬盘对数据进行存储，包括如下步骤：
（1）用户使用时，通过KB模块输入登录口令，KB模块将口令通过I2C接口传送给USB主控芯片；
（2）USB主控芯片通过ECC芯片进行算法认证，并根据认证结果判断是否允许用户接入：
①若通过认证，则允许用户接入，USB主控芯片将数据传送给FPGA加密芯片进行数据加密，通过MMC接口将加密后的数据写入eMMC存储芯片；eMMC存储芯片通过MMC接口将数据传送给FPGA解密芯片进行解密，通过USB主控芯片的对外提供的USB高速接口将解密后的数据返给PC；
②若未通过认证，则不允许用户登录，即用户登录失败；
③若非法用户尝试身份认证连续错误次数达到预定的阀制时，硬盘自动锁定，仅能通过管理员口令解锁，才可恢复使用；用户信息和管理员口令存在USB主控芯片内部，从外部无法读取，硬盘具有防暴力破解功能，从而极大提高了口令安全性。
本发明的一种加密移动硬盘及其实现方法和现有技术相比，具有以下优点：
1、本发明能够解决在原有移动存储数据加密保护的开发难度大、性能差、算法不易扩展等问题，能够保证移动存储数据的机密性、完整性，从而满足移动存储数据安全领域的需求；
2、本发明的加密移动硬盘具有防暴力破解功能，当非法用户尝试身份验证连续错误次数达到预定的阀制时，硬盘自动锁定，只能通过管理员口令解锁，才可恢复使用，用户信息和管理员口令都存在USB主控芯片内部，从外部无法读取，从而极大提高了口令安全性；
3、本发明为保证数据加解密性能、物理隔离，采用两块型号相同FPGA芯片分别作为FPGA加密芯片和FPGA解密芯片，FPGA加密芯片和FPGA解密芯片通过MMC接口连接eMMC存储，实现数据的高速写入和读取。
故本发明具有设计合理、结构简单、易于加工、体积小、使用方便、一物多用等特点，因而，具有很好的推广使用价值。
附图说明
下面结合附图对本发明进一步说明。
附图1为一种加密移动硬盘结构框图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步说明。
实施例1
如附图1所示，本发明的一种加密移动硬盘，其结构包括USB主控芯片、ECC芯片、KB模块、FPGA加密芯片、FPGA解密芯片和eMMC存储芯片，ECC芯片通过SPI接口连接USB主控芯片，双方交互认证信息、认证结果；KB模块通过I2C接口连接USB主控芯片，获取用户口令输入；USB主控芯片通过ONFI接口连接FPGA加密芯片，实现用户数据交互；FPGA加密芯片通过MMC接口连接eMMC存储芯片，实现数据的高速写入；eMMC存储芯片通过MMC接口连接FPGA解密芯片，实现数据的高速读取；FPGA解密芯片通过ONFI接口连接USB主控芯片，实现用户数据交互；USB主控芯片对外提供USB高速接口，USB高速接口用于连接外接设备。USB主控芯片采用USB3.0接口主控芯片。USB主控芯片对外提供USB3.0高速接口。ECC芯片与USB主控芯片之间双向传送数据，KB模块与USB主控芯片之间双向传送数据。USB主控芯片内置固件模块，固件模块包括ONFI模块、FTL模块、设备接口模块和设备管理模块，ONFI模块实现USB主控芯片通过ONFI接口与FPGA加密芯片和FPGA解密芯片的通讯；FTL模块实现从LBA（逻辑区块地址）到PBA（物理区块地址）的映射，实现文件系统对SSD的管理；设备接口模块实现对USB主控芯片相关接口管理，包括USB接口管理、电源管理、队列管理；设备管理模块实现加密移动硬盘的相关功能，包括分区加密、密钥管理、口令管理、键盘管理、量产管理。FPGA加密芯片和FPGA解密芯片均内置工程模块，工程模块包括ONFI接口控制模块、加解密算法模块和MMC接口模块，ONFI接口控制模块包含时钟控制、数据队列控制、端口控制、指令缓冲、地址缓冲和数据输入输出缓冲逻辑；加解密算法模块包含算法控制和算法引擎逻辑；MMC接口模块包含时钟控制、端口控制、指令发生器、指令缓冲和数据输入输出缓冲逻辑。算法引擎逻辑分为加密引擎逻辑和解密引擎逻辑，FPGA加密芯片内置加密引擎逻辑，FPGA解密芯片内置解密引擎逻辑。
实施例2
一种加密移动硬盘的实现方法，采用实施例1中的一种加密移动硬盘对数据进行存储，包括如下步骤：
（1）用户使用时，通过KB模块输入登录口令，KB模块将口令通过I2C接口传送给USB主控芯片；
（2）USB主控芯片通过ECC芯片进行算法认证，并根据认证结果判断是否允许用户接入：
①若通过认证，则允许用户接入，USB主控芯片将数据传送给FPGA加密芯片进行数据加密，通过MMC接口将加密后的数据写入eMMC存储芯片；eMMC存储芯片通过MMC接口将数据传送给FPGA解密芯片进行解密，通过USB主控芯片的对外提供的USB高速接口将解密后的数据返给PC；
②若未通过认证，则不允许用户登录，即用户登录失败；
③若非法用户尝试身份认证连续错误次数达到预定的阀制时，硬盘自动锁定，仅能通过管理员口令解锁，才可恢复使用；用户信息和管理员口令存在USB主控芯片内部，从外部无法读取，硬盘具有防暴力破解功能，从而极大提高了口令安全性。
上述具体实施方式仅是本发明的具体个案，本发明的专利保护范围包括但不限于上述具体实施方式，任何符合本发明的一种加密移动硬盘及其实现方法的权利要求书的且任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或替换，皆应落入本发明的专利保护范围。
除说明书所述的技术特征外，均为本专业技术人员的已知技术。

Claims (8)

1.一种加密移动硬盘，其特征在于：包括USB主控芯片、ECC芯片、KB模块、FPGA加密芯片、FPGA解密芯片和eMMC存储芯片，所述ECC芯片通过SPI接口连接USB主控芯片；KB模块通过I2C接口连接USB主控芯片；USB主控芯片通过ONFI接口连接FPGA加密芯片；FPGA加密芯片通过MMC接口连接eMMC存储芯片；eMMC存储芯片通过MMC接口连接FPGA解密芯片；FPGA解密芯片通过ONFI接口连接USB主控芯片；USB主控芯片对外提供USB高速接口。
2.根据权利要求1所述的一种加密移动硬盘，其特征在于：所述ECC芯片与USB主控芯片之间双向传送数据，KB模块与USB主控芯片之间双向传送数据。
3.根据权利要求1所述的一种加密移动硬盘，其特征在于：所述USB主控芯片内置固件模块，固件模块包括ONFI模块、FTL模块、设备接口模块和设备管理模块，ONFI模块实现USB主控芯片通过ONFI接口与FPGA加密芯片和FPGA解密芯片的通讯；FTL模块实现从LBA到PBA的映射，实现文件系统对SSD的管理；设备接口模块实现对USB主控芯片相关接口管理，包括USB接口管理、电源管理、队列管理；设备管理模块实现加密移动硬盘的相关功能，包括分区加密、密钥管理、口令管理、键盘管理、量产管理。
4.根据权利要求1所述的一种加密移动硬盘，其特征在于：所述FPGA加密芯片和FPGA解密芯片均内置工程模块，工程模块包括ONFI接口控制模块、加解密算法模块和MMC接口模块，ONFI接口控制模块包含时钟控制、数据队列控制、端口控制、指令缓冲、地址缓冲和数据输入输出缓冲逻辑；加解密算法模块包含算法控制和算法引擎逻辑；MMC接口模块包含时钟控制、端口控制、指令发生器、指令缓冲和数据输入输出缓冲逻辑。
5.根据权利要求4所述的一种加密移动硬盘，其特征在于：所述算法引擎逻辑分为加密引擎逻辑和解密引擎逻辑，FPGA加密芯片内置加密引擎逻辑，FPGA解密芯片内置解密引擎逻辑。
6.根据权利要求1所述的一种加密移动硬盘，其特征在于：所述USB主控芯片采用USB3.0接口主控芯片。
7.根据权利要求6所述的一种加密移动硬盘，其特征在于：所述USB主控芯片对外提供USB3.0高速接口。
8.一种加密移动硬盘的实现方法，其特征在于：采用权利要求1-7中任意一种加密移动硬盘对数据进行存储，包括如下步骤：
（1）用户使用时，通过KB模块输入登录口令，KB模块将口令通过I2C接口传送给USB主控芯片；
（2）USB主控芯片通过ECC芯片进行算法认证，并根据认证结果判断是否允许用户接入：
①若通过认证，则允许用户接入，USB主控芯片将数据传送给FPGA加密芯片进行数据加密，通过MMC接口将加密后的数据写入eMMC存储芯片；eMMC存储芯片通过MMC接口将数据传送给FPGA解密芯片进行解密，通过USB主控芯片的对外提供的USB高速接口将解密后的数据返给PC；
②若未通过认证，则不允许用户登录，即用户登录失败；
③若非法用户尝试身份认证连续错误次数达到预定的阀制时，硬盘自动锁定，仅能通过管理员口令解锁，才可恢复使用；用户信息和管理员口令存在USB主控芯片内部。
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