CN107358110A - 基于国密安全芯片的移动端U盘及其与Android设备的通信方法 - Google Patents

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孙玉玺
于佑飞
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Abstract

本发明公开一种基于国密安全芯片的移动端U盘及该U盘与Android设备通信的方法，所述移动端U盘包括安全芯片以及NandFlash，安全芯片与NandFlash相连，安全芯片上设置安全区、隐藏区和硬件加密模块，安全芯片连接USB3.0和Micro USB3.0双接口，安全芯片通过USB3.0和Micro USB3.0接口实现U盘与Android、Windows系统通信。所述方法是在一种移动端U盘与Android设备通信的方法，即基于国密安全芯片的移动端U盘在Android设备的应用，保证了数据在Android设备信道上的安全和存储的安全。

Description

基于国密安全芯片的移动端U盘及其与Android设备的通信 方法
技术领域
本发明涉及一种基于国密安全芯片的移动端U盘及该移动端U盘与Android设备的通信方法，属于信息安全技术领域。
背景技术
随着手机、平板等移动设备所拥有的功能越来越丰富，内容的安全性和敏感性也越来越得到人们的重视，尤其某些关键领域的信息，对安全性要求更加严格。因此我国针对信息安全制定了国密SM系列算法，目前该算法标准在商密领域已得到了充分的应用，但在移动端U盘方面还并未普及和完善。
为了扩充手机的存储容量和保障手机数据的安全性，本方案提出了一种基于国密安全芯片的OTG U盘方案。该方案是一款集OTG、U盘、数据加密三大功能的安全存储设备。它配备Micro USB、USB3.0双接口，可轻松连接电脑、手机或平板等移动设备，方便实用，既扩展了手机的存储，更保证了数据的安全性，而且还能在手机端与PC端实现数据无缝传输，是一种针对手机和PC安全可靠的加密存储方案。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于国密安全芯片的移动端U盘及其与Android设备的通信方法，其可以扩充收集的存储容量和保证手机数据的安全性。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于国密安全芯片实现的移动端U盘，包括安全芯片以及NandFlash，安全芯片与NandFlash相连，U盘设置安全区、隐藏区，安全芯片内部集成硬件加密模块，安全芯片连接USB3.0和Micro USB3.0双接口，安全芯片通过USB3.0和Micro USB3.0接口实现U盘与Android、Windows系统通信。
进一步的，硬件加密模块的密钥存储在主控芯片内部。实现了数据的安全存储，即使将闪存替换或者更换主控芯片，存储的信息仍无法破解。
本发明所述基于国密安全芯片的移动端U盘，安全芯片采用国密安全芯片HX6802，HX6802通过USB2.0总线连接Micro USB接口，USB3.0接口通过读写总线连接至HX6802，并且USB3.0接口连接+5V电压，并且+5V电压通过两个DC-DC电源转换芯片连接至HX6802芯片，两个DC-DC电源转换芯片将+5V电压转换成3.3V和1.2V，分别为HX6802芯片的I/O接口和内核供电。
本发明所述基于国密安全芯片的移动端U盘，公开区和隐藏区在安全芯片量产进行U盘分区时设置。
本发明所述基于国密安全芯片的移动端U盘，所述硬件加密模块为集成在安全芯片内部的SM1、SM4、AES加密算法模块。
本发明所述基于国密安全芯片的移动端U盘，所述NandFlash为SOP48封装的NANDFLASH。
本发明还公开了一种上述移动端U盘与Android设备的通信方法，该方法是在Android设备内设置与移动端U盘进行通信的应用程序，应用程序包括界面层、应用层和应用接口层，界面层用于界面表示，负责系统与用户之间的交互，接受输入和输出；应用层负责处理业务逻辑，对用户输入进行判断，并根据用户调用转而调用应用接口层相应接口；应用接口层用于连接应用层和驱动层，为调用设备驱动的接口；工作时，界面层接受输入和输出，应用层对用户输入进行判断，并根据用户调用转而调用应用接口处相应接口，应用接口层调用内核的底层接口，访问移动端U盘，从而实现与移动端U盘的通信。
本发明所述移动端U盘与Android设备的通信方法，隐藏区在Android设备是不可见的，只能通过应用程序进行隐藏区读写；在使用应用程序通信前，首先将U盘卸载，之后对隐藏区进行读写操作，读写操作的具体过程为：1、应用程度读取起始LBA值，读取读写长度，然后发送隐藏区读写命令至移动端U盘接口，移动端U盘接口接收指令并执行操作，对NandFlash内的存储阵列执行加密写入或者解密读取操作，3、移动端U盘向应用程序返回执行结果，并在应用程序上显示数据。
本发明所述移动端U盘与Android设备的通信方法，界面层由JAVA语言开发，应用层由C语言开发，界面层与应用层之间通过JNI实现JAVA程序调用C语言程序。
本发明所述移动端U盘与Android设备的通信方法，应用接口层访问移动端U盘采用的是libusb无驱设计，libusb 设计一系列的外部API 为应用程序所调用，这些API 调用了内核的底层接口，访问移动端U盘，从而实现与移动端U盘的通信。
本发明的有益效果：本方案提供了一种基于国密安全芯片的移动端U盘，该移动端U盘是一款集OTG、U盘、数据加密三大功能的安全存储设备，它配备Micro USB、USB3.0双接口，可轻松连接电脑、手机或平板等移动设备，方便实用，既扩展了手机的存储，更保证了数据的安全性，而且还能在手机端与PC端实现数据无缝传输，是一种针对手机和PC安全可靠的加密存储方案。同时该发明提供可一种移动端U盘与Android设备的通信方法，提供一种商密算法在Android设备的应用，保证了数据在Android设备信道上的安全和存储的安全，同时该方法可以定制上位机API指令，针对客户二次开发也有比较大的优势。
附图说明
图1为移动端U盘的系统框架图；
图2为移动端U盘的原理框架图；
图3为移动端U盘与Android、Windows系统通信的基本流程图；
图4为隐藏区读、写的流程图；
图5为Android设备端应用程序的整体层次图。
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的说明。
实施例1
如图1所示，一种基于国密安全芯片的移动端U盘，包括安全芯片以及NandFlash，安全芯片与NandFlash相连，U盘设置安全区、隐藏区，安全芯片内部集成硬件加密模块，安全芯片连接USB3.0和Micro USB3.0双接口，安全芯片通过USB3.0和Micro USB3.0接口实现U盘与Android、Windows系统通信。
本实施例中，所述安全芯片采用国密安全芯片HX6802，该芯片支持USB3.0高速接口，支持国密SM1、SM2、SM3、SM4等算法模块,并已通过国家商密检测，同时也支持RSA、SHA、AES等国际加密算法。该U盘不仅适用于基于Android系统并且硬件上带有Micro USB接口的手机等设备；同时还适用于Windows系列系统的标准USB3.0/USB2.0接口主机。
本实施例中，数据经安全芯片内部硬件加密模块（SM1/SM4/AES）加密后存储在U盘上，密钥存储在主控芯片内部，实现了数据的安全存储。即使将闪存替换或者更换主控芯片，存储的信息仍无法破解。
本实施例中，公开区和隐藏区在安全芯片量产进行U盘分区时设置。其中，公开区如同普通移动设备一样使用，隐藏区只能通过Windows/Android专用软件对隐藏区进行操作，实现数据的读取写入，具有防病毒、木马和防格式化等功能。
如图2所示，为本实施例所述移动端U盘的原理框架图，安全芯片HX6802通过USB2.0总线连接Micro USB接口，USB3.0接口通过读写总线连接至HX6802，并且USB3.0接口连接+5V电压，并且+5V电压通过两个DC-DC电源转换芯片连接至HX6802芯片，两个DC-DC电源转换芯片将+5V电压转换成3.3V和1.2V，分别为HX6802芯片的I/O接口和内核供电。安全芯片与NandFlash，用于对NandFlash进行读写。本实施例中，所述NandFlash为SOP48封装的NAND FLASH。
本实施例中，本方案用到的加密算法均通过硬件实现。首先硬件加解密在性能上要远胜于软件实现，其次商密主控的要求里，硬件加解密是必须要求的，针对本方案，硬件上支持商密，既可以在特定领域使用，比一般的通用USB主控有优势，又通过硬件支持加解密算法，性能上比软件实现又有巨大的优势。所述硬件加密模块为集成在安全芯片内部的SM1、SM4、AES加密算法模块。
本实施例所述移动端U盘有两种接口形式，USB3.0接口与计算机相连，实现U3高速通信；Micro USB2.0接口与手机、平板等移动设备相连，实现U2全速通信。它不需要额外的线材或者电力来作驱动，通过Micro USB接口连接安卓设备，大大扩展了原本的移动设备内存储量；通过USB 3.0接口连接PC设备，手机、平板、PC可实现轻松互联，帮助用户实现影音交换、照片备份、数据共享。
实施例2
如图3所示为移动端U盘与Android、Windows系统通信的基本流程图。在Android或Windows端设计与移动U盘进行通信的应用程序，通过应用程序与移动U盘通讯。
具体的，本实施例公开一种上述移动端U盘与Android设备通信的方法，该方法是在Android设备内设置与移动端U盘进行通信的应用程序，如图5所示，应用程序包括界面层、应用层和应用接口层，界面层用于界面表示，负责系统与用户之间的交互，接受输入和输出；应用层负责处理业务逻辑，对用户输入进行判断，并根据用户调用转而调用应用接口层相应接口；应用接口层用于连接应用层和驱动层，为调用设备驱动的接口；工作时，界面层接受输入和输出，应用层对用户输入进行判断，并根据用户调用转而调用应用接口处相应接口，应用接口层调用内核的底层接口，访问移动端U盘，从而实现与移动端U盘的通信。
本实施例中，界面层由JAVA语言开发，应用层由C语言开发，界面层与应用层之间通过JNI实现JAVA程序调用C语言程序。JNI是JAVA标准平台中的一个重要功能，它弥补了JAVA的与平台无关这一重大优点的不足，在JAVA实现跨平台的同时，也能与其它语言(如C、C++)的动态库进行交互，给其它语言发挥优势的机会。
本实施例中，应用接口层访问移动端U盘采用的是libusb无驱设计，libusb 设计一系列的外部API 为应用程序所调用，这些API 调用了内核的底层接口，访问移动端U盘，从而实现与移动端U盘的通信。
libusb 是一个C库，它提供一种方法，使应用程序可以在各个操作系统下访问USB设备，避免了进行内核驱动的。libusb 设计了一系列的外部API 为应用程序所调用，这些API 调用了内核的底层接口，和kernel driver中所用到的函数所实现的功能差不多，只是libusb更加接近USB 规范。使得libusb的使用也比开发内核驱动相对容易的多。
本实施例中，隐藏区在Android设备是不可见的，只能通过应用程序进行隐藏区读写；在使用应用程序通信前，首先将U盘卸载，之后对隐藏区进行读写操作。
如图4所示，读写操作的具体过程为：1、应用程度读取起始LBA值，读取读写长度，然后发送隐藏区读写命令至移动端U盘接口，移动端U盘接口接收指令并执行操作，对NandFlash内的存储阵列执行加密写入或者解密读取操作，3、移动端U盘向应用程序返回执行结果，并在应用程序上显示数据。
本实施例提供一种移动端U盘与Android设备通信的方法，即基于国密安全芯片的移动端U盘在Android设备的应用，保证了数据在Android设备信道上的安全和存储的安全；同时支持Micro USB和标准USB2.0/USB3.0双接口，能够使手机端到Windows端数据安全可靠的传输；该方案可以定制化上位机API指令，针对客户二次开发也有比较大的优势。
以上描述的仅是本发明的基本原理和优选实施例，本领域技术人员根据本发明做出的改进和替换，属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种基于国密安全芯片实现的移动端U盘，其特征在于：包括安全芯片以及NandFlash，安全芯片与NandFlash相连，U盘设置安全区、隐藏区，安全芯片内部集成硬件加密模块，安全芯片连接USB3.0和Micro USB3.0双接口，安全芯片通过USB3.0和MicroUSB3.0接口实现U盘与Android、Windows系统通信。
2.根据权利要求1所述的基于国密安全芯片实现的移动端U盘，其特征在于：硬件加密模块的密钥存储在主控芯片内部。
3.根据权利要求1所述的基于国密安全芯片实现的移动端U盘，其特征在于：安全芯片采用国密安全芯片HX6802，HX6802通过USB2.0总线连接Micro USB接口，USB3.0接口通过读写总线连接至HX6802，并且USB3.0接口连接+5V电压， +5V电压通过两个DC-DC电源转换芯片连接至HX6802芯片，两个DC-DC电源转换芯片将+5V电压转换成3.3V和1.2V，分别为HX6802芯片的I/O接口和内核供电。
4.根据权利要求1或4所述的基于国密安全芯片实现的移动端U盘，其特征在于：公开区和隐藏区在安全芯片量产进行U盘分区时设置。
5.根据权利要求1或4所述的基于国密安全芯片实现的移动端U盘，其特征在于：所述硬件加密模块为集成在安全芯片内部的SM1、SM4、AES加密算法模块。
6.根据权利要求1所述的基于国密安全芯片实现的移动端U盘，其特征在于：所述NandFlash为SOP48封装的NAND FLASH。
7.权利要求1所述的移动端U盘与Android设备的通信方法，其特征在于：Android设备内设置与移动端U盘进行通信的应用程序，应用程序包括界面层、应用层和应用接口层，界面层用于界面表示，负责系统与用户之间的交互，接受输入和输出；应用层负责处理业务逻辑，对用户输入进行判断，并根据用户调用转而调用应用接口层相应接口；应用接口层用于连接应用层和驱动层，为调用设备驱动的接口；工作时，界面层接受输入和输出，应用层对用户输入进行判断，并根据用户调用转而调用应用接口处相应接口，应用接口层调用内核的底层接口，访问移动端U盘，从而实现与移动端U盘的通信。
8.根据权利要求7所述的移动端U盘与Android设备的通信方法，其特征在于：隐藏区在Android设备是不可见的，只能通过应用程序进行隐藏区读写；在使用应用程序通信前，首先将U盘卸载，之后对隐藏区进行读写操作，读写操作的具体过程为：1、应用程度读取起始LBA值，读取读写长度，然后发送隐藏区读写命令至移动端U盘接口，移动端U盘接口接收指令并执行操作，对NandFlash内的存储阵列执行加密写入或者解密读取操作，3、移动端U盘向应用程序返回执行结果，并在应用程序上显示数据。
9.根据权利要求7所述的移动端U盘与Android设备的通信方法，其特征在于：界面层由JAVA语言开发，应用层由C语言开发，界面层与应用层之间通过JNI实现JAVA程序调用C语言程序。
10.根据权利要求7所述的移动端U盘与Android设备的通信方法，其特征在于：应用接口层访问移动端U盘采用的是libusb无驱设计，libusb 设计一系列的外部API 为应用程序所调用，这些API 调用内核的底层接口，访问移动端U盘，从而实现与移动端U盘的通信。
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