CN108762782B - 一种基于安全加密固态硬盘和bios芯片的安全访问控制方法 - Google Patents

一种基于安全加密固态硬盘和bios芯片的安全访问控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，将用户角色、安全加密硬盘、PC相结合，通过权限认证在固件层面保护固态硬盘数据，通过固态硬盘隐藏区存储的日志记录日志信息，日志信息无法被人为修改，保证了数据操作的可追溯性，可以加强对数据访问的管控；通过不直接更新BIOS引导程序而是更新固态硬盘内的BIOS升级程序来更新BIOS程序保证安全可维护，所有的敏感信息和安全控制均在固态硬盘的主控芯片固件层面，安全等级更高并且方案适于与BIOS厂商广泛合作，推广到对数据敏感性较高领域和行业。

Description

一种基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法
技术领域
本发明涉及一种安全访问控制方法，具体的说，是一种基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法。
背景技术
随着国家自主可控，电子产品国产化的需求和发展，国产操作系统及国产芯片在政府办公、国防军工，核心安全领域的广泛使用，数据的安全性和保密性要求也得到重视，针对数据的权限控制及日志管理，也有一定的要求，需要一种安全访问控制方法，保护数据的安全。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，通过一种安全加密硬盘与BIOS芯片相结合的方式，将用户角色、安全加密固态硬盘、PC相结合，所有的敏感信息和安全控制均在固态硬盘的主控芯片固件层面，安全等级更高。
为了解决所述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，在固态硬盘内部划分出一部分系统不可见的隐藏区，该隐藏区只能通过权限认证后、根据定制的接口进行读写访问，隐藏区包括程序存储区、日志区和数据存储区，程序存储区内存储有BIOS升级程序，日志区存储有访问日志，数据存储区存储数据；BIOS芯片访问固态硬盘时，需要进行权限认证，并且在认证身份阶段记录访问者、登录时间，访问者、登录时间存储在日志区；通过程序存储区内的BIOS升级程序升级BIOS程序，升级过程中若发生错误，运行于系统BIOS芯片上的BIOS引导程序将不会被破坏，存储在固态硬盘中的BIOS更新程序即使被破坏，可以通过再次升级的方式重新更新。
进一步的，设置第三方伺服程序，在进入操作系统后，第三方伺服程序记录访问者读写的文件名称，访问者读写的文件名称也存储在日志区。
进一步的，权限验证时，若权限验证错误次数超过设定的阈值，固态硬盘进入锁定状态，即使验证正确的密码也无法访问，只能通过管理员权限进行解锁。
进一步的，针对数据保密性较高的行业，权限验证时，若权限验证错误次数超过设定的阈值，固态硬盘进入数据销毁状态，通过破坏数据对称加密的对称密钥的方式，将固态硬盘存储的数据全部销毁，保证数据的安全性，即使通过拆卸存储芯片，也无法破解数据。
进一步的，BIOS程序升级的过程为：S01）、固态硬盘产生非对称密钥对并返回公钥，S02）、BIOS引导程序获取SM2/RSA公钥并产生公钥加密用户密码、用户名及绑定信息，S03）、判断硬盘是否处于锁定状态，若处于锁定状态，则无法解锁，结束工作；S04）、若硬盘不处于锁定状态，则利用私钥解密数据，获取到用户名及密码并进行验证，并且验证绑定信息，若验证失败，则比较错误次数是否超过阈值，若超过阈值则固态硬盘进入锁定状态，S05）、验证成功或验证失败但未超过阈值时，返回验证结果至BIOS引导程序，BIOS引导程序根据验证结果判定下一步操作，若验证未通过，则结束工作，若验证通过，则读取固态硬盘隐藏区内的BIOS升级程序并加载验证信息；S06）、若BIOS升级程序合法，则执行BIOS升级程序，并记录登录用户、登录时间，升级结束，若BIOS升级程序不合法，则不执行BIOS升级程序，结束工作。
进一步的，BIOS引导程序登录固态硬盘访问数据的流程为：S01）、固态硬盘产生非对称密钥对并返回公钥，S02）、BIOS引导程序获取SM2/RSA公钥并产生公钥加密用户密码、用户名及绑定信息，S03）、判断硬盘是否处于锁定状态，若处于锁定状态，则无法解锁，结束工作；S04）、若硬盘不处于锁定状态，则利用私钥解密数据，获取到用户名及密码并进行验证，并且验证绑定信息，若验证失败，则比较错误次数是否超过阈值，若超过阈值则固态硬盘进入锁定状态， S05）、验证成功或验证失败但未超过阈值时，返回验证结果至BIOS引导程序，BIOS引导程序根据验证结果判定下一步操作，若验证未通过，则禁止显示MBR分区信息，访问分区表返回全部为0，若验证通过，则显示MBR分区信息，分区表正常访问；S06）、固态硬盘要求上位机刷新硬盘信息，BIOS引导程序卸载磁盘并重新挂载，系统驱动BIOS引导程序重读分区表信息；S07)、固态硬盘返回正确的MBR数据信息，BIOS引导程序加载各个分区信息，已分配分区的数据可以正常访问，BIOS引导程序读取写入固态硬盘隐藏区的存储数据，此时隐藏区和已分配分区都可以正常读写访问。
进一步的，固态硬盘基于国密安全芯片HX8800。
本发明的有益效果：本发明通过一种安全加密硬盘与国产BIOS相结合的方式，将用户角色、安全加密硬盘、PC相结合，通过权限认证在固件层面保护固态硬盘数据，通过固态硬盘隐藏区存储的日志记录日志信息，日志信息无法被人为修改，保证了数据操作的可追溯性，可以加强对数据访问的管控；通过不直接更新BIOS引导程序而是更新固态硬盘内的BIOS升级程序来更新BIOS程序保证安全可维护，所有的敏感信息和安全控制均在固态硬盘的主控芯片固件层面，安全等级更高并且方案适于与BIOS厂商广泛合作，推广到对数据敏感性较高领域和行业。
附图说明
图1为固态硬盘的存储结构结构图；
图2为BIOS引导程序升级的流程图；
图3为BIOS引导程序登录固态硬盘访问数据的流程图；
图4为固态硬盘未登录前的示意图；
图5为固态硬盘登录后的示意图。
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
本实施例公开一种基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，如图1所示，所述固态硬盘包括系统可见分区和隐藏区，所述隐藏区是在固态硬盘内部划分出一部分系统不可见的分区，该隐藏区只能通过权限认证后、根据定制的接口进行读写访问，隐藏区包括程序存储区、日志区和数据存储区，程序存储区内存储有BIOS升级程序，日志区存储有访问日志，数据存储区存储数据。
BIOS芯片访问固态硬盘时，需要进行权限认证，并且在认证身份阶段记录访问者、登录时间，访问者、登录时间存储在日志区；进一步的，可以设置第三方伺服程序，在进入操作系统后，记录访问者读写的文件名称，访问者读写的文件名称也存储在日志区。程序存储区内的BIOS升级程序可以升级，升级过程中若发生错误，运行于系统BIOS芯片上的BIOS引导程序将不会被破坏，存储在固态硬盘中的BIOS更新程序即使被破坏，可以通过再次升级的方式重新更新。
本实施例通过权限认证在固件层面保护固态硬盘数据，权限控制采用SM2/RSA算法非对称加解密机制，最终由固件来判断是否拥有权限。防止通过程序监听、通讯篡改、数据抓包的方式来破解硬盘。在未获取到固态硬盘访问权限时，该固态硬盘呈现一种未分配的形态，无法判断里面的分区信息及数据信息，更无法进行任何的读写操作。
本实施例通过固态硬盘隐藏区存储的日志记录日志信息，日志区进行日志管理，访问者、登录时间、访问者读写的文件名称存储在固态硬盘内部系统无法访问的空间，无法被人为修改，保证了数据操作的可追溯性，可以加强对数据访问的管控。
本方案中有两个BIOS程序，一个程序运行于系统上的BIOS芯片中，我们称为BIOS引导程序，一旦配发将不会修改。一个程序保存于固态硬盘的隐藏区中，我们称为BIOS升级程序，该程序是可以升级的，一旦在升级过程中发生错误， BIOS引导程序将不会被破坏，保证电脑可以正常使用，存储在固态硬盘中的BIOS更新程序即使被破坏，可以通过再次升级的方式重新更新，解决了BIOS升级过程中被损坏的风险，即通过不直接更新BIOS引导程序而是更新固态硬盘内BIOS升级程序来更新BIOS程序保证安全可维护。
针对暴力破解硬盘的情况，本实施例提供固态硬盘固件层面的锁定及销毁机制，权限验证时，若权限验证错误次数超过设定的阈值，固态硬盘进入锁定状态，即使验证正确的密码也无法访问，只能通过管理员权限进行解锁。针对数据保密性较高的行业，权限验证时，若权限验证错误次数超过设定的阈值，固态硬盘进入数据销毁状态，通过破坏数据对称加密的对称密钥(SM1/SM4/AES)的方式，将固态硬盘存储的数据全部销毁，保证数据的安全性，即使通过拆卸存储芯片，也无法破解数据。
具体的，如图2所示，BIOS程序升级的过程为：S01）、固态硬盘产生非对称密钥对并返回公钥，S02）、BIOS引导程序获取SM2/RSA公钥并产生公钥加密用户密码、用户名及绑定信息，S03）、判断硬盘是否处于锁定状态，若处于锁定状态，则无法解锁，结束工作；S04）、若硬盘不处于锁定状态，则利用私钥解密数据，获取到用户名及密码并进行验证，并且验证绑定信息，若验证失败，则比较错误次数是否超过阈值，若超过阈值则固态硬盘进入锁定状态， S05）、验证成功或验证失败但未超过阈值时，返回验证结果至BIOS引导程序，BIOS引导程序根据验证结果判定下一步操作，若验证未通过，则结束工作，若验证通过，则读取固态硬盘隐藏区内的BIOS升级程序并加载验证信息；S06）、若BIOS升级程序合法，则执行BIOS升级程序，并记录登录用户、登录时间，升级结束，若BIOS升级程序不合法，则不执行BIOS升级程序，结束工作。
具体的，如图3所示，BIOS引导程序登录固态硬盘访问数据的流程为：S01）、固态硬盘产生非对称密钥对并返回公钥，S02）、BIOS引导程序获取SM2/RSA公钥并产生公钥加密用户密码、用户名及绑定信息，S03）、判断硬盘是否处于锁定状态，若处于锁定状态，则无法解锁，结束工作；S04）、若硬盘不处于锁定状态，则利用私钥解密数据，获取到用户名及密码并进行验证，并且验证绑定信息，若验证失败，则比较错误次数是否超过阈值，若超过阈值则固态硬盘进入锁定状态， S05）、验证成功或验证失败但未超过阈值时，返回验证结果至BIOS引导程序，BIOS引导程序根据验证结果判定下一步操作，若验证未通过，则禁止显示MBR分区信息，访问分区表返回全部为0，若验证通过，则显示MBR分区信息，分区表正常访问；S06）、固态硬盘要求上位机刷新硬盘信息，BIOS引导程序卸载磁盘并重新挂载，系统驱动BIOS引导程序重读分区表信息；S07)、固态硬盘返回正确的MBR数据信息，BIOS引导程序加载各个分区信息，已分配分区的数据可以正常访问，BIOS引导程序读取写入固态硬盘隐藏区的存储数据，此时隐藏区和已分配分区都可以正常读写访问。
如图4所示，为固态硬盘未登录前的示意图；图5为固态硬盘登录后的示意图。权限认证前，固态硬盘无法访问，拒绝任何读写操作，作为从盘挂载到PC上，依然无法访问。限认证后，固态硬盘可见各个分区，通过验证工具验证隐藏区可以正常读写访问。
本实施例，固态硬盘基于国密安全芯片HX8800，该芯片支持SATA3.0接口，内部的硬件实现国密SM1、SM2、SM3、SM4等算法，并已通过国家商密认证，并且支持RSA、AES等国际通用算法，存储在Nandflash数据通过硬件对称加密模块进行加密。BIOS芯片也可以采用国产BIOS芯片。
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 (7)

1.一种基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，其特征在于：在固态硬盘内部划分出一部分系统不可见的隐藏区，该隐藏区只能通过权限认证后、根据定制的接口进行读写访问，隐藏区包括程序存储区、日志区和数据存储区，程序存储区内存储有BIOS升级程序，日志区存储有访问日志，数据存储区存储数据；BIOS芯片访问固态硬盘时，需要进行权限认证，并且在认证身份阶段记录访问者、登录时间，访问者、登录时间存储在日志区；通过程序存储区内的BIOS升级程序升级BIOS程序，升级过程中若发生错误，运行于系统BIOS芯片上的BIOS引导程序将不会被破坏，存储在固态硬盘中的BIOS更新程序即使被破坏，可以通过再次升级的方式重新更新。
2.根据权利要求1所述的基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，其特征在于：设置第三方伺服程序，在进入操作系统后，第三方伺服程序记录访问者读写的文件名称，访问者读写的文件名称也存储在日志区。
3.根据权利要求1所述的基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，其特征在于：权限验证时，若权限验证错误次数超过设定的阈值，固态硬盘进入锁定状态，即使验证正确的密码也无法访问，只能通过管理员权限进行解锁。
4.根据权利要求1所述的基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，其特征在于：权限验证时，若权限验证错误次数超过设定的阈值，固态硬盘进入数据销毁状态，通过破坏数据对称加密的对称密钥的方式，将固态硬盘存储的数据全部销毁，保证数据的安全性，即使通过拆卸存储芯片，也无法破解数据。
5.根据权利要求1所述的基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，其特征在于：BIOS程序升级的过程为：S01）、固态硬盘产生非对称密钥对并返回公钥，S02）、BIOS引导程序获取SM2/RSA公钥并产生公钥加密用户密码、用户名及绑定信息，S03）、判断硬盘是否处于锁定状态，若处于锁定状态，则无法解锁，结束工作；S04）、若硬盘不处于锁定状态，则利用私钥解密数据，获取到用户名及密码并进行验证，并且验证绑定信息，若验证失败，则比较错误次数是否超过阈值，若超过阈值则固态硬盘进入锁定状态， S05）、验证成功或验证失败但未超过阈值时，返回验证结果至BIOS引导程序，BIOS引导程序根据验证结果判定下一步操作，若验证未通过，则结束工作，若验证通过，则读取固态硬盘隐藏区内的BIOS升级程序并加载验证信息；S06）、若BIOS升级程序合法，则执行BIOS升级程序，并记录登录用户、登录时间，升级结束，若BIOS升级程序不合法，则不执行BIOS升级程序，结束工作。
6.根据权利要求1所述的基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，其特征在于：BIOS引导程序登录固态硬盘访问数据的流程为：S01）、固态硬盘产生非对称密钥对并返回公钥，S02）、BIOS引导程序获取SM2/RSA公钥并产生公钥加密用户密码、用户名及绑定信息，S03）、判断硬盘是否处于锁定状态，若处于锁定状态，则无法解锁，结束工作；S04）、若硬盘不处于锁定状态，则利用私钥解密数据，获取到用户名及密码并进行验证，并且验证绑定信息，若验证失败，则比较错误次数是否超过阈值，若超过阈值则固态硬盘进入锁定状态， S05）、验证成功或验证失败但未超过阈值时，返回验证结果至BIOS引导程序，BIOS引导程序根据验证结果判定下一步操作，若验证未通过，则禁止显示MBR分区信息，访问分区表返回全部为0，若验证通过，则显示MBR分区信息，分区表正常访问；S06）、固态硬盘要求上位机刷新硬盘信息，BIOS引导程序卸载磁盘并重新挂载，系统驱动BIOS引导程序重读分区表信息；S07)、固态硬盘返回正确的MBR数据信息，BIOS引导程序加载各个分区信息，已分配分区的数据可以正常访问，BIOS引导程序读取写入固态硬盘隐藏区的存储数据，此时隐藏区和已分配分区都可以正常读写访问。
7.根据权利要求1所述的基于安全加密固态硬盘和BIOS芯片的安全访问控制方法，其特征在于：固态硬盘基于国密安全芯片HX8800。
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