CN110704878B - 一种安全计算机防拆系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种安全计算机防拆系统，涉及安全计算机技术领域。本发明充分利用I2C通信数据总线的互连协议，通过安全模块作为I2C总线主设备，以超低功耗单片机电路、可销毁固态盘作为总线从设备实现防拆销毁策略的功能。在实现的过程中，首先通过主机配置机箱拆盖销毁管理以及销毁策略的管理，其次通过安全模块的I2C总线配置各从设备的销毁策略管理，最后由超低功耗单片机电路根据配置情况实现对可销毁固态盘和安全模块的销毁。本发明所设计的防拆设计较传统的防拆卸设计具有明显优势。

Description

一种安全计算机防拆系统
技术领域
本发明涉及安全计算机技术领域，具体涉及一种安全计算机防拆系统。
背景技术
防拆设计作为安全计算机技术的一个重要组成部分，是安全计算机的硬件安全防线，在安全计算机领域起着具足轻重的作用。应用于安全计算机内部，在网络信息安全等级高的指定办公场所及指定机房内使用，保护安全计算机内部核心敏感载体及信息不被蓄意拆卸和破坏。以往防拆销毁设计由于只有报警功能，在使用人员不在场时也可实施窃取计算机内部核心零部件，不能有效的防止突发情况的发生，无法保证计算机的信息安全，不能适用于高安全性的应用领域。
发明内容
(一)要解决的技术问题
本发明要解决的技术问题是：如何实现一种安全计算机防拆系统，解决了传统防拆设计只报警却无法有效的对设备关键信息保护进行销毁的能力。
(二)技术方案
为了解决上述技术问题，本发明提供了一种安全计算机防拆系统，包括：安全模块、超低功耗单片机电路、防拆卸装置、供电电路、报警电路、可销毁固态盘；
所述安全模块用于采用I2C接口控制安全计算机中的超低功耗单片机电路与可销毁固态盘，同时安全模块内部的RTC芯片与串口转换芯片挂载在安全计算机的I2C总线上，安全模块的I2C出口处设有I2C总线驱动器，该I2C总线驱动器对I2C总线透明；安全计算机的I2C总线用于连接安全模块、超低功耗单片机电路以及可销毁固态盘，安全模块为主设备，超低功耗单片机电路和可销毁固态盘为从设备，预先配置销毁策略通过安全模块实时发送至各从设备上，通过对不同设备配置不同的I2C物理地址，保证I2C信号的通讯畅通；通过I2C接口配置各超低功耗单片机电路的物理地址，为销毁策略提供通讯服务；
所述超低功耗单片机电路用于采用自带时钟配置系统时钟，实现正常和空闲两种工作模式的切换，当防拆卸装置触发中断时，由空闲状态转为工作状态，并在接收到IO引脚输入信号后选择是否销毁，如果销毁，将预先留存在安全模块的I2C信息调出，选择相应的销毁策略，从而对可销毁固态盘发出不同的销毁信号；销毁信号的输出方式有3种：数据销毁、算法销毁、数据与算法组合销毁，数据的切换时间通过串行数据接口进行设定和修改，将编制好的程序烧录到超低功耗单片机电路中，当触发销毁动作时超低功耗单片机电路输出销毁信号上升沿电平到可销毁固态盘，同时通过超低功耗单片机电路输出高电平报警信号至报警电路，高电平使报警电路中的三极管V7导通触发蜂鸣器产生报警。
所述供电电路用于为超低功耗单片机电路供电；
优选地，所述供电电路包括锂聚合电池、充放电电路以及两个低泄漏二极管，充放电电路U3是的锂离子聚合物电池用恒定电流或恒定电压线性充电器，利用两个低泄漏二极管BAS116的低功耗以及反向截止的特性，将两个低泄漏二极管的正极分别连接到锂聚合电池的正极VBAT和充放电电路的主机电源的输入端P5V，负极则输出给超低功耗单片机电路VCC，即在有主机电源P5V接入的情况下，主机电源P5V为超低功耗单片机电路供电；在无主机电源P5V接入的情况下，锂聚合电池VBAT为超低功耗单片机电路供电。
优选地，防拆卸装置具有3种触发模式：机箱拆盖、机箱按键、BIOS连续输错5次开机密码；前两种触发模式对应该放拆卸装置包括机箱拆盖触发装置、机箱按键触发装置；机箱拆盖触发装置由行程开关、线缆组成，行程开关放置于机箱上盖板正下方，开关信号为DEST_CASE，在安全固态盘背板上做下拉处理，防拆卸装置中的机箱拆盖触发装置的行程开关在机箱闭合，即上盖板关闭时，行程开关按下断开，电平信号拉低为低电平，销毁信号被拉低，当拆除机箱上盖板后，即上盖板打开时，行程开关的簧片自动向上弹出并使得触点发生变化，引起相应信号的电平上升，触发单片机电路产生中断响应，且机箱拆盖销毁模式可通过安全模块进行配置销毁功能的关闭和打开；超低功耗单片机电路通过检测行程开关信号的变化判断机箱盖板是否被非法拆开，从而销毁数据；机箱按键触发装置在结构上由销毁按键以及线缆组成，放置于机箱前面板处，销毁按键实现主动销毁，开关信号为DEST_BUTT，按键销毁信号从前面板引至超低功耗单片机电路，在默认情况按键销毁信号被拉低，当按下机箱按键后，触点发生变化，引起相应信号的电平上升，触发单片机电路产生中断响应；
非法用户输入BIOS密码错误且错误次数超过5次时，安全模块通过CPLD控制BIOS_INT电平转换，输出中断信号BIOS_INT至超低功耗单片机电路上，触发超低功耗单片机电路产生中断响应，在超低功耗单片机电路发出销毁指令时，输出信号BEEP_CTL至报警电路实现报警功能。
优选地，所述超低功耗单片机电路具有防拆销毁触发输入接口，防拆销毁触发输入接口包括J6连接器输入接口，J6连接器输入接口的第1、2管脚连接至机箱按键触发装置的销毁按键处，默认情况下第1管脚与第2管脚处于常开状态，按下按键触发电平上升；第3、4管脚连接至行程开关处，默认情况下第3管脚与第4管脚处于常开状态，按下按键触发电平上升。
优选地，所述锂离子聚合物电池为3.7V聚合物锂电池。
优选地，所述充放电电路为LTC4054ES5-4.2充电电路。
优选地，所述报警电路的电源选用3.7V聚合物锂电池搭配LTC4054ES5-4.2充电电路使用。
优选地，所述超低功耗单片机电路选用PIC18LF4520 TQFP封装芯片。
优选地，所述I2C总线为LTC4307 I2C总线。
(三)有益效果
本发明充分利用I2C通信数据总线的互连协议，通过安全模块作为I2C总线主设备，以超低功耗单片机电路、可销毁固态盘作为总线从设备实现防拆销毁策略的功能。在实现的过程中，首先通过主机配置机箱拆盖销毁管理以及销毁策略的管理，其次通过安全模块的I2C总线配置各从设备的销毁策略管理，最后由超低功耗单片机电路根据配置情况实现对可销毁固态盘和安全模块的销毁。本发明所设计的防拆设计较传统的防拆卸设计具有明显优势。本发明中超低功耗单片机电路通过预先设置的防拆销毁配置策略实施销毁及报警，既可单独销毁固态盘数据，也可单独销毁固态盘算法，还可两者均销毁，极大提升了计算机的信息安全。
附图说明
图1为本发明的系统原理图；
图2为本发明设计的安全模块I2C总线架构；
图3为本发明的超低功耗单片机电路图；
图4为本发明的供电电路图；
图5为本发明的销毁触发输入接口图；
图6为本发明的报警电路图。
具体实施方式
为使本发明的目的、内容、和优点更加清楚，下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。
如图1所示，本发明提供了一种安全计算机防拆系统，包括：安全模块、超低功耗单片机电路、防拆卸装置、供电电路、报警电路、可销毁固态盘。
安全模块采用I2C接口控制安全计算机中的超低功耗单片机电路与可销毁固态盘，同时安全模块内部的RTC芯片与串口转换芯片挂载在LTC4307 I2C总线上，为了防止超低功耗单片机电路与可销毁固态盘的错误状态对LTC4307 I2C总线造成干扰，同时也为了增强LTC4307 I2C总线驱动能力，在安全模块的I2C出口处增加了LTC4307 I2C总线驱动器，该LTC4307 I2C总线驱动器对LTC4307I2C总线透明。I2C总线架构如图2所示。
安全计算机的LTC4307I2C总线用于连接安全模块、超低功耗单片机电路以及可销毁固态盘，安全模块为主设备，超低功耗单片机电路和可销毁固态盘为从设备，预先配置销毁策略通过安全模块实时发送至各从设备上，通过对不同设备配置不同的I2C物理地址，从而保证I2C信号的通讯畅通；可通过I2C配置各超低功耗单片机电路的物理地址，为销毁策略提供通讯服务。LTC4307 I2C总线各设备物理地址分配如表1所示。
表1 I2C总线物理地址分配表
设备 物理地址 说明
安全模块 主设备
超低功耗单片机 0b1001111
硬盘1(销毁单片机) 0b1001001 后3位，SLOT1为1；SLOT2为0；SLOT3为0；
硬盘2(销毁单片机) 0b1001010 后3位，SLOT1为0；SLOT2为1；SLOT3为0；
硬盘3(销毁单片机) 0b1001011 后3位，SLOT1为1；SLOT2为1；SLOT3为0；
硬盘4(销毁单片机) 0b1001100 后3位，SLOT1为0；SLOT2为0；SLOT3为1；
超低功耗单片机电路选用PIC18LF4520 TQFP封装芯片，引脚如图3所示。采用自带时钟配置低频率的系统时钟，实现正常和空闲两种工作模式的切换，当防拆卸装置触发中断时，超低功耗单片机电路由空闲状态转为工作状态，并接收到IO引脚输入信号后选择是否销毁，如果销毁，将预先留存在安全模块的I2C信息调出，选择相应的销毁策略，从而对可销毁固态盘发出不同的销毁信号；销毁信号的输出方式有3种：数据销毁、算法销毁、数据与算法组合销毁，数据的切换时间可通过串行数据接口进行设定和修改，其中，中断信号INT0由单片机芯片第8引脚输入，IO引脚输入信号包括机箱拆盖触发信号DEST_CASE、机箱按键触发信号DEST_BUTT、BIOS连续输错5次开机密码触发信号BIOS_INT，分别对应超低功耗单片机电路的第15、14、11管脚，超低功耗单片机电路的I2C信号接收接口连接至安全模块，由SMCLK和SMDAT组成，分别对应超低功耗单片机的第37、42管脚，通过I2C总线实现销毁策略的通讯。超低功耗单片机电路采用纳瓦级技术，结合图4的供电电路和图5的防拆销毁触发输入接口。通过软件的优化设计，将编制好的程序烧录到图2的超低功耗单片机电路中，当触发销毁动作时超低功耗单片机电路输出销毁信号上升沿电平到可销毁固态盘，同时通过超低功耗单片机电路输出高电平报警信号(第32管脚)至图6的报警电路(BEEP_CTL)，高电平使报警电路中的三极管V7导通触发蜂鸣器产生报警，可警示非法操作人员停止拆机动作。
供电电路由锂聚合电池、充放电电路以及两个低泄漏二极管组成，充放电电路U3是一款完整的锂离子聚合物电池用恒定电流/恒定电压线性充电器，无需MOSFET、检测电阻器和隔离二极管，具有良好的保护性和稳定性。利用两个低泄漏二极管BAS116的低功耗以及反向截止的特性，将两个低泄漏二极管的正极分别连接到锂聚合电池的正极VBAT和充放电电路的主机电源的输入端P5V，负极则输出给超低功耗单片机电路VCC，即在有主机电源P5V接入的情况下，主机电源P5V为超低功耗单片机电路供电；在无主机电源P5V接入的情况下，锂聚合电池VBAT为超低功耗单片机电路供电。
电池选用703450封装容量为1000毫安的锂聚合电池，电池充电截止电压4.25V，放电截止电压2.75V，带过充、过放、短路保护板，充放电电路是锂离子电池用恒定电流/恒定电压线性充电器，具有良好的保护性和稳定性。锂聚合电池与充放电电路两者电气特性相匹配，保证了超低功耗单片机的超长续航能力。
防拆卸装置具有3种触发模式：机箱拆盖、机箱按键、BIOS连续输错5次开机密码；前两种触发模式对应该放拆卸装置包括机箱拆盖触发装置、机箱按键触发装置；机箱拆盖触发装置由行程开关、线缆组成，行程开关放置于机箱上盖板正下方，开关信号为DEST_CASE，在安全固态盘背板上做下拉处理，防拆卸装置中的机箱拆盖触发装置(行程开关)在机箱闭合时，即上盖板关闭时，行程开关按下断开，电平信号拉低为低电平，销毁信号被拉低，当拆除机箱上盖板后，即上盖板打开时，行程开关的簧片自动向上弹出并使得触点发生变化，引起相应信号的电平上升，触发单片机电路产生中断响应，且机箱拆盖销毁模式可通过安全模块进行配置销毁功能的关闭和打开；超低功耗单片机电路通过检测行程开关信号的变化判断机箱盖板是否被非法拆开，从而销毁数据。开关默认处于断开状态，开关信号为低电平，销毁高有效。关机状态下也可以实现销毁数据、销毁算法、销毁数据和算法、不销毁。安全计算机机箱拆盖销毁策略控制状态如表2所示。
表2机箱拆盖销毁控制状态表
Figure BDA0002216530080000081
机箱按键触发装置在结构上由销毁按键以及线缆组成，放置于机箱前面板处，销毁按键，实现主动销毁，开关信号为DEST_BUTT，按键销毁信号从前面板引至超低功耗单片机电路，在默认情况按键销毁信号被拉低，当按下机箱按键后，触点发生变化，引起相应信号的电平上升，触发单片机电路产生中断响应；
关机状态下也可以实现销毁数据、销毁算法、销毁数据和算法、不销毁。安全计算机机箱按键销毁策略控制状态如表3所示。
表3机箱按键销毁控制状态表
Figure BDA0002216530080000091
安全计算机还加入了非法用户输入BIOS密码错误且错误次数超过5次时，安全模块通过CPLD控制BIOS_INT电平转换，输出中断信号BIOS_INT至超低功耗单片机电路上，触发超低功耗单片机电路产生中断响应，在超低功耗单片机电路发出销毁指令时，输出信号BEEP_CTL(第32管脚)至报警电路实现报警功能。该功能可在安全模块端中进行配置。BIOS密码错误输入超过5次的销毁策略控制状态如表4所示。
表4 BIOS密码连续5次输入错误销毁控制状态表
Figure BDA0002216530080000101
图5中J6连接器输入接口包含两部分：第1、2管脚连接至机箱按键触发装置的销毁按键处，默认情况下第1管脚与第2管脚处于常开状态，按下按键触发电平上升；第3、4管脚连接至行程开关处，默认情况下第3管脚与第4管脚处于常开状态，按下按键触发电平上升。常开状态的优势在于避免电路形成回路，减少电量损耗。
超低功耗单片机电路的供电电路与报警电路电源统一选用3.7V聚合物锂电池搭配LTC4054ES5-4.2充电电路使用。即有外部电源接入的情况下，外部电源为超低功耗单片机供电；在无外部电源接入的情况下，聚合物锂电池为超低功耗单片机电路供电。以保证超低功耗单片机的长续航能力。
可销毁固态盘可通过超低功耗单片机电路发出的销毁信号实现数据和/或算法的销毁。
可以看出，本发明提供的安全计算机防拆设计，除了防拆报警机制以外，还可进行安全计算机核心敏感信息的销毁可灵活配置多种销毁方式，可配置不销毁、销毁数据、销毁算法、销毁数据和算法的销毁方式。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种安全计算机防拆系统，其特征在于，包括：安全模块、超低功耗单片机电路、防拆卸装置、供电电路、报警电路、可销毁固态盘；
所述安全模块用于采用I2C接口控制安全计算机中的超低功耗单片机电路与可销毁固态盘，同时安全模块内部的RTC芯片与串口转换芯片挂载在安全计算机的I2C总线上，安全模块的I2C出口处设有I2C总线驱动器，该I2C总线驱动器对I2C总线透明；安全计算机的I2C总线用于连接安全模块、超低功耗单片机电路以及可销毁固态盘，安全模块为主设备，超低功耗单片机电路和可销毁固态盘为从设备，预先配置销毁策略通过安全模块实时发送至各从设备上，通过对不同设备配置不同的I2C物理地址，保证I2C信号的通讯畅通；通过I2C接口配置各超低功耗单片机电路的物理地址，为销毁策略提供通讯服务；
所述超低功耗单片机电路用于采用自带时钟配置系统时钟，实现正常和空闲两种工作模式的切换，当防拆卸装置触发中断时，由空闲状态转为工作状态，并在接收到IO引脚输入信号后选择是否销毁，如果销毁，将预先留存在安全模块的I2C信息调出，选择相应的销毁策略，从而对可销毁固态盘发出不同的销毁信号；销毁信号的输出方式有3种：数据销毁、算法销毁、数据与算法组合销毁，数据的切换时间通过串行数据接口进行设定和修改，将编制好的程序烧录到超低功耗单片机电路中，当触发销毁动作时超低功耗单片机电路输出销毁信号上升沿电平到可销毁固态盘，同时通过超低功耗单片机电路输出高电平报警信号至报警电路，高电平使报警电路中的三极管V7导通触发蜂鸣器产生报警；
所述供电电路用于为超低功耗单片机电路供电。
2.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述供电电路包括锂聚合电池、充放电电路以及两个低泄漏二极管，充放电电路U3是的锂离子聚合物电池用恒定电流或恒定电压线性充电器，利用两个低泄漏二极管BAS116的低功耗以及反向截止的特性，将两个低泄漏二极管的正极分别连接到锂聚合电池的正极VBAT和充放电电路的主机电源的输入端P5V，负极则输出给超低功耗单片机电路VCC，即在有主机电源P5V接入的情况下，主机电源P5V为超低功耗单片机电路供电；在无主机电源P5V接入的情况下，锂聚合电池VBAT为超低功耗单片机电路供电。
3.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述防拆卸装置具有3种触发模式：机箱拆盖、机箱按键、BIOS连续输错5次开机密码；前两种触发模式对应该防拆卸装置包括机箱拆盖触发装置、机箱按键触发装置；机箱拆盖触发装置由行程开关、线缆组成，行程开关放置于机箱上盖板正下方，开关信号为DEST_CASE，在安全固态盘背板上做下拉处理，防拆卸装置中的机箱拆盖触发装置的行程开关在机箱闭合，即上盖板关闭时，行程开关按下断开，电平信号拉低为低电平，销毁信号被拉低，当拆除机箱上盖板后，即上盖板打开时，行程开关的簧片自动向上弹出并使得触点发生变化，引起相应信号的电平上升，触发单片机电路产生中断响应，且机箱拆盖销毁模式可通过安全模块进行配置销毁功能的关闭和打开；超低功耗单片机电路通过检测行程开关信号的变化判断机箱盖板是否被非法拆开，从而销毁数据；机箱按键触发装置在结构上由销毁按键以及线缆组成，放置于机箱前面板处，销毁按键实现主动销毁，开关信号为DEST_BUTT，按键销毁信号从前面板引至超低功耗单片机电路，在默认情况按键销毁信号被拉低，当按下机箱按键后，触点发生变化，引起相应信号的电平上升，触发单片机电路产生中断响应；
非法用户输入BIOS密码错误且错误次数超过5次时，安全模块通过CPLD控制BIOS_INT电平转换，输出中断信号BIOS_INT至超低功耗单片机电路上，触发超低功耗单片机电路产生中断响应，在超低功耗单片机电路发出销毁指令时，输出信号BEEP_CTL至报警电路实现报警功能。
4.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超低功耗单片机电路具有防拆销毁触发输入接口，防拆销毁触发输入接口包括J6连接器输入接口，J6连接器输入接口的第1、2管脚连接至机箱按键触发装置的销毁按键处，默认情况下第1管脚与第2管脚处于常开状态，按下按键触发电平上升；第3、4管脚连接至行程开关处，默认情况下第3管脚与第4管脚处于常开状态，按下按键触发电平上升。
5.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述锂离子聚合物电池为3.7V聚合物锂电池。
6.如权利要求2所述的系统，其特征在于，所述充放电电路为LTC4054ES5-4.2充电电路。
7.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述报警电路的电源选用3.7V聚合物锂电池搭配LTC4054ES5-4.2充电电路使用。
8.如权利要求1所述的系统，其特征在于，所述超低功耗单片机电路选用PIC18LF4520TQFP封装芯片。
9.如权利要求1至8中任一项所述的系统，其特征在于，所述I2C总线为LTC4307 I2C总线。
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