CN112069041B - 一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明提出的一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法及系统，包括：在发送端计算机读取待传输数据，启动信号编码输出机制将待传输数据逐字节进行位序列化，并逐位转换为发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，同步通过控制发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，完成待传输数据的编码传输；在接收端利用视频摄像头持续捕捉发送端计算机的硬盘指示灯状态，通过信号解码机制分析预设区域图像的明暗变化来判断硬盘指示灯状态，解析出被编码的待传输数据。本发明能够通过控制计算机硬盘指示灯的状态来编码数据，在外部利用视频摄像头检获视频图像、分析视频图像中特定位置的明暗变化来解码数据，从而实现物理隔离数据传输的教学演示。

Description

一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法及系统

技术领域

本发明涉及信息安全教育领域，更具体的说是涉及一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法及系统。

背景技术

信息系统一项重要的安全技术防护措施是“物理隔离”，即，将需要受保护的信息系统在物理电路上与其他信息系统进行隔断，避免外部信息系统直接访问受保护信息系统。信息系统采取了“物理隔离”措施，并不是绝对安全、完全不可突破的，有些工作人员对此认识不足、产生麻痹思想，因而在信息安全教育领域，突破物理隔离、向外传递窃取信息的技术演示是一项重要的课程内容。目前突破物理隔离的信息安全教学装置主要有声音传输数据、通过电磁辐射泄露截获图像等。

通过声音传输数据的信息安全教学装置硬件成本较低，比较易于实现，但受周围环境噪音影响较大，而信息安全教学时往往有较多学员参加，周围往往还有其它设备会产生各种频率的声音，因此通过声音传输数据时存在较高误码率，有时甚至完全不能解码出所要传输的数据内容。

电磁辐射泄露截获图像的教学装置硬件设备体积较大、成本非常高昂，而且电磁信号辐射所能被接收的距离相对较近，定向接收天线角度需要调校。

发明内容

针对以上问题，本发明的目的在于提供一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法及系统，能够通过控制计算机硬盘指示灯的状态来编码数据，在外部利用视频摄像头检获视频图像、分析视频图像中特定位置的明暗变化来解码数据，从而实现物理隔离数据传输的教学演示。

本发明为实现上述目的，通过以下技术方案实现：一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法，包括：

在发送端计算机读取待传输数据，启动信号编码输出机制将待传输数据逐字节进行位序列化，并逐位转换为发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，同步通过控制发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，完成待传输数据的编码传输；

在接收端利用视频摄像头持续捕捉发送端计算机的硬盘指示灯状态，通过信号解码机制分析预设区域图像的明暗变化来判断硬盘指示灯状态，解析出被编码的待传输数据。

进一步，所述信号编码输出机制包括如下步骤：

步骤1：读取待传输数据：

步骤2：获取硬盘最后一个数据块地址Addr；

步骤3：从待传输数据提取一个字节；

步骤4：将当前字节中的每一位转换为预设的硬盘读取动作并通过硬盘指示灯的光信号进行传输，直至所有待数据传输完毕。

进一步，所述步骤4包括：

步骤41：提取字节位数据；

步骤42：判断当前位为是否为1，若是，从硬盘Addr-2048块地址处开始读取50M数据，读取完成后等待70毫秒；若否，从硬盘Addr-2048块地址处开始读取15M数据，读取完成后等待70毫秒；

步骤43：判断当前字节是否传输完；若是，转到步骤44，若否转到步骤41；

步骤44：等待100毫秒；

步骤45：判断所有数据是否传输完毕；若是，待传输数据的信号编码输出结束；若否，转到步骤3。

进一步，所述信号解码机制包括如下步骤：

S1：开启视频摄像头和接收端计算机，启动数据接收；

S2：接收端计算机捕获视频摄像头视频数据流；

S3：计算视频图像预设区域的亮度值X；

S4：判断预设区域的曝光阈值Y是否初始化，若是，转动步骤S5；若否，初始化曝光阈值Y；

S5：通过比较X与Y的值判定发送端计算机的硬盘灯是否点亮，并根据所述硬盘灯的点亮时间解析出对应的数据位，直至解析出待传输数据。

进一步，所述初始化曝光阈值Y包括：

连续采集50次预设区域的图像曝光值，并计算所述图像曝光值的平均值作为曝光阈值Y。

进一步，所述步骤S5包括：

S501：判断X是否大于Y；若是，转到步骤S502；

S502：判定当前发送端计算机的硬盘灯为点亮状态，并计算点亮时间B；

S503：判断B是否大于100毫秒；若是，当前硬盘灯的光信号对应的解析数据位为1，若否，当前硬盘灯的光信号对应的解析数据位为0；

S502：记录位数据并转到S2。

进一步，所述步骤S5还包括：

S501：判断X是否大于Y；若否，转到步骤S512；

S512：判定当前发送端计算机的硬盘灯为熄灭状态，并计算熄灭时间A；

S513：判断A是否大于150毫秒；若是，将位数据组合成字节数据并转到转到S514；若否，转到S2；

S514：判断是否结束数据接收，若是，直接停止数据接收，若否，转到S2。

进一步，所述预设区域为发送端计算机硬盘灯的发光区域。

相应的，本发明还公开了一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学系统，包括：发送端计算机和接收端计算机，所述接收端计算机上连接有视频摄像头；

所述发送端计算机内设有信号编码输出单元，信号编码输出单元用于读取待传输数据，启动信号编码输出机制将待传输数据逐字节进行位序列化，并逐位转换为发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，同步通过控制发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，完成待传输数据的编码传输；

所述接收端计算机内设有信号解码单元，信号解码单元利用视频摄像头持续捕捉发送端计算机的硬盘指示灯状态，通过信号解码机制分析预设区域图像的明暗变化来判断硬盘指示灯状态，解析出被编码的待传输数据。

进一步，所述信号编码输出单元包括：

数据读取模块，用于读取待传输数据、并在待传输数据中提取字节数据和位数据；

硬盘读取模块，用于获取硬盘地址，并从硬盘的预设地址处开启读取数据；

第一计时模块，用于记录等待时长。

进一步，所述信号解码单元包括：

捕捉模块，用于捕获视频摄像头视频数据流；

计算模块，用于计算视频图像预设区域的亮度值X和曝光阈值Y，并比较亮度值X和曝光阈值Y；

第二计时模块，用于记录硬盘灯的点亮时长和熄灭时长；

记录模块，用于记录硬盘灯的光信号对应的解析数据位。

对比现有技术，本发明有益效果在于：本发明提供了一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法及系统，利用计算机硬盘指示灯原本用作硬盘工作状态的指示功能，当读/写硬盘时，指示灯点亮，当硬盘空闲时，指示灯熄灭。

本发明在发送端通过控制硬盘读取的数据大小，实现对硬盘指示灯点亮时长的控制，进而对待传输数据进行信号编码并通过光信号输出。在接收端，通过视频图像来捕捉发送端硬盘指示灯的规律性闪烁状态，从而实现对编码信号的侦测、识别、解码，还原出被传输的数据内容。

本发明的系统组成简单，只需配备常规视频摄像头和普通台式计算机即可实现，成本相对低廉。教学过程中，学员能直观观察到计算机硬盘指示灯的闪烁、数据编码波形图，技术演示效果好、说理直观易懂。

由此可见，本发明与现有技术相比，具有突出的实质性特点和显著的进步，其实施的有益效果也是显而易见的。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

附图1是本发明的方法流程图；

附图2是本发明的信号编码输出机制的方法流程图；

附图3是本发明的信号解码机制的方法流程图；

附图4是本发明的系统结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式做出说明。

实施例一：

如图1所示的一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法，包括如下步骤：

S101：在发送端计算机读取待传输数据，启动信号编码输出机制将待传输数据逐字节进行位序列化，并逐位转换为发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，同步通过控制发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，完成待传输数据的编码传输。

在本步骤中，通过读写不同大小(长度)的数据，来达到控制计算机硬盘指示灯点亮的时长、对待传输数据进行信号编码。

为了更好的理解，可将硬盘指示灯点亮的时长等同于正脉冲宽度，本步骤的目的是通过“正脉冲”宽度的不同来实现“0”、“1”信号编码。同理，将硬盘指示灯熄灭的时长等同于负脉冲宽度，通过“负脉冲”宽度的不同来区分位间间隔、字节间间隔，从而实现数据的异步传输。

S102：在接收端利用视频摄像头持续捕捉发送端计算机的硬盘指示灯状态，通过信号解码机制分析预设区域图像的明暗变化来判断硬盘指示灯状态，解析出被编码的待传输数据。

在本步骤中，接收侧通过视频图像来捕捉发送端硬盘指示灯的规律性闪烁状态，从而实现对编码信号的侦测、识别、解码，还原出被传输的数据内容。

实施例二：

在实施例一的基础上，本实施例提出了一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法。包括：在发送端计算机内，通过信号编码输出机制实现待传输数据的数据编码和光信号传输；在接收端计算机，通过信号解码机制实现光信号的接收和数据解码，最终实现待传输数据的还原。

具体来说：

如图2所示，信号编码输出机制包括如下步骤：

步骤1：读取待传输数据。

步骤2：获取硬盘最后一个数据块地址Addr。

获取硬盘最后一个数据块的地址，其目的在于访问硬盘最外侧的磁道。读写硬盘内侧磁道和外侧磁道的响应时间存在差异，外侧磁道的读写响应时间要稍长。通过固定读写硬盘指定区域，能更为精准地控制硬盘指示灯点亮持续时间。

步骤3：从待传输数据提取一个字节。

步骤5：提取字节位数据。

步骤6：判断当前位为是否为1，若是，从硬盘Addr-2048块地址处开始读取50M数据，读取完成后等待70毫秒；若否，从硬盘Addr-2048块地址处开始读取15M数据，读取完成后等待70毫秒。

以上步骤的目的在于将待传输数据逐字节进行位序列化，逐位编码传输。如果当前被传输的位为“1”，则从硬盘读取(或向硬盘写入)一段相对较大的数据；如果当前被传输的位为“0”，则从硬盘读取(或向硬盘写入)一段相对较小的数据，从而实现对硬盘指示灯点亮时长的控制。

每传输完一个数据位，则停止访问硬盘一小段时间(70毫秒)。视频摄像头输出的视频图像为25帧每秒或30帧每秒，也即每帧图像持续时长为40毫秒或33.3毫秒。将位间间隔设置为70毫秒，保证至少有1帧视频图像中能捕捉到硬盘指示灯为熄灭的状态。

步骤7：判断当前字节是否传输完；若是，转到步骤8，若否转到步骤5；

步骤8：等待100毫秒；

每传输完一个字节(8位)，则停止访问硬盘一个稍长的时间(170毫秒)，(同上)从而保证至少有连续4帧视频图像中能捕捉到硬盘指示灯为熄灭的状态，以供接收端识别出字节间间隔。

步骤9：判断所有数据是否传输完毕；若是，待传输数据的信号编码输出结束；若否，转到步骤3。

另外，前述的“15MB”、“50MB”、“70毫秒”、“100毫秒”等为经验值，可依实际计算机硬件配置、型号的差异而做相应调整。

如图3所示，信号解码机制包括如下步骤：

S1：开启视频摄像头和接收端计算机，启动数据接收。

S2：接收端计算机捕获视频摄像头视频数据流。

上述步骤通过接收端程序调用视频摄像头、持续获取视频流数据。

S3：计算视频图像预设区域的亮度值X。

每接收到一帧视频图像，即进行预设区域的亮度值计算。预设区域为发送端计算机硬盘灯的发光区域。

S4：判断预设区域的曝光阈值Y是否初始化，若是，转动步骤S5；若否，初始化曝光阈值Y。

如果接收端程序启动后，曝光阀值尚未初始化，则持续接收50帧视频图像、计算指定区域的曝光平均值作为后续判断的阀值条件。如果曝光阀值自接收端程序启动以来被成功初始化，则后续侦测到的硬盘指示灯的状态变化均视为编码信号。

S5：判断X是否大于Y；若是，转到步骤S6；若否，转到步骤S9。

本步骤的目的是通过比较当前视频帧预设区域曝光亮度值与曝光阀值的大小，来确定发送端的硬盘指示灯是点亮状态还是熄灭状态。若视频图像预设区域曝光亮度值判断硬盘指示灯当前为点亮或熄灭状态，则需继续接收、解码视频图像，以获得硬盘指示灯点亮或熄灭的持续时长。

S6：判定当前发送端计算机的硬盘灯为点亮状态，并计算点亮时间B。

S7：判断B是否大于100毫秒；若是，当前硬盘灯的光信号对应的解析数据位为1，若否，当前硬盘灯的光信号对应的解析数据位为0。

在步骤S6-S7中，若硬盘指示灯为点亮状态、且持续时长超过100毫秒，则判断当前传输的位为“1”，否则为“0”。

S8：记录位数据并转到S2。

S9：判定当前发送端计算机的硬盘灯为熄灭状态，并计算熄灭时间A。

S10：判断A是否大于150毫秒；若是，将位数据组合成字节数据并转到转到S11；若否，转到S2。

若硬盘指示灯为熄灭状态、且持续时长超过150毫秒，则判断当前已接收完一个字节，否则只是接收了某个字节的其中一个数据位，继续跳转回步骤S2进行信号接收。

S11：判断是否结束数据接收，若是，直接停止数据接收，若否，转到S2。

另外，前述的“50次(50帧)”、“100毫秒”、“150毫秒”等为经验值，可依实际计算机硬件配置、型号的差异而做相应调整。

实施例三：

相应的，如图4所示，本发明还公开了一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学系统，包括发送端计算机和接收端计算机，所述接收端计算机上连接有视频摄像头。

在信号发送端：

发送端计算机内内设有信号编码输出单元，信号编码输出单元用于读取待传输数据，启动信号编码输出机制将待传输数据逐字节进行位序列化，并逐位转换为发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，同步通过控制发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，完成待传输数据的编码传输。

信号编码输出单元包括：

数据读取模块，用于读取待传输数据、并在待传输数据中提取字节数据和位数据。

硬盘读取模块，用于获取硬盘地址，并从硬盘的预设地址处开启读取数据。

第一计时模块，用于记录等待时长。

在信号接收端：

接收端计算机内设有信号解码单元，信号解码单元利用视频摄像头持续捕捉发送端计算机的硬盘指示灯状态，通过信号解码机制分析预设区域图像的明暗变化来判断硬盘指示灯状态，解析出被编码的待传输数据。

信号解码单元包括：

捕捉模块，用于捕获视频摄像头视频数据流。

计算模块，用于计算视频图像预设区域的亮度值X和曝光阈值Y，并比较亮度值X和曝光阈值Y。

第二计时模块，用于记录硬盘灯的点亮时长和熄灭时长。

记录模块，用于记录硬盘灯的光信号对应的解析数据位。

本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明实施例中的技术可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现。基于这样的理解，本发明实施例中的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中如U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质，包括若干指令用以使得一台计算机终端(可以是个人计算机，服务器，或者第二终端、网络终端等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。本说明书中各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。尤其，对于终端实施例而言，由于其基本相似于方法实施例，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例中的说明即可。

在本发明所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、系统和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的系统实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，系统或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能模块可以集成在一个处理单元中，也可以是各个模块单独物理存在，也可以两个或两个以上模块集成在一个单元中。

同理，在本发明各个实施例中的各处理单元可以集成在一个功能模块中，也可以是各个处理单元物理存在，也可以两个或两个以上处理单元集成在一个功能模块中。

结合附图和具体实施例，对本发明作进一步说明。应理解，这些实施例仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。此外应理解，在阅读了本发明讲授的内容之后，本领域技术人员可以对本发明作各种改动或修改，这些等价形式同样落于本申请所限定的范围。

Claims (7)

1.一种基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法，其特征在于，包括：

在发送端计算机读取待传输数据，启动信号编码输出机制将待传输数据逐字节进行位序列化，并逐位转换为发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，同步通过控制发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，完成待传输数据的编码传输；

在接收端利用视频摄像头持续捕捉发送端计算机的硬盘指示灯状态，通过信号解码机制分析预设区域图像的明暗变化来判断硬盘指示灯状态，解析出被编码的待传输数据；

信号编码输出机制包括如下步骤：

步骤1：读取待传输数据：

步骤2：获取硬盘最后一个数据块地址Addr；

步骤3：从待传输数据提取一个字节；

步骤4：将当前字节中的每一位转换为预设的硬盘读取动作并通过硬盘指示灯的光信号进行传输，直至所有待数据传输完毕；

步骤4包括：

步骤41：提取字节位数据；

步骤42：判断当前位为是否为1，若是，从硬盘Addr-2048块地址处开始读取50M数据，读取完成后等待70毫秒；若否，从硬盘Addr-2048块地址处开始读取15M数据，读取完成后等待70毫秒；

步骤43：判断当前字节是否传输完；若是，转到步骤44，若否转到步骤41；

步骤44：等待100毫秒；

步骤45：判断所有数据是否传输完毕；若是，待传输数据的信号编码输出结束；若否，转到步骤3。

2.根据权利要求1所述的基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法，其特征在于，信号解码机制包括如下步骤：

S1：开启视频摄像头和接收端计算机，启动数据接收；

S2：接收端计算机捕获视频摄像头视频数据流；

S3：计算视频图像预设区域的亮度值X；

S4：判断预设区域的曝光阈值Y是否初始化，若是，转动步骤S5；若否，初始化曝光阈值Y；

S5：通过比较X与Y的值判定发送端计算机的硬盘灯是否点亮，并根据硬盘灯的点亮时间解析出对应的数据位，直至解析出待传输数据。

3.根据权利要求2所述的基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法，其特征在于，初始化曝光阈值Y包括：

连续采集50次预设区域的图像曝光值，并计算图像曝光值的平均值作为曝光阈值Y。

4.根据权利要求2所述的基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法，其特征在于，步骤S5包括：

S501：判断X是否大于Y；若是，转到步骤S502；

S502：判定当前发送端计算机的硬盘灯为点亮状态，并计算点亮时间B；

S503：判断B是否大于100毫秒；若是，当前硬盘灯的光信号对应的解析数据位为1，若否，当前硬盘灯的光信号对应的解析数据位为0；

S502：记录位数据并转到步骤S2。

5.根据权利要求2所述的基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法，其特征在于，步骤S5还包括：

S501：判断X是否大于Y；若否，转到步骤S512；

S512：判定当前发送端计算机的硬盘灯为熄灭状态，并计算熄灭时间A；

S513：判断A是否大于150毫秒；若是，将位数据组合成字节数据并转到步骤S514；若否，转到步骤S2；

S514：判断是否结束数据接收，若是，直接停止数据接收，若否，转到步骤S2。

6.根据权利要求1所述的基于硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法，其特征在于，预设区域为发送端计算机硬盘灯的发光区域。

7.一种基于权利要求1-6任意一项所述的硬盘指示灯的物理隔离数据传输教学方法的系统，其特征在于：包括发送端计算机和接收端计算机，接收端计算机上连接有视频摄像头；

发送端计算机内设有信号编码输出单元，信号编码输出单元用于读取待传输数据，启动信号编码输出机制将待传输数据逐字节进行位序列化，并逐位转换为发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，同步通过控制发送端计算机硬盘指示灯点亮的时长，完成待传输数据的编码传输；

接收端计算机内设有信号解码单元，信号解码单元利用视频摄像头持续捕捉发送端计算机的硬盘指示灯状态，通过信号解码机制分析预设区域图像的明暗变化来判断硬盘指示灯状态，解析出被编码的待传输数据；

信号编码输出单元包括：

数据读取模块，用于读取待传输数据,并在待传输数据中提取字节数据和位数据；

硬盘读取模块，用于获取硬盘地址，并从硬盘的预设地址处开启读取数据；

第一计时模块，用于记录等待时长；

信号解码单元包括：

捕捉模块，用于捕获视频摄像头视频数据流；

计算模块，用于计算视频图像预设区域的亮度值X和曝光阈值Y，并比较亮度值X和曝光阈值Y；

第二计时模块，用于记录硬盘灯的点亮时长和熄灭时长；

记录模块，用于记录硬盘灯的光信号对应的解析数据位。