CN112131617B - 激光控制单元、基于面激光器的加密卡保护系统和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了激光控制单元、基于面激光器的加密卡保护系统和方法，激光控制单元，在激光控制单元内面激光器发射和接收激光；激光驱动器用驱动面激光器工作；微处理器控制激光驱动器输出驱动信号，接收面激光器反馈的反射面位移和距离数据，并将反射面位移和距离数据处理后存储至存储模块。基于该激光控制单元，还提出了基于面激光器的加密卡保护系统和方法。采用面激光器获取金属壳内部加密卡整个反射面的数据，并与理器根据数据相似度控制心跳方波信号的输出，如相似度在容许范围内，加密芯片正常工作；如果相似度低于容许范围微处理器关断方波心跳信号，加密芯片立即启动自毁程序，将秘钥和重要数据销毁，保护信息安全。

Description

激光控制单元、基于面激光器的加密卡保护系统和方法

技术领域

本发明属于加密卡保护技术领域，特别涉及激光控制单元、基于面激光器的加密卡保护系统和方法。

背景技术

随着数字经济以及移动互联网的高速发展，人们越来越离不开网上购物、移动支付。为了保护人们的资产及信息安全，就需要在服务器后台对信息进行有效的加密。加密卡作为一种加密工具，由于其对数据加密与分析的强大能力，在服务器市场得到了广泛应用。加密卡通常由加密芯片来执行加解密算法，通过PCIE金手指可直接嵌入设备或应用程序服务器中，为各类安全平台提供高速密码运算服务，支持数字签名/验证、非对称/对称加解密、数据完整性校验、真随机数生成、密钥生成和管理等业务功能。加密卡可以保护人们的信息安全，但同时也要有一定的措施保障加密卡的安全，防止加密秘钥被非法窃取或者加密算法被篡改。因此加密卡会设置硬件保护，一旦检测到异常，直接启动销毁程序，将秘钥和重要数据销毁，防止信息被窃取或篡改。加密卡通常有金属盖保护，不留缝隙，常见的硬件保护措施为在金属盖与加密卡PCB之间设置检测开关，当金属盖盖好时，检测开关弹片被压下，而金属盖被拆开时，检测开关的弹片自动弹起，通过检测检测开关两端的电平状态即可知道金属盖是否被打开。

如图1给出了现有技术中加密卡检测连接示意图。在金属盖与加密卡PCB之间设置检测开关，检测开关的常开触点一端接GND，一端通过电阻接VCC电源并给到加密卡CPLD(可编辑逻辑芯片)。当金属盖盖好时，检测开关弹片被压下，此时常开触点导通，CPLD检测到为低电平；当金属盖被拆开时，检测开关的弹片自动弹起，即常开触点关断，此时CPLD检测到为高电平。当CPLD检测到为高电平时通知加密芯片启动自动销毁程序，销毁秘钥和重要数据。现有技术中检测开关主要为弹簧、弹片等机械结构组成，长期受力，容易老化，失去弹性或弹性变小，造成电平状态不明确，判断出错；金属盖与加密卡PCB之间不可能都设置检测开关，通常只有1-2个点设置检测开关，如果入侵者洞悉检测开关的位置，完全可以避开检测开关，从其它部位破坏金属盖进行数据监听。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提出了激光控制单元、基于面激光器的加密卡保护系统和方法，采用面激光器获取加密卡内部整个反射面的位移和距离数据，大大提高了系统安全性。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种激光控制单元，包括面激光器、激光驱动器、微处理器和存储模块；

所述面激光器分别与激光驱动器和微处理器相连；所述微处理器分别与激光驱动器和存储模块相连；

所述面激光器用于发射和接收激光；所述激光驱动器用于驱动面激光器工作；所述微处理器用于控制激光驱动器输出驱动信号，接收面激光器反馈的反射面位移和距离数据，并将所述反射面位移和距离数据处理后存储至存储模块。

进一步的，所述存储模块包括第一存储模块和第二存储模块；

所述第一存储模块用于存储第一数据；所述第一数据为反射面原始数据；

所述第二存储模块用于存储第二数据；所述第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据。

进一步的，所述微处理器还用于比对第一数据和第二数据；

如果第一数据和第二数据相似度超过预设阈值，则输出方波信号；

如果第一数据和第二数据相似度不超过预设阈值，则不输出方波信号。

进一步的，所述面激光器包括发射器和接收器；

所述发射器采用垂直腔表面发射激光器，所述接收器采用光电接收器。

一种基于面激光器的加密卡保护系统，包括加密芯片、一种激光控制单元、可编辑逻辑芯片和电源模块；

所述加密芯片用于执行加密算法并设置自毁程序；所述可编辑逻辑芯片用于控制加密卡的工作逻辑以及上下电；

所述激光控制单元中的微处理器控制面激光器发出激光覆盖加密卡整个反射面，并接收反射回的反射面位移和距离数据；所述反射面位移和距离数据经过微处理器处理后存储至第二存储模块。

进一步的，所述系统还包括电源模块；

所述电源模块用于为加密卡供电。

进一步的，所述加密卡的外部设置金属外壳；所述金属外壳用于将激光控制单元、加密芯片、电源模块和CPLD封装；且所述激光控制单元安装在金属外壳的顶部，使面激光器位于顶部中心。

进一步的，所述面激光器接收反射回的反射面位移和距离数据，并将所述反射面位移和距离数据经过AD转换为数字信号；按照预设协议传输给微处理器。

进一步的，所述微处理器接收所述数字信号之后，比对位于第一存储模块的第一数据和位于第二存储模块的第二数据；所述第一数据为加密卡内部原始数据；所述第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据；

如果第一数据和第二数据相似度超过预设阈值，则输出方波信号至加密芯片；

如果第一数据和第二数据相似度不超过预设阈值，则不输出方波信号至加密芯片；所述加密芯片启动自毁程序。

本发明还提出了一种基于面激光器的加密卡保护方法，是基于一种基于面激光器的加密卡保护系统实现的，其特征在于，包括以下步骤：

微处理器使能激光驱动器使面激光器发射激光，并覆盖加密卡加密卡整个反射面；

面激光器接收反射回的反射面位移和距离数据，并将反射面位移和距离数据经过AD转换为数字信号；按照预设协议传输给微处理器；

微处理器关闭使能信号，比对第一数据和第二数据；如果第一数据和第二数据相似度超过预设阈值，则输出方波信号至加密芯片；如果第一数据和第二数据相似度不超过预设阈值，则不输出方波信号至加密芯片；所述加密芯片启动自毁程序；其中第一数据为加密卡内部原始数据；所述第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据。

发明内容中提供的效果仅仅是实施例的效果，而不是发明所有的全部效果，上述技术方案中的一个技术方案具有如下优点或有益效果：

本发明提出了激光控制单元、基于面激光器的加密卡保护系统和方法，采用面激光器获取加密卡内部整个反射面的位移和距离数据，大大提高了系统安全性。其中激光控制单元，包括面激光器、激光驱动器、微处理器和存储模块；面激光器分别与激光驱动器和微处理器相连；微处理器分别与激光驱动器和存储模块相连；面激光器用于发射和接收激光；激光驱动器用于驱动面激光器工作；微处理器用于控制激光驱动器输出驱动信号，接收面激光器反馈的反射面位移和距离数据，并将反射面位移和距离数据处理后存储至存储模块。基于该激光控制单元，本发明提出了基于面激光器的加密卡保护系统和方法，该系统包括加密芯片、一种激光控制单元、可编辑逻辑芯片和电源模块；加密芯片用于执行加密算法并设置自毁程序；可编辑逻辑芯片用于控制加密卡的工作逻辑以及上下电；激光控制单元中的微处理器控制面激光器发出激光覆盖加密卡整个反射面，并接收反射回的反射面位移和距离数据；反射面位移和距离数据经过微处理器处理后存储至第二存储模块。微处理器接收所述数字信号之后，比对位于第一存储模块的第一数据和位于第二存储模块的第二数据；第一数据为加密卡内部原始数据第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据；如果第一数据和第二数据相似度超过预设阈值，则输出方波信号至加密芯片；如果第一数据和第二数据相似度不超过预设阈值，则不输出方波信号至加密芯片；加密芯片启动自毁程序。本发明采用面激光器代替了检测开关，避免机械式检测开关老化、失去弹性缺点；同时面激光器它可以获取一整个反射面的位移和距离数据，避免了检测开关容易避开的缺点，面激光器分辨率高、灵敏度高，大大提高了系统安全性。微处理器与加密芯片之间通信采用方波信号而非传统GPIO“非0即1”信号，避免GPIO信号丢失导致系统出错的风险，提高了系统可靠性。

附图说明

如图1为现有技术中加密卡检测连接示意图；

如图2为本发明实施例1激光控制单元结构示意图；

如图3为本发明实施例2基于面激光器的加密卡保护系统示意图；

如图4为本发明实施例3基于面激光器的加密卡保护方法流程图。

具体实施方式

为能清楚说明本方案的技术特点，下面通过具体实施方式，并结合其附图，对本发明进行详细阐述。下文的公开提供了许多不同的实施例或例子用来实现本发明的不同结构。为了简化本发明的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。此外，本发明可以在不同例子中重复参考数字和/或字母。这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施例和/或设置之间的关系。应当注意，在附图中所图示的部件不一定按比例绘制。本发明省略了对公知组件和处理技术及工艺的描述以避免不必要地限制本发明。

实施例1

本发明实施例1提出了一种激光控制单元，如图2为本发明实施例1激光控制单元结构示意图；激光控制单元包括面激光器、激光驱动器、微处理器和存储模块；面激光器分别与激光驱动器和微处理器相连；微处理器分别与激光驱动器和存储模块相连。

面激光器用于发射和接收激光；激光驱动器用于驱动面激光器工作；微处理器用于控制激光驱动器输出驱动信号，接收面激光器反馈的反射面位移和距离数据，并将所述反射面位移和距离数据处理后存储至存储模块。

存储模块包括第一存储模块和第二存储模块；第一存储模块用于存储第一数据；所述第一数据为反射面原始数据；第二存储模块用于存储第二数据；所述第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据。

微处理器还用于比对第一数据和第二数据；如果第一数据和第二数据相似度超过预设阈值，则输出方波信号；如果第一数据和第二数据相似度不超过预设阈值，则不输出方波信号。

面激光器包括发射器和接收器；发射器采用垂直腔表面发射激光器，接收器采用光电接收器。面激光器包含发射器和接收器，发射器发射一束激光，经过物体反射后反射回接收器，接收器处理后可以得出所有反射点的位移和距离数据，再经过微处理器处理后，即可得出反射面的3D形貌。它不同于点激光器只能得出激光照射点的距离数据，它可以经过扫描处理后得出整个反射面的位移和距离数据。

本发明实施例1中，MCU使用Microchip的高性能低功耗ARM Cortex-A5内核MCUSAMA5D28，第一存储模块和第二存储模块的内存均为512M。

实施例2

基于本发明实施例1提出的一种激光控制单元，本发明实施例2提出了基于面激光器的加密卡保护系统，如图3给出了本发明实施例2基于面激光器的加密卡保护系统示意图。

加密卡通过金手指插在服务器标准PCIE插槽上，该加密卡包括：加密芯片、一种激光控制单元、可编辑逻辑芯片和电源模块；加密芯片用于执行加密算法并设置自毁程序；可编辑逻辑芯片用于控制加密卡的工作逻辑以及上下电；激光控制单元中的微处理器控制面激光器发出激光覆盖加密卡整个反射面，并接收反射回的反射面位移和距离数据；反射面位移和距离数据经过微处理器处理后存储至第二存储模块。

该系统还包括电源模块；电源模块用于为加密卡内部各个模块供电，电源模块采用DC-DC供电模块。

加密卡的外部设置金属外壳；所金属外壳用于将激光控制单元、加密芯片、电源模块和CPLD封装；且激光控制单元安装在金属外壳的顶部，使面激光器位于顶部中心。面激光器向下可以照射覆盖到底下金属壳内部PCB上所有元件。

面激光器接收反射回的反射面位移和距离数据，并将反射面位移和距离数据经过AD转换为数字信号；按照预设协议传输给微处理器。微处理器接收数字信号之后，比对位于第一存储模块的第一数据和位于第二存储模块的第二数据；第一数据为加密卡内部原始数据；第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据；第一数据和第二数据相似度超过预设阈值，则输出方波信号至加密芯片；第一数据和第二数据相似度不超过预设阈值，则不输出方波信号至加密芯片；加密芯片启动自毁程序。本发明中数据相似度在容许范围内设为95％。本发明实施例2中保护的范围不局限于实施例2中列出的数值。

微处理器接收到的面激光器反射面数据经过处理后也会存到第二存储模块的第二存储区，该区域会被覆盖刷新。目的是为了数据备份，相当于记录log，看上次是否真正发生了非法侵入。

本发明实施例2中，采用面激光器代替了检测开关，避免机械式检测开关老化、失去弹性缺点；同时面激光器它可以获取一整个反射面的位移和距离数据，避免了检测开关容易避开的缺点，面激光器分辨率高、灵敏度高，大大提高了系统安全性。

实施例3

基于本发明实施例2提出的基于面激光器的加密卡保护系统，本发明实施例3还提出了基于面激光器的加密卡保护方法。如图4为本发明实施例3基于面激光器的加密卡保护方法流程图。

在执行该方法之前，将激光控制单元安装在金属壳的顶部，使得面激光器居于顶部中心，面激光器向下可以照射覆盖到底下金属壳内部PCB上所有元件。当加密卡第一次安装好金属壳，插入到服务器上之后，有权限人员通过外部程序控制面激光器扫描获得金属壳内部PCB上元件3D形貌数据，并将数据存到第一存储模块。

在步骤S401中，微处理器使能激光驱动器。

在步骤S402中，面激光器发射器发射激光光束，照射到PCB上所有元件后反射回面激光器接收器。

在步骤S403中，面激光器接收器接收信号，将信号经过AD转换，转换为数字信号数据，该数据内包含反射面各点的位移和距离信息，然后将数据通过专有协议传输给微处理器。

在步骤S404中，微处理器处理数据，关闭激光驱动器使能信号。

在步骤S405中，比对位于第一存储模块的第一数据和位于第二存储模块的第二数据；第一数据为加密卡内部原始数据；第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据。如果第一数据和第二数据的相似度大于预设阈值，本发明实施例3中阈值为95％。则执行步骤S406，否则执行步骤S408。

在步骤S406中，通过继续输出心跳方波信号给到加密芯片。

在步骤S407中，加密芯片接收到方波信号后会正常工作

在步骤S408中，如果金属壳被打开或者有异物进入到金属壳内部，即使异物很小或者打开缝隙很小，但是因为面激光器的分辨率很高，可达0.01mm，此时从面激光器获得的反射面位移和距离数据势必与原来数据有极大差距，经过微处理器比对的结果势必会低于容许范围，微处理器判断后会关闭心跳方波信号输出。

在步骤S409中，加密芯片一旦接收不到心跳方波信号，就会立即启动内部自毁程序，销毁秘钥和重要数据，保护信息安全。

本发明采用面激光器获取金属壳内部PCB上元件的3D形貌数据，并与标准数据进行综合比对，微处理器根据数据相似度控制心跳方波信号的输出，如相似度在容许范围内，则输出心跳方波信号给到加密芯片，加密芯片接收到方波信号后正常工作；如果相似度低于容许范围，证明有非法侵入，则微处理器关断心跳方波信号，加密芯片检测不到方波信号，就会立即启动自毁程序，将秘钥和重要数据销毁，保护信息安全。

本发明实施例3中，微处理器与加密芯片之间通信采用方波信号而非传统GPIO“非0即1”信号，避免GPIO信号丢失导致系统出错的风险，提高了系统可靠性。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制。对于所属领域的技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的修改或变形。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (5)

1.一种基于面激光器的加密卡保护系统，包括加密芯片，其特征在于，还包括激光控制单元、可编辑逻辑芯片和电源模块；

所述加密芯片用于执行加密算法并设置自毁程序；所述可编辑逻辑芯片用于控制加密卡的工作逻辑以及上下电；

所述激光控制单元包括面激光器、激光驱动器、微处理器和存储模块；所述面激光器分别与激光驱动器和微处理器相连；所述微处理器分别与激光驱动器和存储模块相连；所述面激光器用于发射和接收激光；所述激光驱动器用于驱动面激光器工作；所述微处理器用于控制激光驱动器输出驱动信号，接收面激光器反馈的反射面位移和距离数据，并将所述反射面位移和距离数据处理后存储至存储模块；存储模块包括第一存储模块和第二存储模块；所述第一存储模块用于存储第一数据；所述第一数据为反射面原始数据；所述第二存储模块用于存储第二数据；所述第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据；微处理器还用于比对第一数据和第二数据；如果第一数据和第二数据相似度超过预设阈值，则输出方波信号；如果第一数据和第二数据相似度不超过预设阈值，则不输出方波信号；

所述面激光器包括发射器和接收器；所述发射器采用垂直腔表面发射激光器，所述接收器采用光电接收器；

在该系统工作之前还包括：将激光控制单元安装在金属壳的顶部，使得面激光器居于顶部中心，面激光器向下照射覆盖到底下金属壳内部PCB上所有元件；当加密卡第一次安装好金属壳，插入到服务器上之后，有权限人员通过外部程序控制面激光器扫描获得金属壳内部PCB上元件3D形貌数据，并将数据存到第一存储模块；

所述激光控制单元中的微处理器控制面激光器发出激光覆盖加密卡整个反射面，并接收反射回的反射面位移和距离数据；所述反射面位移和距离数据经过微处理器处理后存储至第二存储模块。

2.根据权利要求1所述的一种基于面激光器的加密卡保护系统，其特征在于，所述电源模块用于为加密卡供电。

3.根据权利要求2所述的一种基于面激光器的加密卡保护系统，其特征在于，所述加密卡的外部设置金属外壳；所述金属外壳用于将激光控制单元、加密芯片、电源模块和CPLD封装。

4.根据权利要求1所述的一种基于面激光器的加密卡保护系统，其特征在于，所述面激光器接收反射回的反射面位移和距离数据，并将所述反射面位移和距离数据经过AD转换为数字信号；按照预设协议传输给微处理器。

5.一种基于面激光器的加密卡保护方法，是基于权利要求1至4任意一项所述一种基于面激光器的加密卡保护系统实现的，其特征在于，包括以下步骤：

微处理器使能激光驱动器使面激光器发射激光，并覆盖加密卡整个反射面；

面激光器接收反射回的反射面位移和距离数据，并将反射面位移和距离数据经过AD转换为数字信号；按照预设协议传输给微处理器；

微处理器关闭使能信号，比对第一数据和第二数据；如果第一数据和第二数据相似度超过预设阈值，则输出方波信号至加密芯片；如果第一数据和第二数据相似度不超过预设阈值，则不输出方波信号至加密芯片；所述加密芯片启动自毁程序；其中第一数据为反射面原始数据；所述第二数据为微处理器处理后反射面位移和距离数据 。

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