CN114050902A - 提高密码卡适用性的密钥保护系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提高密码卡适用性的密钥保护系统及方法，密钥保护系统包括防拆毁模块和超声波控制模块，防拆毁模块包括保护壳和防拆毁电路；保护壳用于包裹在密码芯片的外侧；防拆毁电路包括第一行程开关、第二行程开关和电池；第一行程开关和第二行程开关的共用端子分别用于连接到密码芯片上对应的自毁输入管脚，二者的常闭端子均与电池供电端相连，二者的常开端子均与板级地相连；超声波控制模块设于保护壳外侧，当超声波控制模块监测到超声波控制模块与预设安装件之间的距离超出保护阈值或发生变化时，则发送自毁输入信号至密码芯片使得密码芯片销毁密钥。本发明具有自适应不同设备的特点，提高了密码芯片的适应性。

Description

提高密码卡适用性的密钥保护系统及方法
技术领域
本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种提高密码卡适用性的密钥保护系统及方法。
背景技术
公钥和私钥是通过一种密码算法得到的一个密钥对(即一个公钥和一个私钥)，公钥通常用于加密会话密钥、验证数字签名等。通过密码算法得到的密钥对能保证在世界范围内是唯一的。使用这个密钥对的时候，如果用其中一个密钥加密一段数据，必须用另一个密钥解密。公钥是密钥对中的公开部分，私钥则是非公开的部分，需要严格保密，防止外泄。
密码卡是有物理接口与外部设备互联，具有密码运算、密钥管理、物理随机数产生和设备自身安全保护措施功能的密码设备，可以应用在需要密码运算和密钥管理等安全功能的通信设备、安全设备、计算机设备上。
保护密码卡的密钥对即保护密码卡中的私钥不被盗窃，密码卡中存储的密钥对一旦泄露，会造成用户的数据泄露或被篡改，给用户带来重大损失。
目前密码卡的密钥保护系统一般基于行程开关或按键的开合来通知密码卡销毁密钥对，防止密钥对泄露,这样的方法在安全性上没有问题，但不同的设备物理形态不同，同时没有统一的防拆毁保护机制，这就限制了密码卡的应用场景。传统的密码卡密钥保护机制对设备的物理形态有特殊需求，比如设备必须具备行程开关或按键能够在拆机或开盖时通过信号线通知密码卡，只能应用在定制设备中。
发明内容
针对上述问题，本发明提出一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，不仅安全性高，且通用性好。
为了实现上述技术目的，达到上述技术效果，本发明通过以下技术方案实现：
第一方面，本发明提供了一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，包括：
防拆毁模块，包括保护壳和防拆毁电路；所述保护壳用于包裹在密码芯片的外侧；所述防拆毁电路包括第一行程开关、第二行程开关和电池；所述第一行程开关和第二行程开关的共用端子分别用于连接到密码芯片上对应的自毁输入管脚，二者的常闭端子均与电池供电端相连，二者的常开端子均与板级地相连；
超声波控制模块，设于所述保护壳外侧，且用于与密码芯片的自毁输入管脚相连，当超声波控制模块监测到超声波控制模块与预设安装件之间的距离超出保护阈值或发生变化时，则发送自毁输入信号至密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。
可选地，当保护壳使得第一行程开关和第二行程开关的弹片被压下，共用端子与常闭端子短路，密码芯片的自毁输入管脚监测到高电平，进入密钥保护状态；当保护壳被拆毁时，所述第一行程开关和第二行程开关的弹片被释放，共用端子与常开端子短路短路，自毁输入管脚监测到低电平，销毁密钥。
可选地，所述超声波控制模块包括6个超声波测距传感器，各超声波测距传感器分别对准密码芯片的上下左右前后六个方向，当任意方向的保护壳被拆毁，超声波控制模块会检测到超声波控制模块与预设安装件的距离发生变化，并发送自毁输入信号至密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。
可选地，所述提高密码卡适用性的密钥保护系统还包括用于设置在密码芯片内部的SRAM存储器，所述电池为可充电电池；所述SRAM存储器由可充电电池供电，且存储有经预设密码算法加密后密钥对。
可选地，所述预设密码算法为SM1密码算法。
可选地，所述保护壳由金属材料制成。
第二方面，本发明提供了一种提高密码卡适用性的密钥保护装置的方法，包括：
利用防拆毁模块监测包裹在密码芯片外侧的保护壳是否被拆毁，并利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥；
利用超声波控制模块，监测包裹在密码芯片外侧的保护壳是否被拆毁，并利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥。
可选地，所述防拆毁模块包括保护壳和防拆毁电路；所述保护壳用于包裹在密码芯片的外侧；所述防拆毁电路包括第一行程开关、第二行程开关和电池；所述第一行程开关和第二行程开关的共用端子分别用于连接到密码芯片上对应的自毁输入管脚，二者的常闭端子均与电池供电端相连，二者的常开端子均与板级地相连。
可选地，所述利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥，具体为：当保护壳使得第一行程开关和第二行程开关的弹片被压下，共用端子与常闭端子短路，密码芯片的自毁输入管脚监测到高电平，进入密钥保护状态；当保护壳被拆毁时，所述第一行程开关和第二行程开关的弹片被释放，共用端子与常开端子短路短路，自毁输入管脚监测到低电平，销毁密钥
可选地，所述超声波控制模块包括6个超声波测距传感器，各超声波测距传感器均设于保护壳的外侧，分别对准密码芯片的上下左右前后六个方向；
所述利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥，具体为：当监测到超声波控制模块与预设安装件之间的距离超出保护阈值或发生变化时，则发送自毁输入信号至密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。
与现有技术相比，本发明的有益效果：
本发明在硬件上具有自适应不同应用设备或场景的特点，提高了密码保护系统的适应性；在软件方面，将密钥通过SM1加密后存储在密码芯片的NVRAM中。同时可以软件设置超声波保护系统的距离阈值，密钥保护更加灵活可靠。
附图说明
为了使本发明的内容更容易被清楚地理解，下面根据具体实施例并结合附图，对本发明作进一步详细的说明，其中：
图1为本发明一种实施例的第一行程开关、第二行程开关和电池的电路结构图；
图2为本发明一种实施例的超声波控制模块与密码芯片的电路结构图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明的保护范围。
下面结合附图对本发明的应用原理作详细的描述。
实施例1
本发明实施例中从三个层级保护密码芯片中的密钥对：层级一(密钥存储层级)：密钥对存储于密码芯片中，密码芯片提供4KB大小的电池管脚供电SRAM存储器(NVRAM)，支持掉电数据保持，电池保电模式功耗最小1uA，支持4路自毁输入及数据自毁机制。密钥保护系统将密钥对通过SM1密码算法加密后存储于密码芯片的NVRAM中，通过可充电电池电池给NVRAM供电。层级二(密码卡层级)：通过应用保护壳、密码芯片的两路自毁输入及行程开关组成保护电路，能在断电情况下被暴力拆毁时销毁密钥，防止密钥泄露。层级三(设备层级)：根据设定的距离保护阈值，实时测量保护壳(报过在密码芯片外侧)到预设安装件(如安装主机)的距离，一旦超出阈值，即可判定保护壳被拆毁，立即销毁密钥，防止密钥泄露。在软件方面，密钥对经过SM1密码算法加密后存储于NVRAM中，加密密钥可由客户自己设置，进一步增强了密钥的安全性；超声波测距阈值在密码芯片生产时根据不同应用需求设定不同值，也可由客户通过固定的密码芯片驱动来设定，设定完成后即启动保护作用，只能在销毁密钥后才能修改阈值。
本发明实施例中提供了一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，如图1所示，包括：
密码芯片，设有若干个自毁输入管脚，用于接入自毁输入信号；所述密码芯片内部设有SRAM存储器，所述SRAM存储器由可充电电池供电，且存储有经预设密码算法加密后密钥对；所述预设密码算法为SM1密码算法；在实际使用过程中，所述密码芯片电连接在电路板上，形成密码卡；
防拆毁模块，包括保护壳和防拆毁电路；所述保护壳包裹在所述密码芯片的外侧；所述防拆毁电路包括第一行程开关(行程开关1)、第二行程开关(行程开关2)和电池；所述第一行程开关和第二行程开关的共用端子分别连接到密码芯片上对应的自毁输入管脚，二者的常闭端子均与电池供电端相连，二者的常开端子均与板级地相连。在具体实施过程中，所述保护壳由金属材料制成。
当保护壳使得第一行程开关和第二行程开关的弹片被压下，共用端子与常闭端子短路，密码芯片的自毁输入管脚监测到高电平，进入密钥保护状态；当保护壳被拆毁时，所述第一行程开关和第二行程开关的弹片被释放，共用端子与常开端子短路短路，自毁输入管脚监测到低电平，销毁密钥。
如图2所示，所述提高密码卡适用性的密钥保护系统还包括超声波控制模块，所述超声波控制模块设于所述保护壳的外侧，且与密码芯片的自毁输入管脚相连，当超声波控制模块监测到保护壳与预设安装件(如安装主机等应用场合)之间的距离超出保护阈值或发生变化时，则发送自毁输入信号密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。在具体实施过程中，所述超声波控制模块包括6个超声波测距传感器，各超声波测距传感器分别对准密码芯片的上下左右前后六个方向，并设计了完整的超声波测距电路，当任意方向的保护壳被拆毁，超声波控制模块会检测到保护壳与预设安装件之间的距离发生变化，并发送自毁输入信号密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。本发明实施例中的保护阈值设置在SRAM存储器内，可以通过软件设置，同时也可自由选择启动任意方向，以适应不同尺寸的保护壳，以及不同的应用场合。设置好后，在毁钥之前不能再次修改，密钥销毁后，可再次设置。
依据此实施方案制作的秘钥保护系统已经在测试中得到了验证，与传统密钥保护系统相比，本发明可以适用于绝大多数保护壳(即设备机壳)，在保证安全性的同时，降低了设备成本。
实施例2
本发明实施例中提供了一种提高密码卡适用性的密钥保护装置的方法，包括：
利用防拆毁模块监测包裹在密码芯片外侧的保护壳是否被拆毁，并利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥；
利用超声波控制模块，监测包裹在密码芯片外侧的保护壳是否被拆毁，并利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述防拆毁模块包括保护壳和防拆毁电路；所述保护壳用于包裹在密码芯片的外侧；所述防拆毁电路包括第一行程开关、第二行程开关和电池；所述第一行程开关和第二行程开关的共用端子分别用于连接到密码芯片上对应的自毁输入管脚，二者的常闭端子均与电池供电端相连，二者的常开端子均与板级地相连；
所述密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥，具体为：当保护壳使得第一行程开关和第二行程开关的弹片被压下，共用端子与常闭端子短路，密码芯片的自毁输入管脚监测到高电平，进入密钥保护状态；当保护壳被拆毁时，所述第一行程开关和第二行程开关的弹片被释放，共用端子与常开端子短路短路，自毁输入管脚监测到低电平，销毁密钥。
在本发明实施例的一种具体实施方式中，所述超声波控制模块包括6个超声波测距传感器，各超声波测距传感器均设于保护壳的外侧，分别对准密码芯片的上下左右前后六个方向；
所述利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥，具体为：当监测到超声波控制模块与预设安装件之间的距离超出保护阈值或发生变化时，则发送自毁输入信号至密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。
综上可见，本发明在硬件上具有自适应不同应用设备或场景的特点，提高了密码保护系统的适应性；在软件方面，将密钥通过SM1加密后存储在密码芯片的NVRAM中。同时可以软件设置超声波保护系统的距离阈值，密钥保护更加灵活可靠。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (10)

1.一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，其特征在于，包括：
防拆毁模块，包括保护壳和防拆毁电路；所述保护壳用于包裹在密码芯片的外侧；所述防拆毁电路包括第一行程开关、第二行程开关和电池；所述第一行程开关和第二行程开关的共用端子分别用于连接到密码芯片上对应的自毁输入管脚，二者的常闭端子均与电池供电端相连，二者的常开端子均与板级地相连；
超声波控制模块，设于所述保护壳外侧，且用于与密码芯片的自毁输入管脚相连，当超声波控制模块监测到超声波控制模块与预设安装件之间的距离超出保护阈值或发生变化时，则发送自毁输入信号至密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。
2.根据权利要求1所述的一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，其特征在于：当保护壳使得第一行程开关和第二行程开关的弹片被压下，共用端子与常闭端子短路，密码芯片的自毁输入管脚监测到高电平，进入密钥保护状态；当保护壳被拆毁时，所述第一行程开关和第二行程开关的弹片被释放，共用端子与常开端子短路短路，自毁输入管脚监测到低电平，销毁密钥。
3.根据权利要求1所述的一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，其特征在于：所述超声波控制模块包括6个超声波测距传感器，各超声波测距传感器分别对准密码芯片的上下左右前后六个方向，当任意方向的保护壳被拆毁，超声波控制模块会检测到超声波控制模块与预设安装件的距离发生变化，并发送自毁输入信号至密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。
4.根据权利要求1所述的一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，其特征在于：所述提高密码卡适用性的密钥保护系统还包括用于设置在密码芯片内部的SRAM存储器，所述电池为可充电电池；所述SRAM存储器由可充电电池供电，且存储有经预设密码算法加密后密钥对。
5.根据权利要求4所述的一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，其特征在于：所述预设密码算法为SM1密码算法。
6.根据权利要求1所述的一种提高密码卡适用性的密钥保护系统，其特征在于：所述保护壳由金属材料制成。
7.一种提高密码卡适用性的密钥保护装置的方法，其特征在于，包括：
利用防拆毁模块监测包裹在密码芯片外侧的保护壳是否被拆毁，并利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥；
利用超声波控制模块，监测包裹在密码芯片外侧的保护壳是否被拆毁，并利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥。
8.根据权利要求7所述的一种提高密码卡适用性的密钥保护方法，其特征在于，所述防拆毁模块包括保护壳和防拆毁电路；所述保护壳用于包裹在密码芯片的外侧；所述防拆毁电路包括第一行程开关、第二行程开关和电池；所述第一行程开关和第二行程开关的共用端子分别用于连接到密码芯片上对应的自毁输入管脚，二者的常闭端子均与电池供电端相连，二者的常开端子均与板级地相连。
9.根据权利要求8所述的一种提高密码卡适用性的密钥保护方法，其特征在于，所述利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥，具体为：当保护壳使得第一行程开关和第二行程开关的弹片被压下，共用端子与常闭端子短路，密码芯片的自毁输入管脚监测到高电平，进入密钥保护状态；当保护壳被拆毁时，所述第一行程开关和第二行程开关的弹片被释放，共用端子与常开端子短路短路，自毁输入管脚监测到低电平，销毁密钥。
10.根据权利要求8所述的一种提高密码卡适用性的密钥保护方法，其特征在于，所述超声波控制模块包括6个超声波测距传感器，各超声波测距传感器均设于保护壳的外侧，分别对准密码芯片的上下左右前后六个方向；
所述利用密码芯片根据监测结果决定是否销毁密钥，具体为：当监测到超声波控制模块与预设安装件之间的距离超出保护阈值或发生变化时，则发送自毁输入信号至密码芯片，使得密码芯片销毁密钥。
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