CN1163431A

CN1163431A - 一种控制计算机硬盘读写的方法及装置

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Publication number: CN1163431A
Application number: CN 94111461
Authority: CN
Inventors: 邵通
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 1994-10-07
Filing date: 1994-10-07
Publication date: 1997-10-29
Anticipated expiration: 2014-10-07
Also published as: CN1053507C

Abstract

计算机在进行硬盘读写操作时，先要通过I/O口向硬盘控制器送入本次操作的磁道号等信息。本发明所述装置根据该信息，预置信息和(或)应用程序设置的状态判断此次读写请求是否合法，进而控制计算机软硬盘控制单元允许或禁止使该读写命令不能到达计算机软硬盘适配器单元(或使该命令无效)。该方法和装置有效保护硬盘的文件和数据不被破坏、篡改和非法使用，进而防止计算机病毒的扩散。

Description

一种控制计算机硬盘读写的方法及装置

本发明涉及一种保护计算机硬盘内数据安全的方法及装置，即一种控制计算机硬盘读写的方法及装置。

随着计算机的普及，使用计算机的人越来越多。操作失误和计算机病毒都是造成计算机不能正常工作重要原因。计算机病毒攻击得最多和最广泛的是基于DOS操作系统的IBM系列微型计算机及其兼容机。DOS操作系统是一个使用简便、信息共享性强，全面开放的系统。由于它没有充分利用硬件对它所使用的数据提供保护、造成对它的数据破坏轻而易举。所以DOS操作系统成为计算机病毒主要的攻击对象。增强DOS的安全性应该从硬件的角度对硬盘的数据提供保护，否则一旦病毒发作就可能使硬盘的数据被彻底破坏，造成大量宝贵数据的丢失。同时误操作也可能使硬盘数据遭到不可挽回的损失。事实上所有的个人计算机都同样存在这个问题。以下我们就IBM机及DOS操作系统来说明本发明。

从硬件上增强DOS的安全性，主要是增加对硬盘读写的可靠控制。计算机硬盘对计算机而言是一个子系统，计算机只要对它发送命令，即可实现对硬盘的读写操作。在许多实际的情况下只需要控制硬盘的读写到磁道(从DOS来说就是控制逻辑盘的读写)就可以满足实际工作的需要。

DOS操作系统控制硬盘的读写在是在实模式中用INT13进行的。在实模式状态中，操作系统没有使用特权指令保护。所以为了有效地控制计算机对硬盘的读写就只能在计算机进行非法读写请求时，采用截断从硬盘适配器到硬盘驱动器之间的连线，用与(或)的方法使计算机发出的I/O指令失效和重新复位硬盘读写控制单元等手段使非法读写无效，甚至直接在硬盘适配器(或硬盘驱动器)中加入相应的功能。还可以利用从硬盘适配器到硬盘驱器之间连线的标准，向硬盘适配器或(和)硬盘驱动器发出相应的信号(写保护)从而达到使非法读写无效的目的。

发明的概述

本发明的目的是提供有效的控制硬盘读写的方法。通过采用在现有计算机软硬盘控制单元(卡)上附加控制一个单元，使计算机发出的非法硬盘读写I/O指令不能到达计算机软硬盘控制单元(卡)，或使计算机软硬盘控制单元不能输出相应的控制信号到硬盘或复位计算机软硬盘控制单元，以及向硬盘适配器或(和)硬盘驱动器发出相应的信号(如写保护)达到使非法读写无效的目的。从而使硬盘的读写可受到可靠保护的计算机硬盘读写控制的方法及装置。

现代计算机的硬盘大多用磁道，柱面和扇区来表示位置。并以磁道为单位进行逻辑盘(分区)的划分。在DOS操作系统下的逻辑盘实际上是代表两个磁道之间的空间。所以我们把这两个磁道称为一个磁道组，它表示一个连续的分区或逻辑盘，对于从头(尾)开始的磁道组只用一个磁道号就可以表示。

本发明的控制计算机硬盘读写的方法，是在计算机软硬控制单元(多功能卡，主板，甚至硬盘驱动器)上附加一个控制单元。它至少有一个硬盘读写操作磁道比较器组。每当计算机进行读写请求向硬盘控制单元发出命令序列时，都将发送相应的读写磁道号。AT标准1F5，1F4(或175，174)这两个口地址为硬盘读写磁道号的I/O地址，其他硬盘接口标准可以从命令序列中分析出硬盘读写磁道号。由附加控制单元的硬盘读写操作磁道比较器组得出本次硬盘读写操作是否属于受保护的区域，并根据这个信号和可能设定的保护状态决定本次读写操作是否合法。对于合法操作让其正常进行。对于非法操作可采用使计算机向硬盘适配器发出的I/O指令不能完全达到计算机软硬控制单元(卡)；或者先让非法硬盘读写I/O指令到达计算机软硬控制单元，然后采取对软硬控制单元(卡)提供复位信号而使非法操作不能执行；或控制计算机软硬控制单元(卡)的输出部分使其输出信号不能到达硬盘驱动器；或向软硬控制单元(卡)输入信号(写保护)使硬盘不进行实际的操作。对于其他的硬盘读写标准(例如SCSI，ESDI等)，总是可以从计算机通过I/O口向硬盘控制单元发出的指令序列中，得到要进行读写操作的磁道号和读写请求的信息，这样就可以进行合法性判断以及进行上述的各种控制。所以本发明实际上是提供一种控制硬盘读写于两个磁道之间的方法的装置。

根据上述方法，本发明提供了一种控制计算机硬盘读写的装置，该装置包括一个本次操作磁道寄存器电路，一个或多个磁道组比较电路和一个使非法操作失效的电路。当计算机进行硬盘读写时，通过本次操作磁道寄存器电路储存本次操作的磁道号(或通过电路分析读写请求指令序列得到本次操作磁道号，存储于本次操作磁道寄存器)，磁道组比较电路根据本次操作的磁道号以及受保护状态决定本次操作是否属于受保护区域的操作。若不是受保护的区域，指示使非法操作失效的电路允许计算机进行正常的读写；否则指示使非法操作失效电路不允许计算机进行正常读写。把这一组电路类推就可以控制多个逻辑盘的读写。

本发明的原理这样使用比较好。用消病毒软件使计算机没有病毒，或者对硬盘进行格式化，使本系统安装前计算机没有病毒。然后把所有需要保护的软件放入受保护的逻辑盘(区域)中。系统启动后，由于软件(可执行文件)都处于受(写)保护的区域，所以这些软件永远不会被病毒，人为破坏和误操作所破坏。

与现有技术相比，本发明具有如下显著特点：1、控制硬盘读写到磁道，使某些磁道的硬盘读写操作受到可靠保护，进而使某些逻辑盘的读写操作受到可靠的保护；2、可防止所有操作系统型计算机病毒的攻击，保证系统启动时干净无毒；3、保证硬盘内受保护的逻辑盘的数据不被随意破坏；4、实现方法简单，成本低和广大用户容易理解，从而易于推广。因此本发明广泛适用于各种计算机病毒防治和数据保护。

附图的简要说明：

图1是本发明装置的第一个实施例的方框图；

图2是本发明装置的第二个实施例的方框图；

图3是本发明装置的第三个实施例的方框图；

较佳实施例的描述

本发明应用最多的场合，是在DOS操作系统下的应用。在DOS操作系统下，每当计算机进行硬盘读写请求时，都将向硬盘控制器发送相应的读写磁道号。AT总线标准为1F5，1F4这两个口地址为读写磁道号的I/O地址。由附加控制单元上的硬盘读写操作磁道比较器组从这两处地址和预设保护区域信息中得出本次硬盘操作是否属于设定保护的逻辑盘，并根据这个信号和设定的保护状态决定使本次读写操作能否进行。

在硬盘读写操作磁道比较器组判断了硬盘读写请求的合法性后，控制读写能否执行的方法是开放或封锁总线送往硬盘适配器的读写操作信号(IOW)。与此方法对应的装置的实施例如图1所示。其中，10表示本发明的硬盘适配单元；11表示读写状态的锁(参见权利要求2)；12表示预置磁道号(用拨动开关)；13表示读写操作磁道比较器组单元，其中131为比较电路，132为逻辑控制电路；14是用于存贮计算机本次读写请求磁道号的存储器；15为各个单元可能需要用到的译码电路；16为非法操作禁止单元；17为硬盘适配器单元。另外，2为计算机的硬盘驱动器，3为计算机总线。以上这些标号在其它实施例的方框图中表示同样的内容，不再赘述。在图1中，非法操作禁止单元16受硬盘读写操作磁道比较器组13的控制，13根据读写的磁道号，对读写请求合法性进行判断(是否处于两个受保护磁道之间)，并根据判断结果和锁的状态控制硬盘的读写。控制读写操作能否执行的方法是开放或封锁总线送往硬盘适配器的读写操作信号，以一或门执行。其中的或门16是根据对硬盘读写请求合法性判断的结果，由13置入或门的输入端(非法时为高)。这样非法操作时，总线上的IOW线号不能到达硬盘适配器单元，即硬盘适配器单元不能收到完整的指令序列。与此实施例相联系的方法为权利要求8。

另一个较佳的实施例把上一个实施例的拨动开关改为寄存器。计算机应在安全的状态下，向这个寄存器送入磁道比较器组边界。最好的做法是只在计算机启动时向该寄存器一次置入数据，然后关闭这个功能使得任何时刻均不能改变其内容。在硬盘读写操作磁道比较器组判断了硬盘读写请求的合法性后，控制读写操作能否执行的方法是开放或封锁总线送往硬盘适配器的读写操作信号(IOW)。与此方法对应的装置的实施例如图2所示。其中，10表示本发明的硬盘适配单元；11表示读写状态的锁(参见权利要求2)；12表示预置磁道号寄存器；13表示读写操作磁道比较器组单元，其中131为比较电路，132为逻辑控制电路；14是用于存储计算机本次读写请求磁道号的存储器；15为各个单元可能需要用到的译码电路；16为非法操作禁止单元；17为硬盘适配器单元。另外，2为计算机的硬盘驱动器，3为计算机总线。与此实施例相联系的方法为权利要求9。

另一个也常用的实施例是由于计算机已经有硬盘适配器单元，这样我们采用把硬盘适配单元输出的信号截断，来禁止非法的硬盘读写操作。在硬盘读写操作磁道比较器组判断了硬盘读写请求的合法性后，控制读写操作能否执行的方法是开放或封锁硬盘适配器送往硬盘驱动器的读写操作信号(IOW)。与此方法对应的装置的实施例如图3所示。其中，10表示本发明的硬盘适配单元；11表示读写状态的锁(参见权利要求2)；12表示拨动开关；13表示读写操作磁道比较器组单元，其中131为比较电路，132为逻辑控制电路；14是用于存贮计算机本次读写请求磁道号的存贮器；15为各个单元可能需要用到的译码电路；16为非法操作禁止单元。另外，2为计算机的硬盘驱动器，3为计算机总线，4为计算机原来的硬盘适配器单元。在图3中，非法操作禁止单元16受硬盘读写操作磁道比较器组13的控制，13根据读写的磁道号，对读写请求合法性进行判断(是否处于两个受保护磁道之间)，并根据判断结果和锁的状态控制硬盘的读写。控制读写操作能否执行的方法是开放或封锁硬盘适配器送往驱动器的读写操作信号，以一或门执行。其中的或门16是根据对硬盘读写请求合法性判断的结果，置入或门的输入端(非法时为高)。这样非法操作时，硬盘适配器的IOW信号不能到达硬盘驱动器，即硬盘驱动器不能收到完整的指令序列。与此实施例相联系的方法为权利要求13。这种方式下不需要对原有的计算机进行改动，整个读写控制装置(除硬盘适配单元)10作成一块卡，插入计算机的扩展槽。改接原来硬盘适配器的输出到卡上，在从卡上转接到硬盘驱动器即可。

上面结合附图说明了本发明的几种实施方案，其中寄存硬盘读写磁道号的寄存器，磁道组比较单元，非法操作禁止单元对本领域的熟练技术人员都是可以完成的，并且有许多种可能的技术方案。事实上，本发明一种较好的实施方案是把本发明的装置与硬盘适配器做成一个专用芯片，即制造一种具有本发明功能的能判断读写是否合法而决定读写操作是否执行的硬盘适配器。

Claims

1、一种用于控制硬盘读写的装置，包括以下几个部分：

a、用于控制软硬盘读写的软硬盘适配器单元(传统的软硬盘适配器或控制器)。

b、用于寄存硬盘读写磁道号的寄存器。

c、磁道组比较单元，根据硬盘读写磁道号寄存器内容，决定本次硬盘读写操作是否位于受保护区以及受保护的状态。

d、非法操作禁止单元，根据磁道组比较电路的比较结果及受保护的状态，当为非法操作时使软硬盘适配器单元(控制器)不执行CPU向硬盘适配器(控制器)发送的I/O指令信号的电路。

2、根据权利要求1的方法，其特征在于它还有一个锁(机械或状态寄存器)。当锁处于开启状态(或通过软件向状态寄存器输入开启状态)时，控制使d的受保护状态为不保护状态，即所有的读写操作均为合法操作。

3、根据权利要求1和2的方法，其中的c(权利要求1)是采用机械预置的磁道号(如拨动开关，跳线器等)与从硬盘读写操作指令序列中分析出来寄存在硬盘读写磁道号寄存器的内容(权利要求1的b)进行比较，根据大小得出本次硬盘读写操作是否位于受保护区。

4、根据权利要求1和2的方法，其中的c(权利要求1)是采用电预置(ROM，EEPROM等)磁道号与从硬盘读写操作指令序列中分析出来的寄存在硬盘读写磁道号寄存器的内容(权利要求1的b)进行比较，根据大小得出本次硬盘读写操作是否位于受保护区。

5、根据权利要求1和2的方法，其中的c(权利要求1)采用寄存器，而用软件预置于该寄存器的磁道号与从硬盘读写操作指令序列中分析出来寄存在硬盘读写磁道号寄存器的内容(权利要求1的b)进行比较，根据大小得出本次硬盘读写操作是否位于受保护区。

6、根据权利要求1、2、3、4和5的方法，其中权利要求1的d是通过用预置信号逻辑与(或)CPU向硬盘适配单元发送的I/O指令信号，使对受保护区进行操作时，硬盘适配单元收不到不正确的信号。从而达到使硬盘非法读写操作不能执行的目的。

7、根据权利要求1、2、3、4、5和6的方法，其中权利要求1的d是通过分析CPU向硬盘适配单元发送命令的I/O信号，为非法操作时使IOW信号(底电平有效)不能到达硬盘适配单元，从而使硬盘适配单元不能收到完整的命令信号序列。这样将使非法读写操作不能执行。

8、根据权利要求1、2、3和7的方法，计算机总线为ATBUS，硬盘为IDE标准。所以1F5，1F4为硬盘读写操作磁道寄存器口地址。计算机进行硬盘读写请求时可以把其读写磁道号直接存入权利要求1中的b。权利要求1的c为一拨动开关，用拨动开关与硬盘读写操作磁道寄存器内容进行比较，得到结果大(或小)。当权利要求2的锁为关闭且为非法操作时(大或小)，使CPU输出的IOW信号不能到达硬盘适配单元，从而使硬盘适配单元不能收到完整的命令信号序列。这样将使非法读写操作不能执行。

9、根据权利要求1、2、5和7的方法，计算机总线为ATBUS，硬盘为IDE标准。所以1F5，1F4为硬盘读写操作磁道寄存器口地址。计算机进行硬盘读写请求时可以把其读写磁道号直接存入权利要求1中的b。权利要求1的c为寄存器，用软件预先输入受保护区域的边界磁道号。用该寄存器内容与硬盘读写操作磁道寄存器内容进行比较，得到结果(大或小)。当权利要求2的锁为关闭且为非法操作时(大或小)，使CPU输出的IOW信号不能到达硬盘适配单元，从而使硬盘适配单元不能收到完整的命令信号序列。这样将使非法读写操作不能执行。

10、根据权利要求1、2、3、4和5的方法，其中权利要求1的d是通过在确定本次操作非法后，产生一个复位信号给硬盘适配单元，使硬盘适配单元不能进行非法工作。从而使非法读写操作不能执行。

11、根据权利要求1、2、3、4和5的方法，其中的d是通过确定本次为非法操作后，控制硬盘适配单元的输出端，使硬盘适配单元输出的信号不能到达硬盘驱动器，使硬盘驱动器不进行相应的工作。从而使非法读写操作不能执行。

12、根据权利要求1、2和3(或5)的方法，其中权利要求1的a处于和b，c，d不在一个卡上(或在计算机主板上)。而d是通过在确定本次操作非法后，控制硬盘适配单元的输出端，使硬盘适配单元输出的信号不能到达硬盘驱动器，使硬盘驱动器不进行相应的工作。从而使非法读写操作不能执行。控制硬盘适配单元输出端的方法是截断从适配单元到驱动器的连线，根据连线标准用电路使在合法操作时可以使驱动器正常收到或返回给适配器信号，非法操作时不能正常收到或返回给适配器信号。

13、根据权利要求1、2、3和12的方法，计算机总线为ATBUS，硬盘为IDE标准。所以1F5、1F4为硬盘读写操作磁道寄存器口地址。计算机进行硬盘读写请求时可以把其读写磁道号直接存入权利要求1中的b。权利要求1的c为一拨动开关，用拨动开关的内容与硬盘读写操作磁道寄存器内容进行比较，得到结果(大或小)。截断硬盘适配器到驱动器的IOW(底电平有效)，用一或门，它的一个输入端为适配器输出的IOW信号线，另一个输入端为非法操作指示信号(高有效)，输出端为驱动器的IOW信号的输入端。当权利要求2的锁为关闭且为非法操作时(大或小)，使非法操作指示信号为高。这样硬盘适配单元输出的IOW信号不能到达硬盘适配单元，从而使硬盘驱动器单元不能收到完整的命令信号序列。这样将使非法读写操作不能执行。

14、根据权利要求1、2、3、4和5方法，其中权利要求1的d是通过在确定本次操作非法后，向硬盘适配单元(卡)输入信号(写保护)使硬盘不进行实际的操作。

15、根据权利要求1到14的方法，其特征在于各种组合所形成的实现中，其核心部分(权利要求1的d)要根据具体的硬盘总线标准和计算机总线标准来实现。例如硬盘总线标准有IDE，SCSI，ESDI等等，计算机总线标准有ISA，EISA，PCI，微通道等等。

16、根据权利要求1到15的方法，其特征在于各种组合所形成的实现中，还有(或预留有)一个或多个带加密存储器单片机单元。该单元有与计算机通信所必须的接口电路，利用这个单片机单元与软件通信实现软件某些秘密计算，达到软件保护的目的。

17、根据权利要求1到16的方法，其特征在于各种组合所形成的实现中，还有(或预留有)一个中断产生的清除电路。当计算机向显示缓冲区进行写操作时，该电路产生中断，响应中断后软件可清除该中断。利用该功能可以极大提高直接写屏汉字操作系统的速度。

18、根据权利要求1到17的方法，在卡上还可以有存有相应的应用程序以及安全控制程序(包括防病毒程序、汉卡和CMOS保护程序)的存储器(ROM和RAM)。

19、根据权利要求1到18的方法，把其中的各种组合所形成的实现所需的电路与其他电路(或单独)集成在一起，并用于硬盘读写控制。

20、根据权利要求1到19的方法，把其中的各种组合形成的实现单独做成计算机上的一个插件(硬盘控制多功能卡)，或者与计算机显示卡合并成一个卡，或者与计算机通信卡(FAX卡)合并成一个卡，或者与各种计算机多媒体卡合并成一个卡，或者与计算机主板做在一起形成ALL-IN-ONE主板，或者直接做在硬盘驱动器上。