CN202870836U - 涉密计算机pci信息安全防护卡及系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供了一种PCI信息安全防护卡，包括中央处理器、FLASH存储器、USB接口电路、信号监测接口电路、数据通信接口芯片。通过应用该PCI信息安全防护卡及相应系统，如果计算机系统的安防软件没有启动，则USB接口将被PCI信息安全防护卡所立即被封闭，可以有效的防止涉密信息泄露。同时PCI信息安全防护卡可以监视计算机的使用情况，包括开机次数、开机时间、关机时间，机箱是否开启以及PCI信息安全防护卡是否被拔出，便于对涉密计算机的以上使用情况进行记录、监控、管理和报警。

Description

涉密计算机PCI信息安全防护卡及系统

技术领域

本实用新型涉及涉密计算机的信息防泄露技术，更具体地，涉及一种涉密计算机PCI信息安全防护卡及相关系统。

背景技术

随着办公自动化技术的广泛应用，网络系统的日益普及，涉密计算机系统的安全保密问题日益突出。涉密计算机的泄密途径主要有以下四种：硬件泄密、软件泄密、网络泄密和系统防范体系漏洞。虽然为了保护涉密信息的安全，管理者们采用了各种技术手段，包括安装各类安防软件、通过网络设备进行实时监控等，防止入侵和数据泄露。但是，有一些情况仅凭软件和网络是无法监控和防范的。因为虽然计算机在正常启动之后，各种外设接口会由安防软件进行监控或封闭，从而防止信息泄露，但是在计算机的操作系统启动之前，安防软件是无法监控计算机外设接口的。现在大部分计算机都可以从USB口启动，这样就可以将涉密计算机断开网络，用USB口启动并将通过串行接口直接将硬盘的信息从计算机中拷贝出来，或者关机后拔掉硬盘进行数据拷贝，完成后再把硬盘安装回计算机，造成涉密信息的泄露。由于上述泄密的方式没有通过网络进行数据传输，网络监控的方式对此也无能为力。

实用新型内容

针对现有技术的上述不足，本实用新型提供了一种涉密计算机PCI信息安全防护卡及相关系统；通过在涉密计算机内安装所述PCI信息安全防护卡，可以在计算机硬件上电时刻立即封闭外设接口，而只有在计算机合法操作系统启动并且处于安防软件的正常监控之后，再打开计算机的外设接口，交由安防软件进行监控，从而防止信息的泄露。而且，通过所述PCI信息安全防护卡还对计算机的开机时间、机箱是否被开启过及开启时间、断开网络超时等进行监控并自动记录在信息存储器中。在计算机正常启动之后可以由相关软件读取所记录的信息并存储在计算机的硬盘中，利用这些信息经过分析处理，可以对计算机是否经过非法启动或非法开启机箱等情况进行核实判断，并且与相应的系统相配合实现报警和管理。

所述PCI信息安全防护卡，包括中央处理器、FLASH存储器、USB接口电路、信号监测接口电路、数据通信接口芯片，其中：所述信号监测接口电路连接所述中央处理器并将采集的机箱开盖信号、计算机上电信号或PCI拔卡信号传送给中央处理器进行处理；

所述中央处理器连接FLASH存储器并根据上述信号写入相应的记录数据，连接并通过数据通信接口芯片与计算机进行通信，接收计算机的控制指令并向计算机传输所述记录数据，以及根据所述控制指令控制USB接口电路打开或封闭；

所述数据通信接口芯片执行与计算机的通信。

优选地，所述PCI信息安全防护卡进一步包括：供电电池，检测电池电压并判断是否充电的电池检测电路，以及对供电电池充电的电池充电电路。其中，所述电池检测电路为电阻分压采样电路，所述电池充电电路为集成稳压器组成的恒流充电电路。

优选地，所述USB接口电路包括用于扩充接口的USB集线器芯片。

优选地，所述USB接口电路包括用于接通和断开USB接口的继电器。

优选地，所述PCI信息安全防护卡进一步包括作为键盘接口的PS2接口。

优选地，所述PCI信息安全防护卡进一步包括实时时钟电路。

优选地，所述PCI信息安全防护卡进一步包括滤波电容和隔离二级管组成的抗干扰电路。

本实用新型还提供了应用上述涉密计算机PCI信息安全防护卡的涉密计算机安全防护系统，包括：

PCI信息安全防护卡，连接到计算机的PCI插槽，包括中央处理器、FLASH存储器、USB接口电路、信号监测接口电路、数据通信接口芯片；其中所述信号监测接口电路采集机箱开盖信号、计算机上电信号或PCI拔卡信号并传送给中央处理器进行处理；所述中央处理器根据上述信号在FLASH存储器中生成相应记录数据，通过数据通信接口芯片与计算机进行通信，接收计算机的控制指令并向计算机传输所述记录数据，以及根据所述控制指令控制USB接口电路打开或封闭；所述数据通信接口芯片执行与计算机的通信；

计算机，封闭外设接口并通过PCI插槽连接所述PCI信息安全防护卡，向所述PCI信息安全防护卡发送所述控制指令，以及接收所述记录数据；

服务器，通过网络连接所述计算机并接收和存储计算机上传的所述记录数据，以及根据所述记录数据进行监控报警。

优选地，所述系统还包括用于打开和关闭所述PCI信息安全防护卡的USB接口电路的手持器。

通过应用本实用新型所述的PCI信息安全防护卡及相应系统，如果计算机系统的安防软件没有启动，则USB接口将被PCI信息安全防护卡所立即被封闭，可以有效的防止涉密信息泄露。同时PCI信息安全防护卡可以监视计算机的使用情况，包括开机次数、开机时间、关机时间，机箱是否开启以及PCI信息安全防护卡是否被拔出，便于对涉密计算机的以上使用情况进行记录、监控、管理和报警。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本实用新型作进一步详细的说明：

图1是本实用新型实施例的PCI信息安全防护卡电路结构示意图；

图2是本实用新型实施例的计算机功能流程图；

图3是本实用新型实施例的服务器记录功能流程图；

图4是本实用新型实施例的服务器报警功能流程图。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本实用新型的技术方案，并使本实用新型的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合实施例及实施例附图对本实用新型作进一步详细的说明。

本实用新型以PCI信息安全防护卡为核心，通过硬件架构实现涉密计算机安全防护系统，在计算机硬件上电时刻立即封闭外设接口，而只有在计算机合法操作系统启动并且处于安防软件的正常监控之后，再打开计算机的外设接口，同时通过所述PCI信息安全防护卡对计算机的开机时间、机箱是否被开启过及开启时间、断开网络超时等进行监控并自动记录在信息存储器中，弥补了单纯依靠安防软件维护信息安全的不足。所述涉密计算机安全防护系统划分为PCI信息安全防护卡、计算机以及服务器三大部分。

图1是本实用新型实施例的PCI信息安全防护卡电路结构示意图。经过对各种PC计算机内部结构的观察和分析，无论是兼容计算机或是品牌计算机内部都有PCI标准插槽，为了安装方便、简洁，将信息安全防护卡的硬件部分设计在一块PCI卡上，将该防护卡连接到计算机的PCI插槽，通过PCI插槽从计算机获得供电并且实现二者的数据通信。

参见图1，所述PCI信息安全防护卡包括中央处理器1、FLASH存储器2、USB接口电路3、信号监测接口电路4、数据通信接口芯片5、实时时钟电路6、供电电池7、电池检测电路8以及电池充电电路9。其中，所述信号监测接口电路4连接防护卡的外设检测电路，外设检测电路采用高品质、高阻值的电阻检测机箱开盖信号和PCI拔卡信号，从而尽可能减少电池消耗。信号监测接口电路4采集上述机箱开盖信号和PCI拔卡信号，同时采集计算机上电信号，将上述信号传送给中央处理器进行处理。

所述中央处理器1采用低功耗的单片机芯片，芯片选型应遵循以下原则：工作状态的电流值为微安级，即小于1mA；具有休眠功能，通过I/O端口可以唤醒；具有完善的内部通讯接口功能，具备AD模拟电压采集功能，完善的在线仿真调试功能(能缩短研发周期)；程序存储器可以实现2万次的擦写功能。在本实施例中经过筛选确定使用美国TI公司的430系列超低功耗Flash型微控制器，是目前业界所有内部集成Flash存储器产品中功耗最低的一种，应用在电池供电的系统中，已被市场接受和认可。中央处理器1是PCI信息安全防护卡的中央控制单元和数据处理单元，中央处理器1根据上述机箱开盖信号、PCI拔卡信号或计算机上电信号，在FLASH存储器2中生成相应记录数据；并且中央处理器1通过数据通信接口芯片5与计算机进行通信，从而接收计算机的控制指令，在控制指令的操作下向计算机传输所述记录数据，以及控制USB接口电路3的打开或封闭。

所述FLASH存储器2采用超低功耗，存储容量大，擦写次数2万以上的存储芯片。本实施例选用SST25VF032B型FLASH存储器，一次记录信息可以在5年以上，10万次擦写。

所述数据通信接口芯片5执行与计算机的通信，从而接收计算机发送给PCI信息安全防护卡的指令，以及向计算机上传PCI信息安全防护卡获得的记录数据。数据通信接口芯片5选用可以与中央处理器1所选用的430系列微控制器直接接口的芯片，同时又可以与计算机实现直接硬件接口，减少外围电路，增加系统的可靠性。

在应用本系统之后，计算机原有的其它外设接口均已补封闭，计算机仅依靠PCI信息安全防护卡提供的USB接口电路3作为外设接口，实现与外部设备的连接和通信。而USB接口电路3的打开和封闭受到中央处理器1的控制，中央处理器1根据收到的计算机的指令，打开和封闭所述USB接口电路3。在计算机正常启动并运行安防软件之前，USB接口电路3处于封闭状态；在计算机正常启动并运行安防软件之后，中央处理器1根据接收到的指令打开USB接口电路3，从而防止了他人利用USB接口不经过正常启动系统和安防软件就进入计算机读取涉密数据的情况。所述USB接口电路3包括用于扩充接口的USB集线器芯片。由于使用本PCI防护卡后，计算机的其它外设接口都以封闭，为了扩充USB端口，使用一片USB集线器芯片完成接口的扩充，该芯片的兼容性好，可以尽量兼容大多数计算机接口。并且，所述USB接口电路3包括用于接通和断开USB接口的继电器，为了保证USB接口的物理隔离断开，采用小型低功耗继电器完成接口的接通与断开控制。

实时时钟电路6为PCI信息安全防护卡的各电路提供精确的时钟信号。并且中央处理器1可根据接收的控制指令，对实时时钟电路6的时钟偏差进行校准。

供电电池7采用高容量锂电池2000mAh，充电次数在500次以上，以确保系统充足的供电，延长PCI卡的使用期限。由于CPU内部基准电压的限制，AD模拟量采集范围有限，所以电池检测电路8用高精度的电阻分压采样电路来测量，同时可以降低采用电路功耗又可用保证采样精度。为了保证高质量的充电效率和兼顾电池使用时间，电池充电电路9用集成稳压器组成一个恒流充电电路，与电池电压检测电路配合起来，可以保证稳定的充电状态和电池不被过充电。

所述PCI信息安全防护卡进一步包括作为键盘接口的PS2接口。设计此接口的目的是给那些没有此口的计算机提供键盘接口。由于这个接口是无法启动系统的，所以此接口不进行控制。

为了提高系统的抗干扰性能，所述PCI信息安全防护卡进一步包括滤波电容和隔离二级管组成的抗干扰电路。所有芯片的电源端加所述滤波电容，从PCI插槽上获取的电压增加一个隔离二极管。根据PCI卡上硬件芯片供电电源的需要，从计算机PCI插槽上获取+5V供电和+12V供电。+5V共给继电器和外围芯片，+12V共给电池充电电路。

硬盘中具有涉密信息的计算机封闭外设接口，并通过PCI插槽连接本实用新型所述的PCI信息安全防护卡。计算机向所述PCI信息安全防护卡发送所述控制指令，控制其USB接口电路的打开和封闭，从而通过在系统正常启动前封闭USB接口，保障了信息安全。计算机还利用控制指令接收所述记录数据，从而对机盖打开、PCI卡拔出、开关机时间等情况进行必要的登记和监控；计算机还通过控制指令对PCI信息安全防护卡执行时钟校准等操作。图2示出了计算机功能流程图。在计算机的操作系统正常启动时，计算机进入正常的工作流程，通过向PCI卡发送控制指令打开封闭的USB接口，然后利用接通的2个USB端连接U盾和鼠标；读取PCI卡上实时时钟，与涉密网络系统时钟进行对比，如果超差立即进行校准，使两个时钟保持一致；读取电池电压和CPU供电电压，缓存到变量中；读取IP地址缓存到变量中；读取Flash中的其它信息(PC机上电、关机、正常工作、网络中断、机箱开盖和发生以上事件对应的时间)缓存到变量中；读取数据库表中的原有数据，确定本次应该保存地址范围，将以上缓存到变量中的数据按照地址顺序进行保存，保存时对代码进行翻译，这种存储方式是为了分析、查找问题的方便，每一台计算机都有唯一的IP地址；检测计算机是否在连接网络上，测试IP地址是否联通函数进行判断，延时时间设定为2分钟，如果出现超时情况，通过写代码的方式及时保存在PCI卡的Flash中；判断Flash地址是否写到尾部，如果到尾部，擦除Flash重新保存客户机的基本信息，复位Flash地址重新开始记录、保存信息。

计算机要与PCI卡的中央处理器的通信设定为主从工作方式，一方为中断等待方式，一方为定时发送指令方式，这种方式可以使系统稳定的工作，不易造成混乱。根据计算机的实际情况设置通信时间间隔，满足用户的正常工作要求。任何计算机操作系统都有可能发生意外错误，造成软件的中断、或错误溢出，从而使软件停止工作。另一方面，计算机或PCI卡收到意外干扰时，也可能产生错误，影响软件的正常运行，为了最大地降低软件中断的可能，在每一个模块及每一个子程序中都加入了错误陷阱处理程序，使之遇到意外错误时，能自行处理，程序不会中断。

在中央处理器的控制下，PCI信息安全防护卡所执行的操作可以包括：1.初始化中央处理器的CPU端口，使接口使能与外设芯片联通。2.初始化外设芯片，使之处于正常工作状态。3.设置芯片内部基本参数，包括实时时钟，内部基准电压，模拟量采集方式，串行口通信参数，休眠方式等。4.进入扫描工作，如果是计算机供电状态，中央处理器唤醒记录本次计算机上电时间和对应代码，继续查询是否有其它工作标识。如果计算机未供电，设置端口的工作状态，进入休眠状态使系统处于低功耗状态，但实时时钟还在继续工作，如果发生异常(客户机被开箱)，立即记录发生的时间和对应的代码。如果客户机从供电状态转变为停电状态，自动记录计算机关机时间和对应的代码。5.中断程序：自动检测计算机开箱动作，如果发生此事件立即标识。自动检测PCI卡是否被拔出，如果发生此事件立即标识。中央处理器1随时接收计算机发出的以下指令：

1.读取PCI卡时钟指令，收到立即将时钟回发计算机。2.校准PCI卡时钟指令，以计算机时钟对PCI卡的时钟进行校准。3.读取FLASH信息指令，所读取的信息内容包括：PC机开机时间；PC机关机时间；PCI卡拔出时间；机箱开盖时间4.将服务器与计算机超时通信等信息发送到PCI卡进行存储。5.放开/关闭USB口指令，根据计算机的上述指令PCI卡打开/关闭其USB接口。6.判断电池是否进行充电，根据设置电压范围确定是否充电，设定范围是根据电池供应商提供电池供电参数进行设定。7.CPU内部看门狗：为了防止系统死机，软件工作后立即启动看门狗，看门狗定时器可以根据系统扫面周期和子程序的执行时间来确定。

服务器，通过网络连接一台或多台所述计算机，并接收和存储计算机上传的所述记录数据，以及根据所述记录数据进行监控报警。图3和图4示出了服务器的记录功能流程图和报警功能流程图。服务器对从各计算机接收的记录信息按照IP地址和Flash地址排序，这样就将不同客户机的记录信息分离开，便于查询分析。计算机的信息内容上传到服务器内部的信息表后，需要对信息代码进行翻译、分离、合并保存，这个任务由接口软件完成。信息代码的对应关系编写在程序中，由程序完成注释工作，为服务器报警平台软件提供完整的信息记录。服务器报警的主要工作任务是：1.实时显示网络中的所有计算机工作状态(开机/关机)。2.分析、判断是否有违规操作的信息，如果有立即报警。3.报警时从对应的设备管理表中提取单位名称、部门名称。4.管理人员处理完后，将处理结果标识，永久保存。5.提供历史数据查询功能。服务器报警时有声音和图形闪烁。平时正常情况没有报警时，界面自动刷屏显示，也可以由人工操作，选择显示。服务器还要包括设备管理的基本信息表，信息表需要及时的维护和更新，以确保在报警时准确无误。

本系统投入使用后，计算机的其它外设接口已被封闭，如果计算机的操作系统出现故障不能正常启动，此时PCI卡的USB接口又无法由计算机控制打开，会造成无法安装的情况，为了能继续对计算机的操作系统进行维护，设计一个手持器，用于放开PCI卡上的USB接口，实现安装操作系统，操作完成后，使用手持器再关闭CI卡上的USB接口，使计算机又处于安全监控状态。

通过应用本实用新型所述的PCI信息安全防护卡及相应系统，如果计算机系统的安防软件没有启动，则USB接口将被PCI信息安全防护卡所立即被封闭，可以有效的防止涉密信息泄露。同时PCI信息安全防护卡可以监视计算机的使用情况，包括开机次数、开机时间、关机时间，机箱是否开启以及PCI信息安全防护卡是否被拔出，便于对涉密计算机的以上使用情况进行记录、监控、管理和报警。

以上所述，仅为本实用新型的具体实施方式，本实用新型还可以应用在其它设备中；以上描述中的尺寸和数量均仅为参考性的，本领域技术人员可根据实际需要选择适当的应用尺寸，而不脱离本实用新型的范围。本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求所界定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种PCI信息安全防护卡，其特征在于，包括中央处理器、FLASH存储器、USB接口电路、信号监测接口电路、数据通信接口芯片，其中：所述信号监测接口电路连接所述中央处理器并将采集的机箱开盖信号、计算机上电信号或PCI拔卡信号传送给中央处理器进行处理；

所述中央处理器连接FLASH存储器并根据上述信号写入相应的记录数据，连接并通过数据通信接口芯片与计算机进行通信，接收计算机的控制指令并向计算机传输所述记录数据，以及根据所述控制指令控制USB接口电路打开或封闭；

所述数据通信接口芯片执行与计算机的通信。

2.根据权利要求1所述的PCI信息安全防护卡，其特征在于，所述PCI信息安全防护卡进一步包括：供电电池，检测电池电压并判断是否充电的电池检测电路，以及对供电电池充电的电池充电电路。

3.根据权利要求2所述的PCI信息安全防护卡，其特征在于，所述电池检测电路为电阻分压采样电路，所述电池充电电路为集成稳压器组成的恒流充电电路。

4.根据权利要求1所述的PCI信息安全防护卡，其特征在于，所述USB接口电路包括用于扩充接口的USB集线器芯片。

5.根据权利要求1所述的PCI信息安全防护卡，其特征在于，所述USB接口电路包括用于接通和断开USB接口的继电器。

6.根据权利要求1所述的PCI信息安全防护卡，其特征在于，所述PCI信息安全防护卡进一步包括作为键盘接口的PS2接口。

7.根据权利要求1所述的PCI信息安全防护卡，其特征在于，所述PCI信息安全防护卡进一步包括实时时钟电路。

8.根据权利要求1所述的PCI信息安全防护卡，其特征在于，所述PCI信息安全防护卡进一步包括滤波电容和隔离二级管组成的抗干扰电路。

9.一种涉密计算机安全防护系统，其特征在于，包括：

PCI信息安全防护卡，连接到计算机的PCI插槽，包括中央处理器、FLASH存储器、USB接口电路、信号监测接口电路、数据通信接口芯片；其中所述信号监测接口电路采集机箱开盖信号、计算机上电信号或PCI拔卡信号并传送给中央处理器进行处理；所述中央处理器根据上述信号在FLASH存储器中生成相应记录数据，通过数据通信接口芯片与计算机进行通信，接收计算机的控制指令并向计算机传输所述记录数据，以及根据所述控制指令控制USB接口电路打开或封闭；所述数据通信接口芯片执行与计算机的通信；

计算机，封闭外设接口并通过PCI插槽连接所述PCI信息安全防护卡，向所述PCI信息安全防护卡发送所述控制指令，以及接收所述记录数据；

服务器，通过网络连接所述计算机并接收和存储计算机上传的所述记录数据，以及根据所述记录数据进行监控报警。

10.根据权利要求9所述的涉密计算机安全防护系统，其特征在于，所述系统还包括用于打开和关闭所述PCI信息安全防护卡的USB接口电路的手持器。

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