CN203746071U - 一种基于加密硬盘的安全计算机 - Google Patents
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Abstract
本实用新型提供了一种基于加密硬盘的安全计算机，包括集成指纹采集模块的电源开关（1）、为计算机供电的电源（2）、具有指纹识别功能和数据加密功能的安全硬盘（3）以及计算机主系统（4）；所述电源开关（1）在开启电源供电的同时能采集和传输用户指纹信息；所述计算机主系统（4）与安全硬盘（3）相连接，至少包括CPU和主板；所述安全硬盘（3）中的数据以密文方式存储；开机时，所述安全硬盘（3）获取用户指纹信息并进行用户身份认证；在身份认证通过之前，所述安全硬盘（3）处于完全关闭状态，计算机主系统（4）无法读出任何数据；通过用户身份认证后才能开启安全硬盘（3），并获取加密密钥，计算机主系统（4）读取经解密后的数据。本实用新型提出的技术方案将数据加密密钥和用户身份关联，使系统具有更高的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种安全计算机，尤其涉及一种基于硬盘加密技术的安全计算机。
背景技术
随着信息化的不断发展，数据安全问题已经成为当今社会的重要问题。针对计算机系统，数据安全可以分为身份认证和存储数据加密两个方面。身份认证是指只有合法用户才拥有访问和操作权限，防止非法用户通过访问计算机窃取数据。存储数据加密是指存放在存储介质中的数据的安全性，非法用户可以绕过计算机系统，通过科技手段，直接读取存储介质中的数据。
目前在身份认证技术上，有对话框密码认证方式，有指纹识别认证方式，这些方式绝大部分在操作系统加载后再进行用户身份比对，这种方式存在的风险是，操作系统加载意味着硬盘中的数据已经被加载，黑客可以通过木马程序，密码破解手段侵入计算机。也有把身份认证放在电源模块，身份识别前不能打开计算机电源，而这种方式也能够通过绕过电源模块，或者拆走硬盘的方式攻破。
在存储数据加密技术上，主要分为软件加密和硬件加密，软件加密是通过加密软件对某些数据进行加密，这种方式存在问题是无法对所有数据进行加密，操作系统和软件是处于非加密状态，而且软件加解密速度不是很理想。硬件加密通过硬盘控制器，对整个数据流进行加密，所有硬盘中的数据都是处于加密状态，存储数据加密技术的关键问题是如何保护密钥的安全。
综上所述，单纯身份认证或者存储数据加密，都不能保证计算机系统的安全，如何管理用户身份，以及存储数据的加密密钥，是安全计算机系统的关键。
故，针对目前现有技术中存在的上述缺陷，实有必要进行研究，以提供一种方案，解决现有技术中存在的缺陷。
发明内容
为了克服上述现有技术的缺陷，本实用新型提供了一种基于指纹认证和数据加密功能硬盘的安全计算机，加密密钥和用户身份相关联，既能保护用户身份，又能保护硬盘数据安全。
为解决现有技术存在的问题，本实用新型的技术方案为：
一种基于安全硬盘的计算机，包括集成指纹采集模块的电源开关、为计算机供电的电源、具有指纹识别功能和数据加密功能的安全硬盘以及计算机主系统；
所述电源开关在开启电源供电的同时能采集和传输用户指纹信息；
所述计算机主系统与安全硬盘相连接，至少包括CPU和主板；
所述安全硬盘中的数据以密文方式存储；
开机时，所述安全硬盘获取用户指纹信息并进行用户身份认证；
在身份认证通过之前，所述安全硬盘处于完全关闭状态，计算机主系统无法读出任何数据；
通过用户身份认证后才能开启安全硬盘，并获取加密密钥，计算机主系统读取经解密后的数据。
优选地，所述安全硬盘包括身份认证模块、硬盘控制器、硬盘接口单元、加解密模块和存储单元；
所述身份认证模块用于接收指纹信息并进行用户身份认证，并将认证结果信息发送给硬盘控制器；
所述硬盘接口单元用于与计算机主系统连接，用户身份认证成功之前，处于关闭状态；
所述加解密模块用于对数据加密或者解密；
所述存储单元用于存储加密的数据；
所述硬盘控制器与身份认证模块、硬盘接口单元和加解密模块相连接，并根据所述认证结果信息，控制硬盘接口单元和加解密模块；用户身份认证成功之后，所述硬盘控制器从身份认证模块获取加密密钥，同时发送控制信号开启硬盘接口单元和加解密模块。
优选地，所述身份认证模块包括接受指纹信息并进行处理的指纹数据输入接口、存储用户指纹信息和加密密钥的用户数据库、用于与硬盘控制器连接的通信接口、用于注册和管理用户的用户管理输入接口以及管理模块；
所述管理模块接收指纹数据输入接口的数据信息并进行数据处理，将获得的指纹信息和用户数据库进行匹配；
所述用户管理输入接口能触发所述管理模块进入用户注册和管理模式；
所述加密密钥为与用户指纹信息相关联的随机数据。
优选地，所述用户数据库可包含一个或多个用户的指纹信息。
优选地，所述用户管理输入接口为触发按键。
优选地，所述硬盘接口单元是IDE、PATA、SATA、PCIE、SAS或USB中的任一种。
优选地，所述加解密模块采用对称加密方式，具体方式为GOST、DES、AES或SM4中的任一种。
优选地，所述存储单元为非易失性存储介质。
优选地，所述存储单元为eMMC、T卡、SD卡或者MMC卡中的任一种。
优选地，所述安全硬盘是一颗集成电路芯片，或者由多个模块组成的电路系统。
与现有技术相比，本实用新型提出的技术方案通过将数据加密密钥和用户身份关联，以及在开关机过程中自动完成身份认证，具有一键认证的便捷特点。身份认证和数据加密都在安全硬盘非启动状态下完成，在身份认证之前，计算机主系统无法得到任何数据，杜绝通过数据分析破解的可能，同时硬盘数据全 部为加密数据，非法用户没有密钥的情况下，也无法取得数据。从而杜绝了通过身份伪造，或者窃取硬盘获得数据的可能，使得系统具有更高的安全性。
附图说明
图1是本实用新型实施例基于安全硬盘的计算机的原理框图；
图2是图1所示的安全硬盘的原理框图；
图3是图2所示的身份认证模块的原理框图；
图4是本实用新型实施例基于安全硬盘的计算机的控制流程图。
具体实施方式
为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
相反，本实用新型涵盖任何由权利要求定义的在本实用新型的精髓和范围上做的替代、修改、等效方法以及方案。进一步，为了使公众对本实用新型有更好的了解，在下文对本实用新型的细节描述中，详尽描述了一些特定的细节部分。对本领域技术人员来说没有这些细节部分的描述也可以完全理解本实用新型。
参见如图1，所示为本实用新型实施例基于安全硬盘的计算机的原理框图，包括集成指纹采集模块的电源开关1、为计算机供电的电源2、具有指纹识别功能和数据加密功能的安全硬盘3以及计算机主系统4；
带指纹采集功能的系统开关1将指纹采集模块和电源开关合二为一，结合了开关和指纹采集的双重功能，不需要增加额外的指纹采集模块，使用更加便利。该开关在物理结构上首先是一种开关（例如按钮开关），当用户按下开关，开关接通时，开启计算机电源2。开关表面为指纹采集模块，内含指纹处理系统，对图像进行预处理。用户按下开关上电后，指纹采集模块启动，自动采集 用户指纹信息并进行处理，再将用户指纹信息发送给安全硬盘进行身份认证，身份认证失败，则计算机无法启动。
参见图2，所示为安全硬盘的原理框图，安全硬盘3包含身份认证模块31，硬盘控制器32、硬盘接口单元33、加解密模块34和存储单元35。安全硬盘可以是一颗集成电路芯片，或者多个电路模块组成。其特点在于，所有存储单元中的数据全部以密文方式存放，该硬盘在身份认证通过之前，硬盘接口单元处于完全关闭状态，无法读出任何数据。
身份认证模块31用于接收指纹信息并进行用户身份认证，并将认证结果信息发送给硬盘控制器32，同时负责用户的管理，包括注册，匹配，解锁，系统锁定，注销。用户信息存储在片内非易失性存储介质中，可以注册一个或者多个用户。身份认证模块对使用者指纹信息进行匹配分析，匹配成功，则通过身份认证，获取安全硬盘数据开启计算机系统，否者，拒绝访问。
参加图3，所示为身份认证模块的原理框图，在启动过程中，身份认证模块31通过指纹数据输入接口311接受指纹采集开关采集的指纹信息并进行处理。身份认证模块31包含一用户数据库313，该数据库存放在非易失性存储介质，如EEPROM,FLASH等存储介质。用户数据库可以包含一个用户或者多个用户的指纹信息，该信息是用户进入系统的唯一身份信息。身份认证模块31还包含一用户管理输入接口315，用于让安全硬盘进入用户注册和管理模式，新用户可以在该模式下进行注册。为了用户以及数据的安全性，用户注册和管理模式在非操作系统环境下进行。用户管理输入接口315与管理模块312相连接，其可以为一触发按键，用户按该键之后，将触发管理模块312进入用户注册和管理模式。用户使用该系统时，都要先注册自己的身份，也就是指纹的录入。计算机出厂时处于无锁状态，第一个用户注册就成为管理员，后面用户注册则需要通过第一个用户的指纹认证，进一步保证用户管理安全。指纹录入，匹配，注销等功能由管理模块312进行管理。管理模块312将获得的指纹信息和用户数据库313进行匹配，如果匹配成功，则通过通信接口314，将结果传 送给硬盘控制器32，如果匹配失败，则可以产生告警。管理模块312可以设定重试次数，如果重试次数超过设定次数，启动数据销毁功能，将系统初始化到原始状态。
硬盘控制器32是硬盘的核心模块，该模块获取身份认证结果，根据结果进行相应的操作，如设定加解密密钥，开启硬盘接口单元。加解密模块34的密钥由身份认证模块的管理模块统一管理，该密钥一般为随机数据，和用户信息关联。
加解密模块34用于对数据流进行加密，采用对称加密方法，包括但不限于GOST、DES、AES、SM4等加解密方式。加解密模块秘钥只有在身份认证通过后由硬盘控制器发放获取，并由控制器完成初始化。加密密钥是用户注册时产生的随机数存放在身份认证模块中，用户没有获取该密钥的途径。
硬盘接口单元33用于连接计算机主系统和硬盘，实现数据的传输，该接口可以是IDE、PATA、SATA、PCIE、SAS或USB中的任一种，但并不局限与此。硬盘接口单元处于关闭状态时，主系统无法获取任何数据。使得数据更加安全。
存储单元35用于保存数据，采用非易失性存储介质。可以是基于磁介质的磁盘，也可以是基于FLASH工艺的存储体，包括NAND FLASH芯片，以及以NAND FLASH以基础的存储体，如eMMC，T卡，SD/MMC卡等。存储单元存放包括系统和用户数据，数据经过加密模块加密，全部以密文形式存在，从而防止直接从存储单元获取数据。
本实用新型实施例的基于身份认证和数据加密功能的安全硬盘的计算机，在开机过程中，自动采集用户指纹信息，并完成身份认证功能，具有一键认证的特点。系统数据以密文方式存储，密钥和身份关联，能够防止直接正对硬盘的破解技术。如果用户不提供正确的指纹信息，在完成身份认证之前，硬盘一直处于关闭状态，不可能用木马，破解软件等方式破解系统。提供正确的指纹信息，是开启系统的唯一途径。因为存放在存储单元的数据全部以密文方式存 放，仅仅取出存储单元，放在其他环境或者系统中，能够获取的也只是密文，只有拿到密钥，才能解开数据。
参加图4，所示为本实用新型实施例基于安全硬盘的计算机的控制流程图，具体开机数据控制流程为：
401：用户手指按下带指纹采集功能的系统开关，系统开关产生一个信号给计算机电源，计算机上电。
402：指纹采集模块上电后，采集用户指纹图像，并对图像进行处理，提取特征点，形成指纹信息。
403：安全硬盘上电后，身份认证模块通过指纹数据输入接口（如SPI,I2C等）接收指纹信息。身份认证管理单元将指纹信息和所有存在用户数据库中已经注册的用户信息进行匹配，如果无法找到匹配数据，则判定为非法用户，匹配失败响应。如果匹配成功，发送解锁命令给硬盘控制器。
404：匹配失败，发出警告，并返回。
405：硬盘控制器从身份认证模块获得解锁信号，硬盘控制器从身份认证模块读取相对应的加密密钥，并对加解密模块进行密钥的初始化。该密钥只有注册时由身份认证模块随机生成，并和用户信息关联存在用户数据库中。
406：硬盘控制器打开硬盘接口单元，从而可以开始和主系统进行通信。
407：主系统从硬盘启动并登录到系统，启动完成。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，包括集成指纹采集模块的电源开关（1）、为计算机供电的电源（2）、具有指纹识别功能和数据加密功能的安全硬盘（3）以及计算机主系统（4）；
所述电源开关（1）在开启电源供电的同时能采集和传输用户指纹信息；
所述计算机主系统（4）与安全硬盘（3）相连接，至少包括CPU和主板；
所述安全硬盘（3）中的数据以密文方式存储；
开机时，所述安全硬盘（3）获取用户指纹信息并进行用户身份认证；
在身份认证通过之前，所述安全硬盘（3）处于完全关闭状态，计算机主系统（4）无法读出任何数据；
通过用户身份认证后才能开启安全硬盘（3），并获取加密密钥，计算机主系统（4）读取经解密后的数据。
2.根据权利要求1所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述安全硬盘（3）包括身份认证模块（31）、硬盘控制器（32）、硬盘接口单元（33）、加解密模块（34）和存储单元（35）；
所述身份认证模块（31）用于接收指纹信息并进行用户身份认证，并将认证结果信息发送给硬盘控制器（32）；
所述硬盘接口单元（33）用于与计算机主系统（4）连接，用户身份认证成功之前，处于关闭状态；
所述加解密模块（34）用于对数据加密或者解密；
所述存储单元（35）用于存储加密的数据；
所述硬盘控制器（32）与身份认证模块（31）、硬盘接口单元（33）和加解密模块（34）相连接，并根据所述认证结果信息，控制硬盘接口单元（33）和加解密模块（34）；用户身份认证成功之后，所述硬盘控制器（32）从身份认证模块（31）获取加密密钥，同时发送控制信号开启硬盘接口单元（33）和加解密模块（34）。
3.根据权利要求2所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述身份认证模块（31）包括接受指纹信息并进行处理的指纹数据输入接口（311）、存储用户指纹信息和加密密钥的用户数据库（313）、用于与硬盘控制器（32）连接的通信接口（314）、用于注册和管理用户的用户管理输入接口（315）以及管理模块（312）；
所述管理模块（312）接收指纹数据输入接口（311）的数据信息并进行数据处理，将获得的指纹信息和用户数据库进行匹配；
所述用户管理输入接口（315）能触发所述管理模块（312）进入用户注册和管理模式；
所述加密密钥为与用户指纹信息相关联的随机数据。
4.根据权利要求3所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述用户数据库（313）可包含一个或多个用户的指纹信息。
5.根据权利要求3所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述用户管理输入接口（315）为触发按键。
6.根据权利要求2所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述硬盘接口单元（33）是IDE、PATA、SATA、PCIE、SAS或USB中的任一种。
7.根据权利要求2所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述加解密模块（34）采用对称加密方式，具体方式为GOST、DES、AES或SM4中的任一种。
8.根据权利要求2所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述存储单元（35）为非易失性存储介质。
9.根据权利要求8所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述存储单元（35）为eMMC、T卡、SD卡或者MMC卡中的任一种。
10.根据权利要求1至9任一项所述的基于加密硬盘的安全计算机，其特征在于，所述安全硬盘（3）是一颗集成电路芯片，或者由多个模块组成的电路系统。
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Effective date of registration: 20210914 Address after: 311800 111 g TA TA Road, Tao Zhu street, Zhuji, Shaoxing, Zhejiang. Patentee after: Zhejiang HUAQUAN Microelectronics Co.,Ltd. Address before: 311800 111 g TA TA Road, Tao Zhu street, Zhuji, Shaoxing, Zhejiang. Patentee before: ZHEJIANG ZHUJI QICHUANG ELECTRONIC SCIENCE & TECHNOLOGY Co.,Ltd. |
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Granted publication date: 20140730 |