CN206673968U - 一种基于vlc的单向安全传输装置 - Google Patents
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Abstract
本实用新型涉及信息安全数据传输技术领域，尤其涉及一种基于VLC的单向安全传输装置，包括用于与非涉密网络、数据连接的非涉密系统板，用于与涉密网络、数据连接的涉密系统板和为非涉密系统板和涉密系统板供电的主备电源；非涉密系统板包括计算机主机板A、与计算机主机板A连接的标准通用接口A和VLC以太网卡A，涉密系统板包括计算机主机板B，与计算机主机板B连接的标准通用接口B和VLC以太网卡B；VLC以太网卡A和VLC以太网卡B之间采用VLC模式进行单向传输数据，数据由VLC以太网卡A向VLC以太网卡B进行单向传输。本实用新型提供的一种基于VLC的单向安全传输装置，具有装置体积小、安全性强，传输效率高，使用更灵活，具备单向数据传输，具有安全可视性，稳定可靠的优点。
Description
技术领域
本实用新型涉及信息安全数据传输技术领域，尤其涉及采用VLC(Visible LightCommunication)技术，具备单向数据传输，具有安全可视性，传输效率高、稳定可靠的一种基于VLC的单向安全传输装置。
背景技术
随着互联网信息化的发展，政府、军队、国企和银行等面临信息安全威胁，为此建立起安全级别较高的内部网络，但是安全级别高的内部网络需要和安全级别低的互联网等其它外部网络之间进行数据传输。在进行数据传输时，为了防止安全级别高的内部网络信息泄露，保证内部网络数据不被外部网络窃取，但依然可以实现安全级别低的外部网络数据传输到安全级别高的内部网络，一般采用单向数据传输设备以隔离安全级别高的内部网络与安全级别低的外部网络，实现数据的单向传输，且不存在任何由安全级别高的内部网络至安全级别低的外部网络的信息反馈通道。
目前现有的单向数据传输设备可分为非物理隔离和物理隔离两大类，首先非物理隔离意味着安全级别高的内部网络和安全级别低的外部网络之间依然存在物理连接，采用防火墙在网络层过滤和网闸开关等传统方式存在诸多漏洞，仍然存在安全隐患。其次物理隔离方法在解决信息安全的同时，同时也带来信息交换的困难，例如人工用移动介质交换数据(刻录光盘)，不利于信息交换需求频繁的应用。故此类单向数据传输装置和方法不适合安全系数要求高且信息交换需求频繁的单向数据传输。
下面对现有的单向传输技术进行对比分析：
| 数据传输方式 | 安全性 | 适用场合 |
| 人工方式 | 物理隔离，安全性最优 | 适合小规模数据量的传输需求，适用于涉密区域和非涉密区域双向传输需求 |
| 影像识别 | 物理隔离，安全性次优 | 传输速率低，适合小规模数据量的传输需求，适用于涉密区域和非涉密区域双向传输需求 |
| 光闸 | 物理连接，采用光纤作为传输介质，利用光的单向传输，安全程度依赖于当前安全技术 | 适合提供大数据服务或实时的网络服务，支持多业务平台建设，不适合高涉密区域数据传输 |
| 数据交换网 | 物理连接，采用完整安全保障体系的深层次防护（防护、监控、审计），安全程度依赖于当前安全技术 | 适合提供大数据服务或实时的网络服务，支持多业务平台建设，不适合高涉密区域数据传输 |
| 网闸 | 物理上不同时连接，对攻击防护好，但协议的代理对病毒防护依赖当前技术 | 适合定期的批量数据交换，但不适合多应用的穿透，不适合高涉密区域数据传输 |
| 多重安全网关 | 物理连接，从网络层到应用层的防护 | 不适合涉密网络与非涉密网络数据交换，适合办公网络与互联网络的隔离，不适合高涉密区域数据传输 |
| 防火墙 | 物理连接，网络层的安全防护 | 适合网络的安全区域的隔离，适合同安全级别的网络隔离，不适合高涉密区域数据传输 |
目前多数单向导入设备是系统级的应用，依然存在物理连接，部署复杂，价格昂贵，使用繁琐。在信息化条件下，保密与信息共享二者难以兼得，矛盾日益突出，涉密网络与非涉密网络之间的信息交换需求增大，传统的人工方式和影像识别难以支撑大数据时代的传输压力，迫切需要一种新型的高效安全易用的单向安全传输产品。
可见光通信技术，是利用荧光灯或发光二极管等发出的肉眼看不到的高速明暗闪烁信号来传输信息的技术。相对于白色LED灯，采用但不仅限于红、蓝、绿等单色LED灯进行可见光通信，具有高带宽、成本低、易于实现等特点，在无照明需求的单纯数据通信场景中应用广泛。单色可见光通信具有天然的单向性，且不需要实体物理连接，非常适合作为数据单向传输设备的通信方式。但是目前在信息安全应用领域，尚无采用可见光通信的单向数据传输设备产品。
发明内容
本实用新型的目的在于解决现有单向安全传输技术存在的安全性不足等问题，提供一种基于VLC的单向安全传输装置，满足物理隔离和单向安全传输等需求，兼容现有网络设备和计算机通用接口，具备适用性广、高安全性、高传输速率、低成本等多种优势。
本实用新型是这样实现的：一种基于VLC的单向安全传输装置，包括用于与非涉密网络、数据连接的非涉密系统板，用于与涉密网络、数据连接的涉密系统板和为非涉密系统板和涉密系统板供电的主备电源；
所述非涉密系统板包括计算机主机板A、与计算机主机板A连接的标准通用接口A和VLC以太网卡A，所述涉密系统板包括计算机主机板B，与计算机主机板B连接的标准通用接口B和VLC以太网卡B；
所述VLC以太网卡A和VLC以太网卡B之间采用VLC模式进行单向传输数据，数据由VLC以太网卡A向VLC以太网卡B进行单向传输。
进一步的，所述VLC以太网卡A包括依次连接的PCI-E总线控制器A、以太网卡电路模块A、VLC数字电路模块A、VLC模拟电路模块A和LED灯组，所述以太网卡电路模块A通过PCI-E总线控制器A与所述计算机主机板A连接，用于发送私有协议类型的数据包，并转发给所述计算机主机板A。
进一步的，所述VLC以太网卡B包括依次连接的PD检测器件、VLC模拟电路模块B、VLC数字电路模块B、以太网卡电路模块B和PCI-E总线控制器B，所述PD检测器件的前端设置有透镜组件，所述以太网卡电路模块B通过PCI-E总线控制器B与所述计算机主机板B连接，用于接收私有协议类型的数据包，并转发给所述计算机主机板B。
进一步的，所述以太网卡电路模块A和VLC数字电路模块A通过SGMII/SerDes进行物理连接，实现千兆万兆级数据传输。
进一步的，所述以太网卡电路模块B和VLC数字电路模块B通过SGMII/SerDes进行物理连接，实现千兆万兆级数据传输。
进一步的，所述标准通用接口A为一组千兆以太网网口RJ45A，用于接收TCP/IP协议类型的数据包；所述标准通用接口B为一组千兆以太网网口RJ45B，用于发送TCP/IP协议类型的数据包。
进一步的，所述非涉密系统板、涉密系统板、主备电源固定安装在工控机箱内；所述工控机箱为工业级机架式机箱。
本实用新型具有以下优点：
本实用新型提供的基于VLC的单向安全传输装置、系统及方法采用VLC无线单向可靠传输，无需有线连接，实现源网络和目的网络之间的物理隔离，相比现有技术具有可视安全性；采用但不仅限于单色VLC进行高速数据传输，可实现千兆万兆级数据传输，相比现有技术具有高效数据传输优势；物理传输层采用一种新型VLC以太网卡实现数据单向传输，相比现有技术具有低成本优势。
总之，本实用新型提供的一种基于VLC的单向安全传输装置，具有装置体积小、安全性强，传输效率高，使用更灵活，具备单向数据传输，具有安全可视性，稳定可靠的优点。
附图说明
图1为本实用新型提供的一种基于VLC的单向安全传输装置的结构示意图。
图2为本实用新型提供的一种基于VLC的单向安全传输装置中VLC以太网卡A和VLC以太网卡B的结构示意图。
图3为本实用新型提供的一种利用基于VLC的单向安全传输装置传输数据的系统的结构示意图。
图4为本实用新型提供的一种利用基于VLC的单向安全传输系统传输数据的方法的流程示意图。
图5为本实用新型提供的一种利用基于VLC的单向安全传输系统传输数据的方法中数据处理、传输的工作原理流程示意图。
图中：1、非涉密系统板；2、涉密系统板；3、主备电源；4、工控机箱；11、计算机主机板A；12、标准通用接口A；13、VLC以太网卡A；21、计算机主机板B；22、标准通用接口B；23、VLC以太网卡B；131、PCI-E总线控制器A；132、以太网卡电路模块A；133、VLC数字电路模块A；134、VLC模拟电路模块A；135、LED灯组；231、PD检测器件；232、VLC模拟电路模块B；233、VLC数字电路模块B；234、以太网卡电路模块B；235、PCI-E总线控制器B；236、透镜组件。
具体实施方式
本实用新型的目的在于解决现有单向安全传输技术存在的安全性不足等问题，提供一种基于VLC的单向安全传输装置，满足物理隔离和单向安全传输等需求，兼容现有网络设备和计算机通用接口，具备适用性广、高安全性、高传输速率、低成本等多种优势。
如图1~5所示，一种基于VLC的单向安全传输装置，包括用于与非涉密网络、数据连接的非涉密系统板21，用于与涉密网络、数据连接的涉密系统板2和为非涉密系统板21和涉密系统板2供电的主备电源3，其中非涉密系统板21和所述涉密系统板2均分别包括：硬件架构、软件架构、协议转换三大方面，可以实现单向信息传输安全稳定可靠、防攻击、防泄密；非涉密系统板21包括计算机主机板A11、与计算机主机板A11连接的标准通用接口A12和VLC以太网卡A13，所述涉密系统板2包括计算机主机板B21，与计算机主机板B21连接的标准通用接口B22和VLC以太网卡B23；VLC以太网卡A13和VLC以太网卡B23之间采用VLC模式进行单向传输数据，数据由VLC以太网卡A13向VLC以太网卡B23进行单向传输。
上述VLC以太网卡A13包括依次连接的PCI-E总线控制器A131、以太网卡电路模块A132、VLC数字电路模块A133、VLC模拟电路模块A134和LED灯组135，所述以太网卡电路模块A132通过PCI-E总线控制器A131与所述计算机主机板A11连接，用于发送私有协议类型的数据包，并转发给所述计算机主机板A11，以太网卡电路模块A132和VLC数字电路模块A133通过SGMII/SerDes进行物理连接，实现千兆万兆级数据传输；VLC以太网卡B23包括依次连接的PD检测器件231、VLC模拟电路模块B232、VLC数字电路模块B233、以太网卡电路模块B234和PCI-E总线控制器B235，所述PD检测器件231的前端设置有透镜组件236，所述以太网卡电路模块B234通过PCI-E总线控制器B235与所述计算机主机板B21连接，用于接收私有协议类型的数据包，并转发给所述计算机主机板B21，以太网卡电路模块B234和VLC数字电路模块B233通过SGMII/SerDes进行物理连接，实现千兆万兆级数据传输。上述标准通用接口A12为一组千兆以太网网口RJ45A，用于接收TCP/IP协议类型的数据包；标准通用接口B22为一组千兆以太网网口RJ45B，用于发送TCP/IP协议类型的数据包。非涉密系统板21、涉密系统板2、主备电源3固定安装在工控机箱4内；所述工控机箱4为工业级机架式机箱。本装置采用VLC实现无线单向数据传输，具有可视安全性，传输通道为自由空间，且传输通道封闭在密闭装置内，无法被外界窃取加密信息。主备电源3包含主用供电电路和备用供电电路，当主用供电电路出现故障暂时无法供电时，设备自动启用所述备用供电电路，可以保证所述基于VLC的单向安全传输装置长时间稳定工作。
上述基于VLC的单向安全传输装置中信号输入部分的各组件的作用分别是：
VLC以太网卡A13的PCIE接口主要接收来源于非涉密系统板21CPU中经过处理的数字信号；
VLC以太网卡A13的以太网卡电路模块A132主要是接收以太网控制信号，并对信号进行处理之后通过SGMII或SerDes进行物理电气连接，传输到FPGA芯片；
VLC以太网卡A13的VLC数字电路模块A133作用是FPGA芯片进行数字基带的处理；VLC以太网卡A13的VLC模拟电路模块A134首先是DAC（数字-模拟转换器）把经过FPGA处理过的数字信号转换为模拟信号，随后为了能更好使用信号驱动LED灯,进行高速的明暗变换，必须对信号进行三级的放大处理，最后是驱动电路，所述驱动电路的用途是配合信号驱动LED灯进行数据的传输。
信号接收部分的各组件的作用分别是：
VLC以太网卡B23的透镜和PD检测器件231是用来检测并接收光信号；
VLC以太网卡B23的VLC模拟电路模块B232是用来进行模拟信号的放大、均衡、PLL（相位时钟同步）、模拟-数字的转换；
VLC以太网卡B23的VLC数字电路模块B233作用是FPGA芯片进行数字信号处理并通过SGMII或SerDes进行物理电气连接，传输给以太网卡控制器芯片；
VLC以太网卡B23的以太网卡电路模块B234主要是以太网控制芯片进行数据的处理；
VLC以太网卡B23的PCIE接口把数据传输到涉密系统板2的CPU中进行处理。
一种利用上述的基于VLC的单向安全传输装置传输数据的系统，包括：基于VLC的单向安全传输装置和分别与基于VLC的单向安全传输装置连接的源网络、配置管理端A、配置管理端B和目的网络；源网络通过RJ45/SFP与所述基于VLC的单向安全传输装置连接，所述配置管理端A通过RS232串口/RJ45网口与所述基于VLC的单向安全传输设备连接；目的网络通过RJ45/SFP与所述基于VLC的单向安全传输设备连接，所述配置管理端B通过RS232串口/RJ45网口与所述基于VLC的单向安全传输设备连接。
一种利用上述的基于VLC的单向安全传输系统传输数据的方法，包括如下步骤：
步骤S21，单向数据传输准备，源网络和单向安全传输设备连接正常处于传输准备状态；
步骤S22，源网络与所述单向安全传输设备通过标准通用接口连接，源网络数据发送，经过标准通用接口A12将数据发送到非涉密系统板21中；
步骤S23，源网络数据经过OSI七层协议，数据解析剥离，再经过数据加密、校验编码、私有协议封装后，传输至VLC以太网卡A13；该私有协议是基于单向传输UDP协议安全加强后的协议，用于实现单向传输时确保信息传输安全性
步骤S24，由VLC以太网卡A13将源网络数据传输至VLC以太网卡B23，再经过私有协议解析、校验解码、数据解密后，数据封装，经过OSI七层协议；接收端反向解析识别私有协议封装的数据，并进行后续各项处理；
步骤S25，目的网络和单向安全传输设备，且两者通过标准通用接口连接，经过标准通用接口B22将步骤S24中得到的处理后的数据发送到涉密系统板2中，目的网络数据接收；
步骤S26，单向数据传输结束；源网络和所述单向安全传输设备结束本次数据传输，处于低功耗状态。
本实用新型提供的一种基于VLC的单向安全传输装置中的发送端的工作原理是通过非涉密主机通过网络连接VLC单向安全传输装置，通过TCP/IP协议进行数据的导入，数据包含但不局限于：视频、文档、音频等常见的文件格式；发送端的工作原理是通过VLC以太网卡B23将传输过来的可见光信号转换为干净的模拟信号，再通过模数转换器转换为数字信号并做数字基带处理，最后通过涉密系统板2进行数字信号处理，通过RJ45接口使用TCP/IP协议将文件传输到涉密主机。
具体使用时，将需要导入的数据通过通用网络连接的TCP/IP协议进入非涉密系统板21的RJ45接口，随后经过以太网控制器使百兆或千兆级的网络数据转变为SGMII或SerDes进行物理电气连接，传输到非涉密系统板21进行信号的处理，随后得到数据A。非涉密系统板21主要做安全软件、设备配置、控制系统等作用。数据A经过非涉密系统板21进行信号处理之后，通过PCI-E接口连接到VLC以太网卡A13，以太网卡A主要由以太网控制器、FPGA主芯片、数据缓存模块、模拟信号发送模块，其中模拟信号发送模块主要由数模转换器、预均衡电路、模拟信号放大、LED灯驱动电路和LED灯组135成，数据发送端的FPGA将数据A进行调制/信道编码等一系列的基带信号处理后，得到数字信号A，再经过数模转换器将数字信号A转换为模拟信号A，并通过FMC接口传输给发送端模拟电路模块，模拟信号发送模块接收到模拟信号A后，经过预均衡电路处理、模拟信号放大、LED灯驱动电路对模拟信号施加直流负载处理之后，传输到LED灯，经过LED灯的高速明暗变换进行可见光信号的单向传输。以太网卡B主要由模拟信号接收模块、数据缓存模块、FPGA主芯片、以太网控制器组成，模拟信号接收端主要由APD光信号检测器、后置均衡电路、限幅放大器、相位时钟同步器、模数转换器组成。数据接收端的APD光信号检测器可以将可见光信号恢复成电流信号，随后经过后置均衡处理、模拟信号放大、相位时钟同步处理之后得到模拟信号B，然后通过FMC接口传输到接收端的VLC以太网卡B23。数据接收端FPGA信号处理模块将接收到的模拟信号B送给模数转换器，将其转换为数字信号B，然后再将数字信号B进行信道解码/解调等一系列的操作，还原得到数据B，然后传输给接收端的涉密系统板2。
由以上具体实施方式可知，本实用新型提供的一种基于VLC的单向安全传输装置，具有装置体积小、安全性强，传输效率高，使用更灵活，具备单向数据传输，具有安全可视性，稳定可靠的优点。
Claims (7)
1.一种基于VLC的单向安全传输装置，其特征在于：包括用于与非涉密网络、数据连接的非涉密系统板，用于与涉密网络、数据连接的涉密系统板和为非涉密系统板和涉密系统板供电的主备电源；
所述非涉密系统板包括计算机主机板A、与计算机主机板A连接的标准通用接口A和VLC以太网卡A，所述涉密系统板包括计算机主机板B，与计算机主机板B连接的标准通用接口B和VLC以太网卡B；
所述VLC以太网卡A和VLC以太网卡B之间采用VLC模式进行单向传输数据，数据由VLC以太网卡A向VLC以太网卡B进行单向传输。
2.根据权利要求1所述的基于VLC的单向安全传输装置，其特征在于：所述VLC以太网卡A包括依次连接的PCI-E总线控制器A、以太网卡电路模块A、VLC数字电路模块A、VLC模拟电路模块A和LED灯组，所述以太网卡电路模块A通过PCI-E总线控制器A与所述计算机主机板A连接，用于发送私有协议类型的数据包，并转发给所述计算机主机板A。
3.根据权利要求1所述的基于VLC的单向安全传输装置，其特征在于：所述VLC以太网卡B包括依次连接的PD检测器件、VLC模拟电路模块B、VLC数字电路模块B、以太网卡电路模块B和PCI-E总线控制器B，所述PD检测器件的前端设置有透镜组件，所述以太网卡电路模块B通过PCI-E总线控制器B与所述计算机主机板B连接，用于接收私有协议类型的数据包，并转发给所述计算机主机板B。
4.根据权利要求2所述的基于VLC的单向安全传输装置，其特征在于：所述以太网卡电路模块A和VLC数字电路模块A通过SGMII/SerDes进行物理连接，实现千兆万兆级数据传输。
5.根据权利要求3所述的基于VLC的单向安全传输装置，其特征在于：所述以太网卡电路模块B和VLC数字电路模块B通过SGMII/SerDes进行物理连接，实现千兆万兆级数据传输。
6.根据权利要求1所述的基于VLC的单向安全传输装置，其特征在于：所述标准通用接口A为一组千兆以太网网口RJ45A，用于接收TCP/IP协议类型的数据包；所述标准通用接口B为一组千兆以太网网口RJ45B，用于发送TCP/IP协议类型的数据包。
7.根据权利要求1所述的基于VLC的单向安全传输装置，其特征在于：所述非涉密系统板、涉密系统板、主备电源固定安装在工控机箱内；所述工控机箱为工业级机架式机箱。
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