TWI514834B - 機敏資料加密演算儲存裝置 - Google Patents

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Description

機敏資料加密演算儲存裝置
本發明是關於一種資訊存儲和資訊安全技術，特別是一種具有儲存機敏資料的可攜式儲存裝置。
資訊技術的快速發展，為人們日常生活的各個領域都帶來了極大的便利和前所未有的革新。目前在醫療行業中廣泛使用的電子醫保卡包含有患者的姓名、年齡、社會保險號和醫保帳戶等資訊，逐步代替了繁瑣的醫保報銷程式和紙質表單。
然而，患者在求醫問藥的過程中還有很多不便之處，例如DR(Digital Radiography，直接數位化X射線攝影系統)、CT(electronic computer X-ray tomography technique，電子電腦X射線斷層掃描技術簡稱)等醫學影像資訊可以有效協助醫生進行診斷、剖析和定位，這些醫學影像資訊的載體通常有光碟、化學膠片、印刷紙張等介質，但上述介質均不易長期保存，無法重複使用，廢棄後還會導致環境污染，而且作為一種大量使用的醫療耗材無疑加重了患者的經濟負擔。
隨著醫院資訊化水準的提高，專用的醫療影像資料存儲 裝置應運而生，中國專利ZL200820215733.7公開一種大容量多功能醫保卡，參見附圖1所示，其包括主控晶片，主控晶片內具有的FLASH存儲晶片，所述主控晶片通過SPI介面、I2C匯流排界面或其他通信介面外接1GB以上的大容量FLASH存儲晶片，主控晶片內的FLASH存儲晶片中存儲基本醫保卡資訊，外接大容量FLASH存儲晶片中存儲電子病歷資訊，並提供醫保卡資訊和電子病歷資訊兩種通訊介面，通過醫保卡資訊和電子病歷資訊兩種通訊介面分別與醫保執行資訊系統和醫院執行資訊系統進行資訊交互，電子病歷資訊中包括患者身高、血型、家族健康史、詳細的病歷記錄和醫學影像資料。這種醫保卡集成醫保卡和電子病歷兩種功能：通過醫保通訊介面和WEB網路接入社會醫保管理系統，實現普通醫保卡功能；利用電子病歷通訊介面與醫院內部的執行資訊系統連接，實現個人醫療資訊的在各個地區各個醫院之間的共用。
上述專利中所涉及的外接大容量FLASH存儲晶片，可以封裝為如SD卡、Micro SD卡、Mini SD卡或其他移動可擕式存放裝置，然而問題在於在這些移動存放裝置中的醫療資訊沒有被加密處理，對於患者來說沒有私密性、個人資訊容易被盜取，同時也隱藏著較為突出的醫患矛盾。
現有技術中移動可擕式存放裝置的資料加密通常是使用軟體方式，或者利用軟體驅動方式採用通關密碼方式進行存儲，通過軟體截獲或軟體插斷方式皆無法有效保密珍貴的資料，加密軟體反而可能讓病毒、駭客在無形當中入侵且傳染；再者，當這種移動可擕式存放裝置接上USB串口時， 需要讓使用者安裝任何驅動程式才可運行，增加了使用複雜度，不利於大範圍推廣。
此外，移動可擕式存放裝置本身通過USB的存儲介面可以獲得非常高效的存儲速度，但使用軟體加密的方式，導致解密的時間較長嚴重影響資料的讀取效率。
由此可見，如果能開發加密方式可靠的資料存儲裝置並應用於醫療行業，將為醫療資訊管理帶來激動人心的革新與進步，方便廣大患者就醫。
為解決既有技術之諸多問題，本發明的目的在於提供一種可攜式機敏(如：醫學影像診斷報告等)資料存儲裝置並使用硬體串列AES運算加密的方式，通過電腦USB介面進行資訊以ARM式MCU硬體執行AES演算加密後，再將醫學影像報告相關密信資料存儲至固態硬碟(Nand Flash)，並進行資料分區、保存、加密等管理。
本發明提出一種機敏資料加密演算儲存裝置，其包含一主控制器以及分別與該主控制器電性連接之一可熱插拔傳輸介面及一儲存單元，該主控制器包含一加密模組及一處理單元，該處理單元驅使該加密模組執行一加解密運算，該可熱插拔傳輸介面與一外部之電腦連接後與該主控制器傳遞訊號；該儲存單元至少包含一公用資料區及一密信區域，該公用資料區內儲一個以上的應用程式，該密信區域係使用加密運算之資料儲存區域，並於完成身分認證與解密後允許讀取該密信區域之資料。
其中，該主控制器包含一韌體模組與該處理模組電性連 接，該加密模組係採用一AES串列加密演算。
其中，該可熱插拔傳輸介面為USB、SATA、FireWire或Thunderbolt；該儲存單元為重複讀寫且非暫存的記憶體，其為快閃記憶體、固態硬碟或微型硬碟。
其中，該密信區域可為隱藏記憶區域。
其中，該儲存單元為NAND flash快閃記憶體，其中該密信區域包含最後一個邏輯單元的記憶區塊，且其用於儲存一加密用於儲存記憶AES加密演算之該私鑰。
其中，該儲存單元包含複數個密信區域，每個密信區域以不同之私鑰加密儲存於其內的資訊，儲存於各不同的密信區域之資訊可包含開啟特定文件格式的應用程式。
其中，該特定的文件格式至少包含一醫學圖像或一檢查報告。
其中，該儲存單元包含複數個不同檔案格式的公用資料區，該儲存單元以一資料分區管理單元管理不同類型資料分別儲存於不同的公用資料區內，或以一檔案資料夾管理單元於不同的公用資料區管理不同用途或不同使用者的資料夾；每個不同使用者之專用資料夾可以一密碼保護或使用該加密運算予以加密。
其中，該儲存單元包含一許可權管理單元，其存放個人各種不同的許可權資料及憑證，提供使用者登入及認證等許可權控管對應具有閱讀權限的文件或資訊；該公用資料區包含複數個不同執行權限之應用程式，各應用程式經過密碼驗證後，允許不同權限使用者讀取或執行特定的資料或應用程式。
其中，其係形成一卡片外型，其包含一卡片本體及樞設於該卡片本體之一連接介面，該連接介面係安裝該可熱插拔傳輸介面，該連接介面樞設於該卡片本體之其中之一個角落。
藉此，本發明具備下列技術特徵及達成下述技術功效：
1.可達到資訊保密且多層認證，更可分析管理而適應各種不同使用權限的使用者。
2.本發明使用內嵌式軟體系統(Chip On System,COS)，使用者在任一電腦，無須安裝，便能實現一種醫學圖像、報告資料與存儲裝置，執行資訊串列密信演算安全處理，從而實現高可靠性的資料加密功能，更可依據不同的用戶許可權執行安全控制進行資料的讀寫。與目前現有技術相比，本發明提高了使用者私密性，資料需得到不同授權進行存取，提供更好的存儲保護等。在此裝置上實現了移動性、高速存取、私密性、重用性及永久保存性等優勢，從而最終提高了醫學圖像或診斷資訊的安全品質。
3.使用AES之加密演算，適合應用於諸如醫學圖像或檢測報告等資訊，AES運算的私密金鑰(K：加密鍵值)存放于密信區，進而通過加密和解密運算對資料存儲模組內的資料進行處理，避免了軟體加密的不可靠缺陷，提高了資料處理的安全性。
4.本發明裝置具有用戶許可權控管，只有符合許可權的用戶才能讀寫相應的資料，不是通過較易破譯或盜取的軟體加密方式，而是通過AES晶片實現硬體加密方式，因此安全性明顯提高。
5.本發明可以實現非授權模式下患者資料無法讀取，檢查資料無法修改，資料永久保持原始資訊的功能，駭客更無法使用計算器軟體插斷破譯、晶片移除破解等方法來截獲、拷貝、盜取患者資訊。
6.本發明使用內嵌式系統程式靭體加密(Firmware Encryption on chip system)技術，使用此技術，即使駭客想利用反組譯(Disassemble)程式得知或讀取加密Key值，亦無法得知更無法反追蹤。
1‧‧‧可熱插拔傳輸介面
2‧‧‧主控制器
3‧‧‧儲存單元
第一圖為本發明較佳實施例之系統方塊圖。
第二圖為本發明之加密演算步驟流程示意。
第三圖、第四圖為本發明之外觀設計實施範例。
請參考第一圖，其為本發明機敏資料加密演算儲存裝置之較佳實施例，其包含一主控制器2以及分別與該主控制器2電性連接之一可熱插拔傳輸介面1及一儲存單元3。該主控制器2之種類不限定，可為具有運算處理及控制能力之微處理電路，本實施例之該主控制器2係為以ARM9為主要內嵌處理架構的控制電路。該主控制器2至少包含一韌體模組、一加密模組及一處理單元，該處理單元與該韌體模組與該加密模組電性連接，其驅使內嵌式程式設計解析外部資訊，並控制執行讀取、刪除、修改許可權命令進行資料的處理工作，及驅使該加密模組執行加/解密運算。本實施例之 該加密模組係採用一AES (Advanced Encryption Standard)串列加密演算，其為一種 對稱式金鑰密碼編譯標準，它包括三個區塊編碼器，AES-128(128位金鑰)，AES-192(192位金鑰)和AES-256(256位元金鑰)。本實施例之加密模組為硬體組成的加解密運算電路，使用硬體的AES演算可大幅提昇運算速度與效率，使資料之加密處理速度與未經過加密之資料處理速度幾乎沒有差別。該加密模組係AES晶片為內嵌入有區塊編碼器的明文(Plain Text，P1、P2、P3、......Pn)，以及輸入一私鑰後經AES加密運算後輸出密文(Cipher Text，C1、C2、C3、......Cn)，解密過程則需要輸入加密數值(即私鑰)產生原始的明文，如第二圖的所示。該韌體模組可以用於儲存明文或私鑰，該韌體模組亦可以前述之加密演算方法保護其內儲資料，或以其他加密演算法加密執行資料之加密演算。
該可熱插拔傳輸介面1為一種支援熱插拔之傳輸介面，可如USB1.1~3.0、SATA、FireWire、Thunderbolt等介面，本實施例之該可熱插拔傳輸介面1係為USB傳輸頁面，其作為本實施例與一電腦連接與訊號傳遞之用。
該儲存單元3之種類不限定，可為任何一種可快速重複讀寫且非暫存的記憶體，例如快閃記憶體(如NAND Flash)、固態硬碟、微型硬碟等，該儲存單元3至少包含一公用資料區及一密信區域，該公用資料區係於本實施例以該可熱插拔傳輸介面1與該電腦50連接後，提供應用程式或資料讀取之儲存空間，其可包含複數個不同執行權限之應用程式，並可預設需經過密碼驗證後，允許不同權限使用者讀取或執行 特定的資料或應用程式。該密信區域係使用加密運算之資料儲存區域，並於完成身分認證與解密後允許讀取該密信區域之資料。該密信區域可為隱藏記憶區域。該儲存單元3依不同的組成記憶體種類而具有不同的該公用資料區與該密信區域之分區記憶形式；以本實施例為例，該儲存單元3為NAND flash快閃記憶體，其中該密信區域包含最後一個邏輯單元(LUN，logic unit)的記憶區塊，且其用於儲存一加密用於儲存記憶AES加密演算之該私鑰，其中本實施例之加密演算為使用256位的金鑰；當使用者輸入正確私鑰密碼後，該主控制器10分別於不同的儲存裝置或元件讀取公、私鑰，藉以達到更加的保密效果。如此，本實施例可以具此判讀用戶的許可權(讀取、寫入、刪除、修改等許可權)進行相關的功能操作。
進一步地，該儲存單元3可包含複數個密信區域，每個密信區域以不同之私鑰加密儲存於其內的資訊，儲存於各不同的密信區域之資訊可包含開啟特定文件格式的應用程式。舉例而言，本實施例可應用於儲存有關一病患的醫療資訊，諸如醫學圖像(X光、斷層掃描、核磁共振等)、檢查報告等，不同的密信區域依據不同的權限設定，儲存不同的特定資訊與對應可開啟特定資訊的應用程式，例如醫學圖像辨識軟體，如此，用戶僅需要通過身分認證，即可開啟對應授權閱讀之資訊，不需於其電腦額外安裝特殊的應用程式。
進一步地，該儲存單元可包含複數個不同檔案格式的公用資料區，該儲存單元3可以一資料分區管理單元管理不同類型資料分別儲存於不同的公用資料區內，或以一檔案資料 夾管理單元於不同的公用資料區管理不同用途或不同使用者的資料夾；每個不同使用者之專用資料夾可以一密碼保護或使用該加密運算予以加密。
為了分別管理具有不同資訊閱讀權限使用者可開啟資訊，該儲存單元3可進一步包含一許可權管理單元，其存放個人各種不同的許可權資料及憑證，提供使用者登入及認證等許可權控管對應具有閱讀權限的文件或資訊。
進一步地，請參考第三圖、第四圖，本發明可製作為一卡片外型，其包含一卡片本體及樞設於該卡片本體之一連接介面，該連接介面依據不同格式之可熱插拔傳輸介面1而可適應性調整，本實施例之該連接介面為一USB介面，使用時，轉出該連接介面即可與電腦連接，收納時，則可復歸該連接介面於該卡片本體下，拿到良好收納之技術功效。本實施例之該連接介面樞設於該卡片本體之其中之一個角落，進而大幅提昇該連接介面的可轉動角度，達到提昇便利性之技術功效。
藉此，本發明具備下列技術特徵及達成下述技術功效：
1.可達到資訊保密且多層認證，更可分析管理而適應各種不同使用權限的使用者。
2.本發明使用內嵌式軟體系統(Chip On System,COS)，使用者在任一電腦，無須安裝，便能實現一種醫學圖像、報告資料與存儲裝置，執行資訊串列密信演算安全處理，從而實現高可靠性的資料加密功能，更可依據不同的用戶許可權執行安全控制進行資料的讀寫。與目前現有技術相比，本發明提高了使用者私密性，資料需得到不同授權進行存取，提 供更好的存儲保護等。在此裝置上實現了移動性、高速存取、私密性、重用性及永久保存性等優勢，從而最終提高了醫學圖像或診斷資訊的安全品質。
3.使用AES之加密演算，適合應用於諸如醫學圖像或檢測報告等資訊，AES運算的私密金鑰(K：加密鍵值)存放于密信區，進而通過加密和解密運算對資料存儲模組內的資料進行處理，避免了軟體加密的不可靠缺陷，提高了資料處理的安全性。
4.本發明裝置具有許可權控管，只有符合許可權的用戶才能讀寫相應的資料，不是通過較易破譯或盜取的軟體加密方式，而是通過AES晶片實現硬體加密方式，因此安全性明顯提高。
6.本發明可以實現非授權模式下患者資料無法讀取，檢查資料無法修改，資料永久保持原始資訊的功能，駭客更無法使用計算器軟體插斷破譯、晶片移除破解等方法來截獲、拷貝、盜取患者資訊。

Claims (5)

  1. 一種機敏資料加密演算儲存裝置，其係形成一卡片外型，其包含一卡片本體及樞設於該卡片本體之一連接介面，該連接介面係安裝該可熱插拔傳輸介面，該連接介面樞設於該卡片本體之其中之一個角落，而其包含一主控制器以及分別與該主控制器電性連接之一可熱插拔傳輸介面及一儲存單元，其中：該主控制器包含一加密模組及一處理單元，該處理單元驅使該加密模組執行一加解密運算；該可熱插拔傳輸介面與一外部之電腦連接後與該主控制器傳遞訊號；及該儲存單元至少包含複數個不同檔案格式的公用資料區及複數個密信區域，該公用資料區內儲一個以上的應用程式，每個密信區域以不同之私鑰加密儲存於其內的資訊，並於完成身分認證與解密後允許讀取該密信區域之資料與對應可開啟特定資訊的應用程式，其中：該密信區域可為隱藏記憶區域；該儲存單元以一資料分區管理單元管理不同類型資料分別儲存於不同的公用資料區內，或以一檔案資料夾管理單元於不同的公用資料區管理不同用途或不同使用者的資料夾；每個不同使用者之專用資料夾可以一密碼保護或使用該加密運算予以加密；及該儲存單元包含一許可權管理單元，其存放個人各種不同的許可權資料及憑證，提供使用者登入及認證等許可權控管對應具有閱讀權限的文件或資訊。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的機敏資料加密演算儲存裝置，該主控制器包含一韌體模組與該處理模組電性連接，該加密模組係採用一AES串列加密演算。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的機敏資料加密演算儲存裝置，該可熱插拔傳輸介面為USB、SATA、FireWire或Thunderbolt；該儲存單元為重複讀寫且非暫存的記憶體，其為快閃記憶體、固態硬碟或微型硬碟；該韌體模組係以加密演算處理內儲之資料。
  4. 如申請專利範圍第1或2或3項所述的機敏資料加密演算儲存裝置，該儲存單元為NAND flash快閃記憶體，其中該密信區域包含最後一個邏輯單元的記憶區塊，且其用於儲存一加密用於儲存記憶AES加密演算之該私鑰。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的機敏資料加密演算儲存裝置，該特定的文件格式至少包含一醫學圖像或一檢查報告。
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