專利名稱：一種安全移動存儲設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實用新型涉及電子設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域，具體的說是一種安全移動存儲設(shè)備。
背景技術(shù)：
近些年來，移動存儲設(shè)備發(fā)展迅速，容量越來越大，體積越來越小。一般都提供標 準的USB對外接口，支持熱插拔，使用起來十分便捷。與此同時，移動存儲設(shè)備的信息安全 性顯得越來越重要。如果一個存有(或曾經(jīng)存有)重要數(shù)據(jù)的移動存儲設(shè)備(如U盤、MP3、 移動硬盤、手機等)落到別人手中，通過USB接口可以輕易地將里面的數(shù)據(jù)拷貝(或恢復(fù)) 出來，造成無法彌補的損失。因此，對移動存儲設(shè)備進行安全性控制是十分必要的，特別對 保密單位來說，這個課題有著十分重要的意義。對于移動存儲設(shè)備進行安全性控制，國內(nèi)外都有一定的研究，具體有以下幾種方 法(1)對存儲數(shù)據(jù)進行加密處理。這種方法一般在移動存儲設(shè)備內(nèi)置CPU和加密芯 片，對進入存儲設(shè)備的數(shù)據(jù)進行加密，對輸出的數(shù)據(jù)再進行解密，這樣可以始終保證存入存 儲設(shè)備的都是密文數(shù)據(jù)，能夠保證數(shù)據(jù)的保密性。但是，這種方法并不能阻止拷貝密文數(shù) 據(jù)，而且，只要肯花一定的破解代價(經(jīng)濟代價和時間代價)就可以取得存儲的明文數(shù)據(jù)。(2)對存儲數(shù)據(jù)進行訪問控制。這種方法一般要求對使用者的身份進行認證，認證 通過之后才能對存儲數(shù)據(jù)進行讀寫操作。具體來說，又分為兩種認證方式，分別為基于公鑰 算法的身份認證和基于生物特征的身份認證。基于公鑰算法的身份認證方式，存儲設(shè)備內(nèi)一般內(nèi)置了安全密鑰載體，用于儲存 用戶身份信息以及一部分保護密鑰，這種存儲設(shè)備插入普通終端(如普通PC機)則無法完 成正常認證，也就無法使用。這種認證方式由于需要密鑰配合，因此其密鑰的存儲安全就顯 得十分重要。專利200920106670提出一種“具有密鑰分拆存儲機制的移動存儲設(shè)備”，將密 鑰分拆成多段并作一定的算法處理生成，增加了盜取移動存儲設(shè)備密鑰的難度?；谏锾卣鞯纳矸菡J證方式，存儲設(shè)備內(nèi)一般具有生物特征采樣和識別機構(gòu)， 這種認證的破解難度較大，但要求具有很高的識別率。專利200820156221提出一種“具有 筆跡識別身份確認功能的移動存儲設(shè)備”，用筆跡來實現(xiàn)對用戶的認證。對用戶進行身份認證可以有效地確保用戶在認證未通過時的數(shù)據(jù)存儲安全，用戶 無法拷貝數(shù)據(jù)。但是基于公鑰算法的身份認證也是基于密碼學(xué)的，也是可以破解的。另外， 一旦別人強拆移動存儲設(shè)備，里面的存儲數(shù)據(jù)還是可以獲取。(3)對存儲數(shù)據(jù)既進行加密，又進行訪問控制。這種方法始終保證存儲數(shù)據(jù)是加 密的，并且在采取了身份認證的基礎(chǔ)上，增加了更為復(fù)查的安全策略。這種方法的安全性更 強，但是也同樣具有上述兩種方法的缺陷。此外，專利200810197078提出一種“基于可信嵌入式平臺的移動設(shè)備及其安全存 儲方法”，將嵌入式平臺、TPM可信平臺模塊和硬件加密芯片結(jié)合在一起，有效地解決了密鑰 安全存儲，能夠保證加解密操作的可靠環(huán)境，但同樣無法阻止竊走密文并破解獲取明文。[0011]專利200810217833“采用后臺監(jiān)控方式實現(xiàn)可移動存儲設(shè)備的快速刪除”，通過后 臺監(jiān)控程序?qū)崟r監(jiān)控移動存儲設(shè)備，當(dāng)滿足一定條件則對存儲數(shù)據(jù)進行快速刪除。但是監(jiān) 控程序是處于計算機系統(tǒng)中，移動存儲設(shè)備本身無法自動刪除數(shù)據(jù)，且刪除后的存儲數(shù)據(jù) 還是可以通過恢復(fù)軟件輕易恢復(fù)出來。為此，本實用新型專利提供一種安全移動存儲設(shè)備，具有非標準對外接口，可以有 效防止內(nèi)部存儲數(shù)據(jù)泄漏出去。另外，本移動存儲設(shè)備具有自毀保護功能，關(guān)鍵時刻可以對 存儲數(shù)據(jù)進行人為或自動銷毀，破壞存儲數(shù)據(jù)的組織形式，恢復(fù)軟件無法恢復(fù)。

實用新型內(nèi)容本實用新型的目的是針對現(xiàn)有移動存儲設(shè)備安全性能的不足，提供一種具備自毀 保護的安全移動存儲設(shè)備，且對外接口經(jīng)過了改造，與傳統(tǒng)的標準接口完全不兼容。本實用新型一種安全移動存儲設(shè)備，包括主要包括微處理器(113)、電源切換模 塊(109)、串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123)、自毀監(jiān)控模塊(114)、電池(108)、電壓監(jiān)控(116) ,USB 切換芯片(120)及FLASH存儲器(118)等。所述微處理器(113，U27)的引腳P3. 0-P3. 7、P4. 31、P4. 14、P4. 15、P4. 24、P4. 25 分別與USB控制芯片1(115，Ul)的引腳00-07、05#、六0、1附#、1 #、11 #相連；USB切換芯片 (120，U5)的其中一路USB信號引腳311、IIl分別與USB控制芯片1 (115，Ul)的引腳UD-、 UD+相連，另一路USB信號引腳310、110分別與對外接口 (102，USB1)的引腳2、引腳1相 連，引腳Y3、Y1分別通過電阻R117、R118與USB控制芯片2(119，U33)的引腳DM、DP相連， 引腳SEL與微處理器(113，U27)的引腳P0. 5相連；所述串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123，U9)通過引腳T2IN、R20UT分別與微處理器(113， U27)的引腳P2.0、P2. 1相連，引腳T20UT、R2IN分別與對外接口 (102，USB1)的引腳3、引 腳4相連；所述電源切換模塊(109)包括JCl、JC2以及Q2 ；自毀監(jiān)控模塊(114)包括JCl、 JC3以及Q4 JCl的引腳5與微處理器(113,U27)的引腳P0. 24相連JC3的引腳2與微處 理器(113，U27)的引腳P0. 9相連;所述電池(108)通過充電管理芯片(107，U7)的外圍BT2插座接入；當(dāng)J2和J3插 座都跳線后，電壓監(jiān)控(116)功能開啟，J3的引腳1與U27的引腳P3. 26相連，Q4的S端 (引腳2、3)與U27的引腳P0. 10相連。微處理器(113)負責(zé)自毀處理、協(xié)議處理、信號控制等工作。電源切換模塊(109) 負責(zé)接受控制信號并選擇電源模式。串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123)為(微處理器(113)與外部 設(shè)別設(shè)備(101)之間的)協(xié)議握手提供信號電平轉(zhuǎn)換。自毀監(jiān)控模塊(114)負責(zé)監(jiān)控自毀 信號并發(fā)送給微處理器(113)。電池(108)用于本實用新型自毀時的電源供應(yīng)。電壓監(jiān)控 (116)用于充電管理芯片(107)的輸出電壓，并向微處理器(113)發(fā)送控制信號。USB切換 芯片(120)負責(zé)自毀和協(xié)議握手時的USB信號切換。FLASH存儲器(118)為本實用新型的 數(shù)據(jù)載體。本實用新型的移動存儲設(shè)備與現(xiàn)有技術(shù)相比，所產(chǎn)生的有益效果是具有自毀保 護功能，支持人為主動、拆解、電池電量不足等自毀觸發(fā)模式，獨立設(shè)計的對外接口保證其 內(nèi)部的數(shù)據(jù)不會被復(fù)制到其他非法終端，支持熱插拔，與標準USB2. 0兼容，適合各種對存儲數(shù)據(jù)安全性要求較高的環(huán)境。
圖1為本實用新型的結(jié)構(gòu)框架圖。圖2-4為本實用新型的電路原理圖。
具體實施方式
以下結(jié)合附圖對本實用新型作以下詳細說明。附圖1是本實用新型的結(jié)構(gòu)框架圖，描述了各個部件的連接及交互關(guān)系。本實用 新型的對外接口(102)包括電源信號線(103)、RS232串口信號線(104)、USB信號線(105)。 為了實現(xiàn)本實用新型與外部識別設(shè)備(101)通信，需要外部識別設(shè)備(101)也具有相應(yīng)的 對外接口(102)定義及協(xié)議處理能力。下面進行具體說明。(1)當(dāng)本實用新型沒有與外部識別設(shè)備(101)相連時，電源切換模塊(109)的2端 與1端相通，本實用新型內(nèi)大部分芯片都沒有上電工作。如果配置了電壓監(jiān)控功能，則只有 電壓監(jiān)控(116)和充電管理芯片(107)處于工作狀態(tài)，時刻監(jiān)控充電管理芯片(107)的輸 出電壓(沒有與外部識別設(shè)備相連時，此電壓值等于電池的電壓值)。當(dāng)本實用新型與外部識別設(shè)備(101)相連時，外部識別設(shè)備(101)通過電源信號 線(103)為本實用新型供電，電源芯片1(106)開始工作，充電管理芯片(107)為電池(108) 充電，電源切換模塊(109)的2端與1端相通，本實用新型開始上電工作。(2)微處理器(113)使能電源芯片4 (122)，產(chǎn)生5V，串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123)開始 工作。微處理器(113)讀取E2PR0M(121)的隨機數(shù)種子值，產(chǎn)生隨機數(shù)(用于協(xié)議握手)。 微處理器(113)通過串口信號線(104)向外部識別設(shè)備(101)主動發(fā)起協(xié)議握手。(3)協(xié)議握手超過一定時間，不論協(xié)議握手失敗還是成功，協(xié)議握手都將自動結(jié) 束，微處理器(113)不再使能電源芯片4(122)，串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123)停止工作。這有利 于本實用新型的熱插拔。(4)當(dāng)協(xié)議握手成功后，微處理器(113)向USB切換芯片(120)發(fā)出控制信號，USB 切換芯片(120)接收到控制信號后，使USB控制芯片2(119)的USB信號切換到對外的USB 信號線(105)。微處理器(113)使能指示燈(110)，使其中的工作指示燈亮。而當(dāng)協(xié)議握手失敗或在默認情況下，微處理器(113)向USB切換芯片(120)發(fā)出 控制信號，使USB控制芯片2(119)的USB信號切換到USB控制芯片1(115)。(5)USB控制芯片2(119)的USB信號切換到對外的USB信號線(105)后，外部識別 設(shè)備(101)開始識別本實用新型，可以對FLASH存儲器(118)進行讀寫操作。另外，為了實現(xiàn)本實用新型進行自毀保護，自毀監(jiān)控模塊(114)負責(zé)將自毀信號 發(fā)送給微處理器(113)，下面進行具體說明。(1)本實用新型的自毀觸發(fā)方式有三種。第一種為人為主動觸發(fā)方式。自毀監(jiān)控模塊(114)包含一個對外按鈕開關(guān)，只要 將按鈕按下，電源切換模塊(109)的2端與3端相通，同時自毀監(jiān)控模塊(114)向微處理器 (113)發(fā)送自毀控制信號。第二種為拆解觸發(fā)方式。如果拆解本實用新型，電源切換模塊(109)的2端與3端相通，自毀監(jiān)控模塊(114)向微處理器(113)發(fā)送自毀控制信號。第三種為可配置的電壓監(jiān)控方式。如果配置了電壓監(jiān)控功能，電壓監(jiān)控(116)負 責(zé)監(jiān)控電池(108)的電壓值，當(dāng)電壓低于一定的閾值時，電壓監(jiān)控(116)向電源切換模塊 (109)發(fā)送控制信號，電源切換模塊(109)的2端與3端相通。同時還向微處理器(113)發(fā) 送自毀控制信號。(2)本實用新型開始工作，微處理器(113)檢測到自毀監(jiān)控模塊(114)發(fā)出的自毀 控制信號，立即開始自毀操作。具體包括如下幾個步驟第一，微處理器(113)向USB切換芯片(120)發(fā)出控制信號，USB切換芯片(120) 接收到控制信號后，將USB控制芯片2(119)的USB信號切換到USB控制芯片1(115)。微處 理器(113)開啟內(nèi)部定時器開始計時。第二，微處理器(113)通過USB控制芯片1(115)和USB控制芯片2 (119)開始對 FLASH存儲器(118)的內(nèi)部數(shù)據(jù)進行覆寫操作。微處理器(113)使能指示燈(110)，使其中 的自毀指示燈亮。第三，微處理器(113)內(nèi)部定時器滿一定的時間后，微處理器(113)使能電源芯片 3(112)，繼電器(117)打開，F(xiàn)LASH存儲器(118)陣列組織被燒毀。附圖2至附圖4是本實用新型的電路原理圖。附圖2為大部分控制芯片的電路圖。微處理器(113)采用的是NXP公司的 LPC2378 (U27)，USB切換芯片(120)采用的是PI3USB (U5)，USB控制芯片1(115)采用的是 CH374U(U1)，對外接口(102)對應(yīng)于 USBl 插座。LPC2378 (U27)的引腳 Ρ3· 0-P3. 7、P4. 31、 P4. 14、P4. 15、P4. 24、P4. 25 分別與 CH374U (Ul)的引腳 D0-D7、CS#、AO、INT#、RD#、WR# 相 連。PI3USB (U5)的其中一路USB信號引腳3I1、1I1分別與CH374U(U1)的引腳UD_、UD+相 連，另一路USB信號引腳3I0UI0分別與USBl插座的引腳2、引腳1相連，引腳Y3、Y1分別 通過電阻Rl 17、Rl 18與U33的引腳DM、DP相連，引腳SEL與U27的引腳P0. 5相連。串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123)采用的是MAX232ESE(U9)，其中引腳T2IN、R20UT分別與 U27的引腳P2. 0、P2. 1相連，引腳T20UT、R2IN分別與USBl插座的引腳3、引腳4相連。電壓監(jiān)控(116)的工作由 MAX6457(U16)、NDS8435A(Q2)、SI7852DP(Q4)共同完成。 當(dāng)J2和J3插座都跳線后，本實用新型即配置了電壓監(jiān)控功能。J3的引腳1與U27的引腳 P3. 26相連，Q4的S端(引腳2、3)與U27的引腳P0. 10相連。指示燈(110)用于指示本實用新型的工作狀態(tài)，對應(yīng)器件D21、D22和D23，亮分別 表示協(xié)議握手通過、正在自毀和本實用新型上電工作指示。D21的WORK端、D22的ZH端分 別與 LPC2378 (U27)的引腳 P4. 2、P4. 3 相連。E2PROM (121)采用的是 FM24CL04 (U28)，通過 I2C 總線與 LPC2378 (U27)相連，用于 存儲協(xié)議握手時所用的隨機數(shù)種子。FM24CL04(U28)的引腳SDA、SCL分別與LPC2378 (U27) 的引腳P0. 27、P0. 28相連。U19負責(zé)信號隔離，引腳1嫩、分別與^^2378出27)的引腳P0. 6、P0. 17相連。附圖3主要為各個電源轉(zhuǎn)換芯片、充電管理芯片(107)、電源切換模塊(109)、繼電 器(117)、自毀監(jiān)控模塊(114)的電路圖。電源芯片1(106)采用的是LT3479(U3)，其中外圍電感L2與USBl插座的引腳10 相連，外圍二極管D2的陰極與U7的外圍二極管D3的陽極相連。電源芯片2(111)包括MAX1776(U14)、LM2734Y(U30)和LM117-1. 8 (U31)共3個電源芯片，分別為本實用新型提供 5V、3. 3V和1.8V。電源芯片3(112)采用的是LT4605 (U2)，引腳RUN與U19的引腳OUTA相 連，其中外圍C14、C25與繼電器U32的VKILL端相連。U32的USB3. 3端通過電阻Rl 15與 U33的VDD33V端相連。電源芯片4(122)也是采用MAX1776 (UlO)，其中外圍電感L8與U7 的外圍C62相連，引腳SHDN#與U19的引腳OUTC相連。充電管理芯片(107)采用的是MAX1873(U7)，電池(108)通過BT2插座接入。電源 切換模塊(109)包括JC1、JC2以及Q2，電源切換模塊(109)的1端對應(yīng)LT3479 (U3)的12V 輸出，3端對應(yīng)于MAX1873(U7)的電壓輸出SYS，2端對應(yīng)于其他電源芯片的電壓輸入SYSl。 JCl是兩路選擇開關(guān)，閉合時引腳2與引腳1通，打開時引腳2與引腳3通。JC2是一路選擇 開關(guān)，閉合時引腳2與引腳1通，打開時引腳2與引腳3通。(如果配置了電壓監(jiān)控功能) SYS電壓值低于閾值時，Q2自動將SYSl與SYS接通。繼電器(117)采用的是1N4148(U32)。自毀監(jiān)控模塊(114)包括JC1、JC3以及Q4。 JCl是兩路選擇開關(guān)(另一路切換電源)，引腳5為自毀信號STATE，與U27的引腳P0. 24相 連，閉合時引腳5與引腳4通，打開時引腳5與引腳6通，觸發(fā)自毀。JC3是一路選擇開關(guān)， 引腳2為自毀信號CS，與U27的引腳P0. 9相連，閉合時引腳2與引腳1通，打開時引腳2與 引腳3通，觸發(fā)自毀。(如果配置了電壓監(jiān)控功能)SYS電壓值低于閾值時，Q4將自毀信號 CS2置低，觸發(fā)自毀。自毀信號STATE、CS和CS2分別對應(yīng)人為主動觸發(fā)、拆解觸發(fā)和電壓 監(jiān)控三種自毀觸發(fā)方式。附圖4主要為USB控制芯片2 (119)和FLASH存儲器(118)的電路圖。USB控制 芯片2(119)采用的是MW6208E(U33)，F(xiàn)LASH存儲器(118)采用的是兩片NANDFLASH(U34、 U35)，但USB控制芯片2(119)和FLASH存儲器并不局限于這兩種型號。
權(quán)利要求1. 一種安全移動存儲設(shè)備，其特征在于包括微處理器(113)、電源切換模塊(109)、 串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123)、自毀監(jiān)控模塊(114)、電池(108)、電壓監(jiān)控(116)及USB切換芯 片(120)；所述微處理器(113，U27)的引腳 Ρ3·0-Ρ3·7、Ρ4·31、Ρ4· 14、Ρ4. 15、Ρ4. 24、Ρ4. 25 分別與USB控制芯片1(115，Ul)的引腳00-07、05#、六0、1附#、1 #、11 #相連；USB切換芯片 (120，U5)的其中一路USB信號引腳311、IIl分別與USB控制芯片1 (115，Ul)的引腳UD-、 UD+相連，另一路USB信號引腳310、110分別與對外接口 (102，USB1)的引腳2、引腳1相連， 引腳Y3、Y1分別通過電阻R117、R118與USB控制芯片2(119，U33)的引腳DM、DP相連，引腳 SEL與微處理器(113，U27)的引腳P0. 5相連；所述串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123，U9)通過引腳 T2IN、R20UT分別與微處理器(113，U27)的引腳P2. 0、P2. 1相連，引腳T20UT、R2IN分別與 對外接口 (102, USB1)的引腳3、引腳4相連；所述電源切換模塊(109)包括JC1、JC2以及 Q2 ；自毀監(jiān)控模塊(114)包括JC1、JC3以及Q4 JCl的引腳5與微處理器(113,U27)的引腳 P0. 24相連;JC3的引腳2與微處理器(113, U27)的引腳P0. 9相連；所述電池(108)通過充 電管理芯片(107，U7)的外圍BT2插座接入；當(dāng)J2和J3插座都跳線后，電壓監(jiān)控(116)功 能開啟，J3的引腳1與U27的引腳P3. 26相連，Q4的S端(弓丨腳2、3)與U27的引腳P0. 10 相連。
專利摘要一種安全移動存儲設(shè)備，包括微處理器(113)、電源切換模塊(109)、串口電平轉(zhuǎn)換芯片(123)、自毀監(jiān)控模塊(114)、電池(108)、電壓監(jiān)控(116)及USB切換芯片(120)。其優(yōu)點是具有自毀保護功能，支持人為主動、拆解、電池電量不足等自毀觸發(fā)模式，獨立設(shè)計的對外接口保證其內(nèi)部的數(shù)據(jù)不會被復(fù)制到其他非法終端，支持熱插拔，與標準USB2.0兼容，適合各種對存儲數(shù)據(jù)安全性要求較高的環(huán)境。
文檔編號G06F21/00GK201788501SQ20102029971
公開日2011年4月6日 申請日期2010年8月19日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月19日
發(fā)明者伍華鳳, 劉杰, 常靜, 戴新發(fā), 陳敬東, 陳煒 申請人:中國船舶重工集團公司第七○九研究所