本發(fā)明涉及網(wǎng)絡(luò)信息安全交換技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種自動(dòng)實(shí)現(xiàn)物理隔離內(nèi)外網(wǎng)主機(jī)間單向傳輸信息的裝置。

相關(guān)技術(shù)

國(guó)家保密局規(guī)定涉及國(guó)家秘密的計(jì)算機(jī)不得直接或間接與公共信息網(wǎng)絡(luò)連接，因此很多涉密單位都建立了涉密網(wǎng)、非涉密網(wǎng)和專網(wǎng)共存的復(fù)雜網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，相互之間物理隔離。這種物理隔離為信息交換帶來(lái)了很多不便，隨著電子政務(wù)、電子商務(wù)等應(yīng)用的不斷推進(jìn)和深入，各網(wǎng)絡(luò)間數(shù)據(jù)交換越來(lái)越多，在內(nèi)網(wǎng)工作的用戶，經(jīng)常需要到外網(wǎng)查詢和接收信息。

應(yīng)用的需求是數(shù)據(jù)傳輸，涉密信息保密的要求是物理隔離，如何解決兩者之間的矛盾成為網(wǎng)絡(luò)信息安全交換領(lǐng)域研究的主要課題。國(guó)內(nèi)當(dāng)前解決該問(wèn)題主要通過(guò)隔離網(wǎng)閘和手工拷貝，而隔離網(wǎng)閘被國(guó)家保密局認(rèn)定為邏輯隔離產(chǎn)品，而人工拷貝是最安全的，如通過(guò)中間機(jī)刻錄光盤。但刻錄光盤方式操作上很麻煩，且數(shù)據(jù)傳輸效率低下，因此迫切需要一個(gè)高效、安全、能夠自動(dòng)在物理隔離網(wǎng)絡(luò)的主機(jī)間進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)难b置。

當(dāng)前也有人提出使用單向網(wǎng)絡(luò)在不同主機(jī)間進(jìn)行單向數(shù)據(jù)傳輸，但由于單向網(wǎng)絡(luò)缺乏流量控制機(jī)制，可能會(huì)出現(xiàn)信宿計(jì)算機(jī)偶爾錯(cuò)過(guò)部分信息的情況，因此使用時(shí)需要實(shí)現(xiàn)對(duì)傳輸軟件進(jìn)行速度匹配測(cè)試并保證信宿計(jì)算機(jī)負(fù)載的穩(wěn)定性，這對(duì)于用戶來(lái)說(shuō)相當(dāng)麻煩。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對(duì)以上技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明提出一種可實(shí)現(xiàn)信源計(jì)算機(jī)單向傳輸數(shù)據(jù)給信宿計(jì)算機(jī)的單向信息傳輸裝置，包括信源端接口、信宿端接口、可編程邏輯器件部件和存儲(chǔ)部件，其特征為：

(1)所述可編程邏輯器件部件的引腳被分為信源端引腳、信宿端引腳和存儲(chǔ)端引腳；

(2)所述信源端接口與所述信源端引腳相連，所述信宿端接口與所述信宿端引腳相連，所述存儲(chǔ)端引腳與所述存儲(chǔ)部件相連；

(3)在邏輯上，所述可編程邏輯器件部件將所述存儲(chǔ)部件的存儲(chǔ)空間固定劃分為等大小的兩個(gè)獨(dú)立區(qū)域r1和r2，且所述可編程邏輯器件部件認(rèn)為所述存儲(chǔ)部件只存在兩個(gè)邏輯狀態(tài)：①r1為可寫區(qū)域且r2為只讀區(qū)域；②r1為只讀區(qū)域且r2為可寫區(qū)域；

(4)當(dāng)所述可編程邏輯器件部件從所述信源端接口收到數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求后，在對(duì)數(shù)據(jù)寫入地址做必要變換后，將數(shù)據(jù)寫入當(dāng)前可寫區(qū)域中與變換后地址相對(duì)應(yīng)的位置；

(5)當(dāng)所述可編程邏輯器件部件從所述信宿端接口收到數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求后，在對(duì)數(shù)據(jù)讀取地址做必要變換后，從當(dāng)前只讀區(qū)域中與變換后地址相對(duì)應(yīng)的位置讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回給信宿端接口；

(6)所述可編程邏輯器件部件拒絕處理來(lái)自所述信宿端接口的數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求；

(7)所述可編程邏輯器件部件自動(dòng)或根據(jù)從所述信源端接口發(fā)送來(lái)的請(qǐng)求，令所述存儲(chǔ)部件在(2)所述兩個(gè)邏輯狀態(tài)間進(jìn)行切換，

本發(fā)明還提出一種支持使用時(shí)須插入存儲(chǔ)卡的單向信息傳輸裝置，包括信源端接口、信宿端接口、可編程邏輯器件部件、帶插槽的讀卡器模塊，其特征為：

(1)所述可編程邏輯器件部件的引腳被分為信源端引腳、信宿端引腳和存儲(chǔ)端引腳；

(2)所述信源端接口與所述信源端引腳相連，所述信宿端接口與所述信宿端引腳相連，所述存儲(chǔ)端引腳與所述讀卡器模塊相連；

(3)存儲(chǔ)卡在被插入所述讀卡器模塊的插槽上后，所述可編程邏輯器件部件邏輯上將該存儲(chǔ)卡的存儲(chǔ)空間固定劃分為等大小的兩個(gè)獨(dú)立區(qū)域r1和r2，且所述可編程邏輯器件部件認(rèn)為所述存儲(chǔ)卡只存在兩個(gè)邏輯狀態(tài)：①r1為可寫區(qū)域且r2為只讀區(qū)域；②r1為只讀區(qū)域且r2為可寫區(qū)域；

(4)當(dāng)所述可編程邏輯器件部件從所述信源端接口收到數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求后，在對(duì)數(shù)據(jù)寫入地址做必要變換后，將數(shù)據(jù)寫入當(dāng)前可寫區(qū)域中與變換后的地址相對(duì)應(yīng)的位置；

(5)當(dāng)所述可編程邏輯器件部件從所述信宿端接口收到數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求后，在對(duì)數(shù)據(jù)讀取地址做必要變換后，從當(dāng)前只讀區(qū)域中與變換后地址相對(duì)應(yīng)的位置讀取數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)返回給信宿端接口；

(6)所述可編程邏輯器件部件拒絕處理來(lái)自所述信宿端接口的數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求；

(7)所述可編程邏輯器件部件自動(dòng)或根據(jù)從所述信源端接口發(fā)送來(lái)的請(qǐng)求，令所述存儲(chǔ)卡在(2)所述兩個(gè)邏輯狀態(tài)間進(jìn)行切換。

在以上兩種單向信息傳輸裝置中，信源和信宿并不直接訪問(wèn)共享的存儲(chǔ)部件，而是通過(guò)共享的可編程邏輯器件來(lái)間接訪問(wèn)存儲(chǔ)部件，這樣做的原因是：當(dāng)不可信的信宿和不可信的信源可以直接訪問(wèn)存儲(chǔ)部件時(shí)，若存儲(chǔ)部件不可信，則信源、信宿和存儲(chǔ)部件三方可以合作，通過(guò)隱秘通道傳輸敏感信息(如：①信宿采取異常的方式從存儲(chǔ)部件讀取數(shù)據(jù)，從而令存儲(chǔ)部件獲知某敏感信息；②存儲(chǔ)部件通過(guò)改變“寫操作”的延遲，向信源傳遞此敏感信息)。本發(fā)明所述可編程邏輯器件的作用就是：使得信宿對(duì)于存儲(chǔ)部件的訪問(wèn)符合預(yù)定義的規(guī)律(如：按照地址遞增的順序、以固定周期訪問(wèn)存儲(chǔ)部件)，從而使得信宿無(wú)法通過(guò)“改變對(duì)于存儲(chǔ)部件的訪問(wèn)規(guī)律”來(lái)向存儲(chǔ)部件傳遞敏感信息，進(jìn)而保證了信息傳輸?shù)膯蜗蛐浴?/p>

對(duì)于以上兩種單向信息傳輸裝置，可編程邏輯器件部件要對(duì)數(shù)據(jù)讀取/寫入地址做必要變換的原因是：當(dāng)信源/信宿設(shè)備不能感知到存儲(chǔ)部件邏輯狀態(tài)的改變時(shí)，信源/信宿設(shè)備無(wú)法根據(jù)可寫/可讀區(qū)域的變化而調(diào)整寫入/讀取請(qǐng)求中所包含的地址參數(shù)。

如果可編程邏輯器件通過(guò)時(shí)間戳或事件通知等機(jī)制，使信源/信宿設(shè)備感知到了存儲(chǔ)部件邏輯狀態(tài)的改變，則可編程邏輯器件不必再具有數(shù)據(jù)讀取/寫入地址的變化功能。

當(dāng)所述可編程邏輯器件部件能通過(guò)信源端接口/信宿端接口直接與信源計(jì)算機(jī)/信宿計(jì)算機(jī)通信時(shí)，它一般要實(shí)現(xiàn)較復(fù)雜的功能，比如支持usb傳輸協(xié)議或支持ip網(wǎng)絡(luò)協(xié)議，這樣會(huì)造成很難保證fpga部件的可信性。為此，在工程上，可以在單向信息傳輸裝置中設(shè)置不必可信的通信接口模塊(如usb設(shè)備控制器、支持有線或無(wú)線網(wǎng)絡(luò)協(xié)議的單片機(jī)系統(tǒng)等)，利用此通信接口模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜的邏輯功能，從而使所述可編程邏輯器件部件只負(fù)責(zé)“對(duì)低級(jí)讀寫請(qǐng)求進(jìn)行處理”這樣比較容易以可信方式實(shí)現(xiàn)的邏輯功能(即：對(duì)于通信接口模塊來(lái)說(shuō)，可編程邏輯器件體現(xiàn)為一個(gè)存儲(chǔ)模塊)，比如：所述可編程邏輯器件從所述信源端引腳接收到的電信號(hào)遵從spi通信協(xié)議，且這些電信號(hào)直接包含了存儲(chǔ)器地址和被寫入的數(shù)據(jù)。

最后，在實(shí)現(xiàn)中，本發(fā)明所述可編程邏輯器件可能是fpga、cpld等。當(dāng)可以相信dsp器件的可信性時(shí)，本發(fā)明所述可編程邏輯器件也可以是dsp。在后面的文字說(shuō)明和說(shuō)明書附圖中，均以“可信fpga部件”來(lái)指代本發(fā)明所述的可編程邏輯器件。

附圖說(shuō)明

圖1為一種用于連接到信源計(jì)算機(jī)和信宿計(jì)算機(jī)usb接口上的單向信息傳輸裝置。此時(shí)， 通信接口模塊為信源usb轉(zhuǎn)spi模塊和信宿usb轉(zhuǎn)spi模塊，信源端接口為usb接口1，信宿端接口為usb接口2，存儲(chǔ)模塊為spi串行存儲(chǔ)器1和spi串行存儲(chǔ)器2，信源計(jì)算機(jī)和信宿計(jì)算機(jī)通過(guò)usb接口訪問(wèn)此單向信息傳輸裝置。信源計(jì)算機(jī)軟件通過(guò)操作信源usb轉(zhuǎn)spi模塊，向可信fpga部件發(fā)送數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求；信宿計(jì)算機(jī)軟件通過(guò)操作信宿usb轉(zhuǎn)spi模塊，向可信fpga部件發(fā)送數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求。在圖示方式中，采用兩個(gè)獨(dú)立的spi串口flash存儲(chǔ)器分別作為r1和r2，從而對(duì)存儲(chǔ)器的讀寫訪問(wèn)不會(huì)相互干擾，有助于提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)傳輸性能。

若信源usb轉(zhuǎn)spi模塊還能從信源計(jì)算機(jī)接收“切換存儲(chǔ)卡邏輯狀態(tài)”命令的功能，則信源usb轉(zhuǎn)spi模塊應(yīng)在收到此命令后，通過(guò)io端口或spi通信協(xié)議，要求可信fpga執(zhí)行存儲(chǔ)器邏輯狀態(tài)的切換。

圖2為一種既連接到非涉密網(wǎng)、又連接到涉密網(wǎng)的單向信息傳輸裝置，信源計(jì)算機(jī)和信宿計(jì)算機(jī)均通過(guò)網(wǎng)絡(luò)訪問(wèn)此單向信息傳輸裝置。此時(shí)通信接口模塊為含網(wǎng)卡的單片機(jī)1和含網(wǎng)卡的單片機(jī)2，信源端接口為單片機(jī)1的網(wǎng)絡(luò)接口，信宿端接口為單片機(jī)2的網(wǎng)絡(luò)接口，存儲(chǔ)模塊為sram或并行flash存儲(chǔ)器。通信接口模塊與可信fpga模塊通過(guò)并行或串行協(xié)議進(jìn)行通信；可信fpga部件與存儲(chǔ)模塊之間的通信方式遵從所選用存儲(chǔ)模塊的要求進(jìn)行。使用時(shí)，含網(wǎng)卡的單片機(jī)1監(jiān)聽(tīng)發(fā)送給它的包含寫數(shù)據(jù)請(qǐng)求的網(wǎng)絡(luò)報(bào)文，并使用并行或串行通信協(xié)議將該網(wǎng)絡(luò)報(bào)文包含的寫數(shù)據(jù)請(qǐng)求發(fā)送給可信fpga部件；含網(wǎng)卡的單片機(jī)2定時(shí)通過(guò)并行或串行協(xié)議向可信fpga部件發(fā)送對(duì)可讀區(qū)域的讀請(qǐng)求，并將結(jié)果發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。在有的實(shí)現(xiàn)中，含網(wǎng)卡的單片機(jī)2不能自行產(chǎn)生對(duì)可讀區(qū)域的讀請(qǐng)求，而是從涉密網(wǎng)絡(luò)上接收讀請(qǐng)求，并將讀請(qǐng)求通過(guò)并行或串行協(xié)議轉(zhuǎn)發(fā)給可信fpga部件，最后再將可信fpga返回的結(jié)果發(fā)送到網(wǎng)絡(luò)上。

圖3是一種不具有內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能的單向信息傳輸裝置，用戶在使用此種單向信息傳輸裝置前，需要首先在其中插入sd存儲(chǔ)卡。在圖示的情形中，單向信息傳輸裝置在使用前應(yīng)同時(shí)與信源計(jì)算機(jī)和信宿計(jì)算機(jī)通過(guò)usb連接。此時(shí)選用usb轉(zhuǎn)spi模塊作為通信接口模塊，通信接口模塊與可信fpga部件之間通過(guò)spi協(xié)議進(jìn)行通信，單向信息傳輸裝置內(nèi)部集成了spi接口的sd讀卡器模塊，可信fpga部件可通過(guò)spi協(xié)議與sd讀卡器模塊進(jìn)行通信。此時(shí)，信源計(jì)算機(jī)軟件通過(guò)操作信源usb轉(zhuǎn)spi模塊向可信fpga部件發(fā)送寫數(shù)據(jù)請(qǐng)求；信宿計(jì)算機(jī)軟件通過(guò)操作信宿端usb轉(zhuǎn)spi模塊向可信fpga部件發(fā)送數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，并接收反饋結(jié)果。

圖4是一種網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器型單向信息傳輸裝置。它的信源端接口為usb接口，它的信宿端接口為網(wǎng)絡(luò)接口；在信源端，它的通信接口模塊是usb轉(zhuǎn)spi模塊；在信宿端，它的通信接口模塊為一個(gè)包含了磁盤和網(wǎng)卡的arm系統(tǒng)。信源計(jì)算機(jī)通過(guò)操作usb轉(zhuǎn)spi模塊，向可信fpga部件發(fā)送數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求；arm系統(tǒng)定時(shí)通過(guò)并行或串行協(xié)議，從可信fpga部件讀取可讀區(qū)域的數(shù)據(jù)，并將讀取到的數(shù)據(jù)存放在本地的磁盤上；arm系統(tǒng)還通過(guò)網(wǎng)絡(luò)接口監(jiān)聽(tīng)涉密網(wǎng)上傳送來(lái)的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，為涉密網(wǎng)上的其他設(shè)備提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。

圖5時(shí)一種全功能網(wǎng)絡(luò)服務(wù)器型的單向信息傳輸裝置，它的信源端口和信宿端口都是網(wǎng)絡(luò)接口，它的通信接口模塊為兩個(gè)包含了磁盤和網(wǎng)卡的arm系統(tǒng)。連接到非涉密網(wǎng)的arm系統(tǒng)對(duì)非涉密網(wǎng)上的設(shè)備提供數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，該arm系統(tǒng)將收到的數(shù)據(jù)緩存在自身的磁盤上，該arm系統(tǒng)還定時(shí)通過(guò)并行或串行通信協(xié)議，通過(guò)向可信fpga部件發(fā)送寫請(qǐng)求，將緩存在本地磁盤上的數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器的可寫區(qū)域；連接到涉密網(wǎng)的arm系統(tǒng)定時(shí)通過(guò)并行或串 行通信協(xié)議向可信fpga部件發(fā)送讀請(qǐng)求，并將讀取到的信息緩存到自身的磁盤上，該arm系統(tǒng)還監(jiān)聽(tīng)網(wǎng)絡(luò)上的數(shù)據(jù)訪問(wèn)請(qǐng)求，為涉密網(wǎng)上的其它設(shè)備提供數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)。

具體實(shí)施方式

首先說(shuō)明：本發(fā)明所述的實(shí)施方式均為示例性質(zhì)，不能被用來(lái)限定本發(fā)明的保護(hù)范圍。

實(shí)施方式1：

圖1示出了此種實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)。單向信息傳輸裝置外部具有兩個(gè)usb接口，內(nèi)部具有信源usb轉(zhuǎn)spi模塊、信宿usb轉(zhuǎn)spi模塊、支持spi協(xié)議的可信fpga部件、和兩個(gè)spi串口存儲(chǔ)器。其中一個(gè)usb接口連接信源，另外一個(gè)usb接口連接信宿；信源通過(guò)信源usb轉(zhuǎn)spi模塊向可信fpga部件發(fā)送數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求，信宿通過(guò)信宿usb轉(zhuǎn)spi模塊從串口存儲(chǔ)器中讀取被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

信源計(jì)算機(jī)上的軟件通過(guò)操作信源usb轉(zhuǎn)spi模塊，通知可信fpga部件“將數(shù)據(jù)寫入某指定存儲(chǔ)地址”，可信fpga部件接收到此通知后，向存儲(chǔ)模塊的當(dāng)前可寫區(qū)域發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求。信宿計(jì)算機(jī)上的軟件通過(guò)操作信宿usb轉(zhuǎn)spi模塊，從可信fpga部件獲取存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)；當(dāng)可信fpga部件獲知信宿希望讀取被傳輸?shù)臄?shù)據(jù)時(shí)，自動(dòng)對(duì)存儲(chǔ)器的只讀區(qū)域進(jìn)行批量讀取操作，并將讀取獲得的數(shù)據(jù)通過(guò)spi協(xié)議發(fā)送給信宿，且在向信宿傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中，不允許信宿對(duì)輸入流量進(jìn)行控制。

實(shí)施方式2：

圖2示出了此種實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)。單向信息傳輸裝置具有兩個(gè)含網(wǎng)卡的單片機(jī)、可信fpga部件、sram或并行flash存儲(chǔ)器。其中含網(wǎng)卡的單片機(jī)1從網(wǎng)絡(luò)上接收對(duì)存儲(chǔ)部件可寫區(qū)域的訪問(wèn)請(qǐng)求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給可信fpga部件進(jìn)行處理；含網(wǎng)卡的單片機(jī)2從網(wǎng)絡(luò)上接收對(duì)于存儲(chǔ)部件中可讀區(qū)域的讀取請(qǐng)求，并將其轉(zhuǎn)發(fā)給可信fpga部件，且在可信fpga給出讀取結(jié)果后，將讀取結(jié)果發(fā)送到指定的網(wǎng)絡(luò)地址。

實(shí)施方式3：

圖3示出了此種實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)。此實(shí)施方式與實(shí)施方式1的主要區(qū)別為：?jiǎn)蜗蛐畔鬏斞b置內(nèi)部不包含存儲(chǔ)部件，而是包含一個(gè)sd讀卡器模塊，可信fpga在收到對(duì)于存儲(chǔ)部件的讀寫訪問(wèn)請(qǐng)求后，將讀寫請(qǐng)求轉(zhuǎn)發(fā)給sd讀卡器模塊處理，并將sd卡讀卡器處理的結(jié)果返回給請(qǐng)求的發(fā)送者。

實(shí)施方式4：

圖4示出了此種實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)。此時(shí)信源通過(guò)usb接口與本單向信息傳輸裝置連接，信源利用usb轉(zhuǎn)spi模塊，向可信fpga部件發(fā)送數(shù)據(jù)寫入請(qǐng)求；按照與信源端數(shù)據(jù)寫入軟件約定的存儲(chǔ)格式，arm系統(tǒng)通過(guò)可信fpga部件對(duì)存儲(chǔ)器進(jìn)行讀取訪問(wèn)，并將讀取的結(jié)果記錄到本地的磁盤中。arm系統(tǒng)還運(yùn)行網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)，對(duì)涉密網(wǎng)計(jì)算機(jī)提供訪問(wèn)本地磁盤存儲(chǔ)的服務(wù)。

實(shí)施方式5：

圖5示出了此種實(shí)施方式的基本結(jié)構(gòu)。此時(shí)信源通過(guò)與非涉密網(wǎng)連接的arm系統(tǒng)提供的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)服務(wù)，將待傳輸?shù)臄?shù)據(jù)寫入此arm系統(tǒng)的本地硬盤，此arm系統(tǒng)定期掃描磁盤上新被放入的數(shù)據(jù)，在這些數(shù)據(jù)的開(kāi)始和結(jié)束處添加標(biāo)志信息，然后采用并行或串行通信協(xié)議，請(qǐng)求可信fpga部件將添加了標(biāo)志信息的數(shù)據(jù)寫入存儲(chǔ)器；與涉密網(wǎng)相連的arm系 統(tǒng)定時(shí)向可信fpga部件發(fā)送數(shù)據(jù)讀取請(qǐng)求，并將讀取的結(jié)果連續(xù)存儲(chǔ)到本地磁盤中，當(dāng)發(fā)現(xiàn)了結(jié)束處的標(biāo)志數(shù)據(jù)后，將此結(jié)束標(biāo)志與之前第一個(gè)開(kāi)始標(biāo)志之間的數(shù)據(jù)提取出來(lái)，作為用戶向進(jìn)行單向傳輸?shù)臄?shù)據(jù)，存儲(chǔ)到磁盤的共享數(shù)據(jù)區(qū)，由此arm系統(tǒng)上的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)訪問(wèn)服務(wù)將共享數(shù)據(jù)區(qū)中的數(shù)據(jù)共享給涉密網(wǎng)的其它設(shè)備。