分区加密SD存储盘的设计与实现

发布时间：2017-10-28 16:13

  本文关键词：分区加密SD存储盘的设计与实现

  更多相关文章： SD存储盘 S281 NAND Flash 外部认证 加密存储

【摘要】：SD卡是一种基于半导体器件的快闪记忆存储设备,其具有体积小、存储容量大、数据传输速度高等优点,目前已被广泛应用在各类电子产品中。然而SD卡在使用过程中以明文的形式存储数据容易发生信息泄漏和被任意篡改的威胁。基于此,本文通过对存储盘的访问控制和全盘数据硬件加密,实现了保护数据安全的目的。本文首先分析了SD接口协议,研究了三重数据加密算法(3DES)和高级加密标准(AES)的加密原理,并对两种算法进行了比较。然后根据目前市场需求,提出了一种集外部认证与分区切换于一体的分区加密SD存储盘设计方案。采用SD控制器S281作为主控,4GB MLC型NAND Flash作为数据存储器,并实现了分区加密SD存储盘的硬件电路设计。本文还详细介绍了分区加密SD存储盘的软件设计与实现,主要包括固件设计与应用程序设计。固件设计中实现了SD协议、Flash的访问操作、外部认证、分区切换和全盘数据加密。文中利用地址映射表还实现了坏块的动态管理和Flash均衡算法,延长了Flash的使用寿命,同时还提高了数据读写速率。应用程序基于Android操作系统开发,用户可以通过应用程序输入正确密码访问SD存储盘中的保密数据。为了满足用户多方面需求,本文将SD存储盘的存储空间分为公共分区和安全分区,上电默认只显示公共分区,外部认证成功后可以切换至安全分区,同一时间只显示一个分区。通过3DES实现外部认证,SD存储盘中的数据采用AES256加密,并将密码加密后随机存储在Flash中,双重保护数据安全。除此之外,本文设计的SD存储盘还具有修改密码的功能,提高了数据存储安全性以及密码使用灵活性。最后对整个系统进行测试,测试结果表明,本文所设计的SD存储盘在读写速率、稳定性及功能实现上均能满足设计要求,具有一定的实际应用价值。
【关键词】：SD存储盘 S281 NAND Flash 外部认证 加密存储
【学位授予单位】：杭州电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP333
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-11
• 第1章 绪论11-17
• 1.1 课题研究的背景与意义11-13
• 1.2 加密SD卡国内外研究现状13-16
• 1.2.1 存储设备发展过程13-14
• 1.2.2 三种加密方式14
• 1.2.3 国内外研究现状14-15
• 1.2.4 本文研究的创新点15-16
• 1.3 本文主要研究内容与组织结构16-17
• 第2章 相关技术研究17-29
• 2.1 SD卡引脚17-18
• 2.2 SD卡寄存器18-19
• 2.3 SD卡工作模式19-20
• 2.4 SD卡命令简介20-24
• 2.4.1 SD卡命令类型20
• 2.4.2 SD卡命令格式20-21
• 2.4.3 SD卡命令与命令组21-24
• 2.5 SD卡响应24-25
• 2.6 3DES加密算法25-26
• 2.6.1 DES加密算法原理25-26
• 2.6.2 3DES加密算法原理26
• 2.7 AES加密算法26-28
• 2.8 加密算法比较28
• 2.9 本章小结28-29
• 第3章 分区加密SD存储盘的硬件设计与实现29-36
• 3.1 硬件架构29
• 3.2 主控芯片的选型29-31
• 3.3 存储介质的选型31-33
• 3.4 系统硬件设计33-35
• 3.4.1 SD微控制器模块设计34
• 3.4.2 NAND Flash数据存储器模块设计34-35
• 3.5 本章小结35-36
• 第4章 分区加密SD存储盘的软件设计与实现36-54
• 4.1 SD协议的实现36
• 4.2 NAND Flash的主要命令36-37
• 4.3 坏块表的建立37-38
• 4.4 地址映射表38-44
• 4.4.1 簇映射表40
• 4.4.2 块映射表40-41
• 4.4.3 页映射表41-42
• 4.4.4 簇映射表的软件设计与实现42
• 4.4.5 块映射表的软件设计与实现42-43
• 4.4.6 页映射表的软件设计与实现43-44
• 4.5 NAND Flash的操作访问44-47
• 4.5.1 逻辑读操作44-45
• 4.5.2 逻辑写操作45-47
• 4.5.3 擦除操作47
• 4.6 数据加解密模块的设计与实现47-48
• 4.7 分区加密模块的设计与实现48-50
• 4.7.1 外部认证的设计49
• 4.7.2 分区切换的实现49-50
• 4.7.3 密码修改的实现50
• 4.8 应用程序的设计与实现50-53
• 4.8.1 Android用户界面设计51-52
• 4.8.2 功能模块设计52-53
• 4.9 本章小结53-54
• 第5章 系统测试54-62
• 5.1 SD存储盘硬件平台54
• 5.2 下载程序与配置信息54-55
• 5.3 SD存储盘测试55-61
• 5.3.1 系统初始化56-57
• 5.3.2 系统性能测试57-59
• 5.3.3 系统功能测试59-61
• 5.4 本章小结61-62
• 第6章 总结与展望62-64
• 6.1 总结62
• 6.2 展望62-64
• 致谢64-65
• 参考文献65-68
• 附录68

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 汉泽西;吕飞;;大容量NAND Flash在嵌入式系统中的应用[J];石油仪器;2006年01期

2 编辑部;;成长强劲的NAND Flash产业[J];电子与电脑;2006年11期

3 ;NAND一季度表现糟糕[J];电子产品世界;2007年07期

4 江兴;;三星NAND闪存龙头地位牢固[J];半导体信息;2008年03期

5 ;NAND闪存闪现光芒,今年营业收入有望大增[J];今日电子;2013年07期

6 ;云应用导致NAND闪存需求下降[J];电子产品世界;2013年12期

7 羽冬;;东芝推出多芯片封装NAND闪存[J];半导体信息;2004年05期

8 羽冬;;Chip Enable Don't Care的NAND闪存[J];半导体信息;2004年01期

9 任萍;嵌入式NAND Flash稳步起飞[J];电子与电脑;2005年05期

10 马丰玺;杨斌;卫洪春;;非易失存储器NAND Flash及其在嵌入式系统中的应用[J];计算机技术与发展;2007年01期

中国重要会议论文全文数据库 前5条

1 ;Design and Implement NAND FLASH Data Storage System Based on the ARM[A];全国数字媒体技术专业建设与人才培养研讨会论文集[C];2011年

2 赵忠文;王魁;;基于NAND Flash的高速大容量固态记录器设计[A];全国第三届信号和智能信息处理与应用学术交流会专刊[C];2009年

3 肖珂;郭永超;郭书军;;基于MTD的NAND Flash驱动开发[A];2010通信理论与技术新发展——第十五届全国青年通信学术会议论文集（上册）[C];2010年

4 雷磊;谢民;李先楚;;基于NAND型Flash的海量存储板的设计与实现[A];全国第二届嵌入式技术联合学术会议论文集[C];2007年

5 刘恕;;NAND Flash的ECC分级及其在ATE设备中的测试方法[A];第五届中国测试学术会议论文集[C];2008年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 佳宜;NAND型Flash缺货恐至2005年[N];电子资讯时报;2004年

2 佳宜;NAND型Flash价跌 需求仍看俏[N];电子资讯时报;2004年

3 燕蕙;休虑NAND型 Flash价跌[N];电子资讯时报;2004年

4 怡均;NAND型Flash难止跌[N];电子资讯时报;2004年

5 ;NAND闪存吃紧[N];计算机世界;2005年

6 周悟;NAND闪存大战在即[N];计算机世界;2005年

7 吴宗翰 DigiTimes 专稿;茂德将于12英寸厂投产NAND Flash[N];电子资讯时报;2006年

8 吴宗翰 DigiTimes;三星、海力士、美光全靠拢NAND Flash[N];电子资讯时报;2006年

9 连于慧/DigiTimes;NAND Flash价格压力沉重 恐再现跌势[N];电子资讯时报;2006年

10 连于慧 DigiTimes;NAND Flash报价跌 厂商大打容量消耗战[N];电子资讯时报;2006年

中国博士学位论文全文数据库 前5条

1 李江鹏;提高NAND型闪存使用寿命的数字信号处理方法研究[D];上海交通大学;2014年

2 黄敏;提高MLC NAND Flash存储系统可靠性的方法研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

3 魏德宝;基于错误特征的NAND Flash存储策略研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

4 徐永刚;基于NAND Flash的嵌入式图像记录技术[D];中国科学院研究生院（光电技术研究所）;2013年

5 孙辉;NAND固态盘有限编程/擦除次数的评测模型及优化方法[D];华中科技大学;2014年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 丁德红;嵌入式系统中大页NAND Flash应用研究[D];吉林大学;2008年

2 周天伟;NAND闪存的软硬判决纠错码应用研究[D];西安电子科技大学;2014年

3 周仕成;基于NAND FLASH高速海量存储系统的设计[D];上海交通大学;2015年

4 江旭东;基于NAND Flash阵列的高速大容量图像存储器设计[D];中北大学;2016年

5 张云鹏;一种基于虚拟分区页映射的闪存FTL设计[D];安徽大学;2016年

6 张蓉;支持ONFI和Toggle模式的NAND Flash控制器设计[D];华中科技大学;2014年

7 王举利;eMMC存储系统的闪存转换层研究与设计[D];天津工业大学;2016年

8 谭雪青;高密度NAND闪存的纠错码架构及评价方法研究[D];华南理工大学;2016年

9 王世元;NAND Flash错误特性模型及应用研究[D];哈尔滨工业大学;2016年

10 许芮铭;基于SOPC的NAND Flash控制器设计[D];电子科技大学;2016年

，

本文编号：1108978