基于国密算法加密U盘的研究

发布时间：2017-08-13 19:00

  本文关键词：基于国密算法加密U盘的研究

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【摘要】：随着社会信息技术的高速发展,数据存储与交换变得越来越频繁,人们对数据存储安全也越来越重视。虽然普通U盘具有便于携带、价格实惠等优点,但是存储在它上面的信息数据没有身份认证和加密算法保护,一旦遗失或者被窃,后果十分严重。针对普通U盘数据易泄漏以及国外加密算法可能存在的后门风险,设计了一款基于国密算法SM4的按键加密U盘,本文设计的加密U盘采用杭州华澜微科技有限公司自主研发的USB2.0安全控制器芯片S261作为主控,采用按键身份认证电路,以嵌入式多媒体卡(eMMC)作为储存介质,实现了存储在U盘中的信息数据的全硬件加密保护。介绍了USB系统结构、通信流模型及数据的控制传输和批量传输。根据主控S261芯片的硬件资源完成了加密U盘的整体架构,包括eMMC存储模块、USB通信模块、电源模块和采用PIC单片机实现的按键身份认证模块。S261通过内置加密引擎调用国密算法SM4对数据进行加密后存储在eMMC上,eMMC上的密文通过S261解密后经过USB接口传递给主机。在研究USB协议和eMMC协议的基础上,完成了加密U盘的固件设计,加密U盘的固件主要包括三个部分:SUP固件、CHP固件和PIC固件。SUP固件负责和主机USB接口的通信,调用国密算法SM4实现对数据的加解密和控制CHP;CHP固件负责控制eMMC和接受SUP的命令,完成eMMC的初始化及对eMMC的读写操作,CHP和eMMC之间的数据传递采用Ping-Pong传输,提高了读写速度;PIC固件实现用户的按键输入和身份认证,采用有限尝试次数策略,防止暴力恶意攻击破解。最后对按键加密U盘进行了功能和性能上的测试,达到设计目标。设计的安全加密U盘已经投放市场并得到验证。
【关键词】：加密U盘 国密 嵌入式多媒体卡 按键身份认证
【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;TP309.7
【目录】：

• 摘要5-6
• ABSTRACT6-9
• 第一章 绪论9-13
• 1.1 选题背景及意义9-10
• 1.2 国内外研究状况10-11
• 1.3 本文主要研究内容和章节安排11-13
• 第二章 加密U盘相关协议的研究13-24
• 2.1 USB数据流模型13-15
• 2.1.1 USB系统结构13
• 2.1.2 USB总线拓扑结构13-14
• 2.1.3 USB通信流模型14-15
• 2.2 USB数据传输类型15-23
• 2.2.1 包及设备请求16-17
• 2.2.2 控制传输17-18
• 2.2.3 批量传输18-21
• 2.2.4 Bus Hound捕捉命令解读21-23
• 2.3 本章小结23-24
• 第三章 加密U盘的硬件设计24-34
• 3.1 硬件设计框架24-25
• 3.2 主控S261介绍25-30
• 3.2.1 S261构造及资源25-26
• 3.2.2 加密算法单元26-28
• 3.2.3 SUP和CHP结构28-29
• 3.2.4 存储设备空间分布29-30
• 3.3 按键身份认证设计30-32
• 3.4 电源模块设计32
• 3.5 安全性设计32-33
• 3.5.1 全硬件按键身份认证设计32
• 3.5.2 固件安全设计32
• 3.5.3 数据安全存储设计32-33
• 3.6 本章小结33-34
• 第四章 固件设计及实现34-53
• 4.1 SUP固件设计34-39
• 4.1.1 SUP主程序设计34-36
• 4.1.2 控制传输处理36-37
• 4.1.3 批量传输处理37-39
• 4.2 CHP固件设计39-49
• 4.2.1 寄存器规划39
• 4.2.2 主程序设计39-42
• 4.2.3 eMMC初始化42-43
• 4.2.4 读写数据设计43-48
• 4.2.5 SUP和CHP通信协议48-49
• 4.3 按键身份认证设计49-52
• 4.3.1 按键管理系统的功能49-50
• 4.3.2 按键管理系统设计50-52
• 4.4 本章小结52-53
• 第五章 系统测试与分析53-58
• 5.1 功能测试53-55
• 5.2 性能测试55-57
• 5.2.1 可靠性测试55
• 5.2.2 超稳定测试55
• 5.2.3 读写速度测试55-57
• 5.3 本章小结57-58
• 第六章 总结与展望58-60
• 6.1 总结58
• 6.2 展望58-60
• 致谢60-61
• 参考文献61-64
• 附录64

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1 王庆;基于国密算法加密U盘的研究[D];杭州电子科技大学;2016年

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本文编号：668810