基于MEMS和FPGA的移动硬盘数据加解密系统

2009-11-04 20:54:47来源: 维库电子

  随着信息量的急剧增长,信息安全日益受到人们重视。一个完整的数据加解密系统应该 具备安全可靠的密码认证机制和加解密算法。本文基于MEMS 强链、USB 控制器和FPGA 设 计了一种USB 接口的高效数据加解密系统,采用AES 加密算法。普通IDE 硬盘挂接该系统后 成为安全性极高的加密USB 移动硬盘,其平均数据吞吐率接近普通U 盘,达到10MB/s.

  1. 系统结构布局

  该系统由Cypress CY7C68013 USB2.0 控制器、Altera EP2C35 FPGA 和MEMS 强链构成, 图1 描述了整个系统的硬件布局。

整个系统的硬件布局

  MEMS 强链负责对用户输入的密码进行验证。CY7C68013 USB 控制器内含增强型51 核,它不 但能高效处理USB 协议事务,而且是整个系统的控制中心。EP2C35 FPGA 一端连接USB 控制 芯片的GPIF 接口,一端连接IDE 硬盘,它负责从IDE 总线中区分出控制信号、读写硬盘寄存器的数据信号和读写硬盘扇区的数据信号,然后仅对写入硬盘扇区的数据作加密处理,对读出 硬盘扇区的数据作解密处理。

  2. MEMS 强链

  MEMS 强链的棘爪能卡住棘轮,从而能精确定位到固定的位置,棘爪装有电磁驱动型电机, 使其具有误码鉴别与自复位功能,因而可用于信息安全,实现密码锁的功能。鉴码机构由两组 电磁型微步进电机驱动反干涉齿轮集A 和B,反干涉码轮集中机械固化了密码。反干涉齿轮集 在正确解码时,码齿之间互相没有接触;当出现错码时,码齿相互干涉,反干涉齿轮集卡死。 使用光电耦合机构,在正确接收到24 位密码时光电能量耦合,系统开启。图2 是MSMS 强链 结构图。

MSMS 强链 结构图

  3. 物理密钥与密码认证

  物理密钥是相对于逻辑密钥而言的,逻辑密钥通常以二进制形式存在于芯片内部ROM 区,容易被破解。而物理密钥固化在机械结构内部。本设计采用的反向啮合齿轮集鉴码机构所蕴含 的密钥就属于物理密钥。它的结构相当隐含,不是专业人士即使知道了鉴码机构,也很难推出其密码。

  密码认证开始时,USB 控制器把接收到的来自PC 的24 位待验证二进制密码以脉冲的形 式传递给强链。强链的电机会根据脉冲驱动码轮。若密码正确,反干涉齿轮*无摩擦的走通 一周回到原位;只要有一位密码错误,反干涉齿轮*在该位卡死。USB 控制器根据强链的反 馈信号作出判断,如果验证通过,则将该系统枚举成一个可移动磁盘,并把该正确密码传递给 FPGA,作为AES 加密算法的密钥;否则向PC 机返回验证失败的信息。

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关键字:MEMS强链  FPGA  USB  移动硬盘  加解密系统

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/1104/article_790.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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