基于国密算法加密u盘的研究硕士学位论文

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1、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。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

2、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PIC16F688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PIC16F688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

3、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；PIC16F688固件实现用户的身份认证和用户密码的修改，允许连续有限次的密码错误输入，防止暴力破解和密码猜测。最后对按键加密U盘各个模块和整个系统进行了功能和性能上的测试，测试结果表明，该加密U盘的读写速度较普通U盘有很大的提高，达到设计目标。关键词：加密U盘、国密、嵌入式多媒体卡、按键身份认证、高速ABSTRACTWiththerapiddevelopmentofinformationtechnology,datastora

4、geisbecomingmoreandmorefrequently.Peoplearemoreandmoreattentiontodatastoragesecurity.CommonUdiskhassomeadvantages,suchasportable,affordable,butithasnotauthenticationandencryptionalgorithmtoprotectinformationdata.IfcommonUdiskislostorstolen,itwillresultinveryseriousconsequences.Datasto

5、ringinthecommonUdiskleakseasilyandforeignencryptionalgorithmmayexistbackdoorrisk.ThekeyencryptionUdiskbasedonSM4algorithmisdevelopedtosolvetheseproblems.Itadoptsdomesticself-developedUSB2.0encryptionchipS261asUdiskmaster.TheencryptionUdiskadoptskeyauthenticationcircuitandembeddedmulti

6、mediacard(eMMC)asstoragemedium.Itachievesinformationdatafullhardwareencryptionprotection.ThispaperintroducesUSBsystemstructure,communicationflowmodel,controltransferandbulktransfer.AccordingtoS261chiphardwareresources,wedesigntheoverallarchitectureofencryptionUdisk,includingeMMCmemory

7、module,USBcommunicationmodule,powermoduleandkeyauthenticationmodule.S261callencryptionalgorithmSM4toencryptsdata.TheciphertextisstoredontheeMMC.ThedataistransferredtothecomputerthroughtheUSBinterface.StudyingUSBprotocolandeMMCprotocol,wedesignthefirmwareofencryptionUdisk.Thefirmwarema

8、inlyi