一種usb外設(shè)的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種USB外設(shè)，該USB外設(shè)與主機(jī)相連，且包括：與主機(jī)的USB插座相對(duì)應(yīng)的USB插頭；USB從控制器，連接于USB插頭，且用于在主機(jī)與USB外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；FPGA，連接于USB從控制器，且用于根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)對(duì)主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密，并將加/解密后的數(shù)據(jù)傳送至主機(jī)。實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，F(xiàn)PGA在對(duì)主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密時(shí)，使用了自身的硬件標(biāo)識(shí)作為密碼的一部分，而FPGA的硬件標(biāo)識(shí)具有唯一性，不可復(fù)制，所以，即使非法人員破解了加/解密算法，由于無(wú)法復(fù)制FPGA的硬件標(biāo)識(shí)，依然無(wú)法獲取加/解密信息，因此，確保了主機(jī)的信息安全。而且，使用FPGA來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加/解密運(yùn)算，處理數(shù)據(jù)速度快。
【專利說(shuō)明】—種USB外設(shè)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及USB應(yīng)用領(lǐng)域，尤其是涉及一種USB外設(shè)。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，USB外設(shè)在作為USBkey使用時(shí)，通過(guò)對(duì)認(rèn)證信息源進(jìn)行加密可用于啟動(dòng)帶有身份認(rèn)證的裝置。另外，USB外設(shè)在作為加密外設(shè)使用時(shí)，可對(duì)電腦主機(jī)中的任何文件進(jìn)行加密或解密。但是，USB外設(shè)不管是作為USBkey還是作為加密外設(shè)，均很容易被不法人員破解，如采用硬件克隆、Debug工具調(diào)試跟蹤解密、編寫攔截程序修改軟件和USB外設(shè)之間的通訊等，并不能保證主機(jī)的信息安全。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的上述缺陷，提供一種不易被破解的USB外設(shè)。
[0004]本發(fā)明解決其技術(shù)問(wèn)題所采用的技術(shù)方案是:構(gòu)造一種USB外設(shè)，與主機(jī)相連，所述USB外設(shè)包括:
[0005]與所述主機(jī)的USB插座相對(duì)應(yīng)的USB插頭；
[0006]USB從控制器，連接于所述USB插頭，且用于在所述主機(jī)與所述USB外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；
[0007]FPGA,連接于所述USB從控制器，且用于根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)對(duì)所述主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密，并將加/解密后的數(shù)據(jù)傳送至所述主機(jī)。
[0008]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，所述FPGA根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及預(yù)先存儲(chǔ)的主機(jī)的硬件標(biāo)識(shí)，對(duì)所述主機(jī)所傳送的認(rèn)證信息源進(jìn)行加密以生成認(rèn)證信息，并傳送至所述主機(jī)。
[0009]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為加密外設(shè)狀態(tài)時(shí)，所述FPGA根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及所述主機(jī)所傳送的用戶密碼、加/解密指令，對(duì)所述主機(jī)所傳送的文件的進(jìn)行加/解密以生成加/解密文件,并傳送至所述主機(jī)。
[0010]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，所述USB外設(shè)還包括與所述FPGA相連的閃存盤，而且，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為U盤狀態(tài)時(shí)，所述FPGA控制所述USB從控制器和所述閃存盤連通。
[0011]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，所述FPGA包括:
[0012]數(shù)據(jù)控制器，連接于所述USB從控制器，且用于在所述USB從控制器與所述FPGA之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理；
[0013]主狀態(tài)機(jī)，連接于所述數(shù)據(jù)控制器，且用于識(shí)別所述USB外設(shè)當(dāng)前狀態(tài)；
[0014]加/解密模塊，連接于所述主狀態(tài)機(jī)，且用于在當(dāng)前狀態(tài)為加密外設(shè)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及所述主機(jī)所傳送的用戶密碼、加/解密指令，對(duì)所述主機(jī)所傳送的文件的進(jìn)行加/解密以生成加/解密文件；[0015]身份認(rèn)證控制器，連接于所述主狀態(tài)機(jī)，且用于在當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及預(yù)先存儲(chǔ)的主機(jī)的硬件標(biāo)識(shí)，控制所述加密模塊對(duì)所述主機(jī)所傳送的認(rèn)證信息源進(jìn)行加密，以生成認(rèn)證信息，并在所述主狀態(tài)機(jī)的控制下，將所述認(rèn)證信息返回至所述主機(jī)；
[0016]選通控制器，連接于所述主狀態(tài)機(jī)，且用于在當(dāng)前狀態(tài)為U盤狀態(tài)時(shí)，在所述主狀態(tài)機(jī)的控制下，將所述USB從控制器和所述閃存盤連通。
[0017]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，所述加/解密模塊為AES加/解密模塊。
[0018]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，所述認(rèn)證信息源為預(yù)設(shè)字節(jié)數(shù)量的隨機(jī)數(shù)。
[0019]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，所述主狀態(tài)機(jī)根據(jù)所述主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)量及所傳送的數(shù)據(jù)的地址是否連續(xù)來(lái)判斷當(dāng)前狀態(tài)。
[0020]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，所述主機(jī)為門禁主機(jī)或機(jī)床主機(jī)。
[0021]在本發(fā)明所述的USB外設(shè)中，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，所述主機(jī)為獨(dú)立的身份認(rèn)證裝置。
[0022]實(shí)施本發(fā)明的技術(shù)方案，F(xiàn)PGA在對(duì)主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)(對(duì)于USB key，所傳送的數(shù)據(jù)為認(rèn)證信息源；對(duì)于加密外設(shè)，所傳送的數(shù)據(jù)為所選擇的待加/解密的文件)進(jìn)行加/解密時(shí)，使用了自身的硬件標(biāo)識(shí)作為密碼的一部分(對(duì)于USB key，密碼還包括主機(jī)的硬件標(biāo)識(shí)；對(duì)于加密外設(shè)，密碼還包括用戶密碼)，而FPGA的硬件標(biāo)識(shí)具有唯一性，不可復(fù)制，所以，即使非法人員破解了加/解密算法，由于無(wú)法復(fù)制FPGA的硬件標(biāo)識(shí)，依然無(wú)法獲取加/解密信息，因此，確保了主機(jī)的信息安全。而且，使用FPGA來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加/解密運(yùn)算，處理數(shù)據(jù)速度快。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0023]下面將結(jié)合附圖及實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明，附圖中:
[0024]圖1是本發(fā)明USB外設(shè)實(shí)施例一的邏輯圖；
[0025]圖2是本發(fā)明USB外設(shè)實(shí)施例二的邏輯圖；
[0026]圖3是本發(fā)明USB外設(shè)實(shí)施例三的邏輯圖。
【具體實(shí)施方式】
[0027]如圖1所示的本發(fā)明USB外設(shè)實(shí)施例一的邏輯圖，該USB外設(shè)包括依次連接的USB插頭10、USB從控制器20和FPGA30，其中，USB插頭10與主機(jī)的USB插座相對(duì)應(yīng)，且在使用時(shí)，與USB插座連接。USB從控制器20用于在主機(jī)與USB外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，即，進(jìn)行協(xié)議的轉(zhuǎn)換。FPGA30用于根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)對(duì)主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密，并將加/解密后的數(shù)據(jù)傳送至主機(jī),FPGA自身的硬件表示為FPGA的DNA序列號(hào)，是每一片F(xiàn)PGA獨(dú)有的型號(hào)，且不可改變。例如，在該USB外設(shè)作為USB key使用時(shí)，即USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)PGA30根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及預(yù)先存儲(chǔ)的主機(jī)的硬件標(biāo)識(shí)，對(duì)主機(jī)所傳送的認(rèn)證信息源進(jìn)行加密以生成認(rèn)證信息，并傳送至主機(jī)。在該USB外設(shè)作為加密外設(shè)使用時(shí)，即USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為加密外設(shè)狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)PGA30根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及主機(jī)所傳送的用戶密碼、加/解密指令，對(duì)主機(jī)所傳送的文件的進(jìn)行加/解密以生成加/解密文件，并傳送至主機(jī)。
[0028]通過(guò)實(shí)施該實(shí)施例的技術(shù)方案，F(xiàn)PGA在對(duì)主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)(對(duì)于USBkey，所傳送的數(shù)據(jù)為認(rèn)證信息源；對(duì)于加密外設(shè)，所傳送的數(shù)據(jù)為所選擇的待加/解密的文件)進(jìn)行加/解密時(shí)，使用了自身的硬件標(biāo)識(shí)作為密碼的一部分(對(duì)于USB key，密碼還包括主機(jī)的硬件標(biāo)識(shí)；對(duì)于加密外設(shè)，密碼還包括用戶密碼)，而FPGA的硬件標(biāo)識(shí)具有唯一性，不可復(fù)制，所以，即使非法人員破解了加/解密算法，由于無(wú)法復(fù)制FPGA的硬件標(biāo)識(shí)，依然無(wú)法獲取加/解密信息，因此，確保了主機(jī)的信息安全。而且，使用FPGA來(lái)進(jìn)行數(shù)據(jù)的加/解密運(yùn)算，處理數(shù)據(jù)速度快。
[0029]圖2是本發(fā)明USB外設(shè)實(shí)施例二的邏輯圖，該實(shí)施例的USB外設(shè)相比圖1所示的USB外設(shè)，所不同的僅是，該實(shí)施例的USB外設(shè)還包括閃存盤40，該閃存盤40與FPGA相連，而且，在該USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為U盤狀態(tài)時(shí)，F(xiàn)PGA30控制USB從控制器20和閃存盤40連通。此時(shí)，用戶可方便的存儲(chǔ)自己的數(shù)據(jù)，而且，由于該閃存盤40是掛在FPGA30下的，因?yàn)樵揢SB外設(shè)在作為U盤時(shí)也具備安全性。
[0030]圖3是本發(fā)明USB外設(shè)實(shí)施例三的邏輯圖，該USB外設(shè)包括USB插頭10、USB從控制器20、FPGA30、閃存盤40、晶振50、SPI FLASH60和JTAG接口 70。其中，USB插頭10、USB從控制器20、FPGA30依次連接，閃存盤40、晶振50、SPI FLASH60和JTAG接口 70分別與FPGA30連接。FPGA30具體包括數(shù)據(jù)控制器31、主狀態(tài)機(jī)32、加/解密模塊33、身份認(rèn)證控制器34和選通控制器35，而且，數(shù)據(jù)控制器31、加/解密模塊33、身份認(rèn)證控制器34和選通控制器35分別與主狀態(tài)機(jī)32連接。其中，數(shù)據(jù)控制器31用于在USB從控制器20與FPGA30之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理，例如，將從USB從控制器20傳送到FPGA30的數(shù)據(jù)由串行轉(zhuǎn)成并行，將從FPGA30傳送到USB從控制器20的數(shù)據(jù)由并行轉(zhuǎn)成串行。主狀態(tài)機(jī)32用于識(shí)別USB外設(shè)當(dāng)前狀態(tài)。加/解密模塊33用于在當(dāng)前狀態(tài)為加密外設(shè)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及主機(jī)所傳送的用戶密碼、加/解密指令，對(duì)主機(jī)所傳送的文件的進(jìn)行加/解密以生成加/解密文件，然后等待主機(jī)讀取。身份認(rèn)證控制器34用于在當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及預(yù)先存儲(chǔ)的主機(jī)的硬件標(biāo)識(shí)，控制加密模塊33對(duì)主機(jī)所傳送的認(rèn)證信息源進(jìn)行加密，以生成認(rèn)證信息，并在主狀態(tài)機(jī)的控制下，將認(rèn)證信息返回至主機(jī)。選通控制器35用于在當(dāng)前狀態(tài)為U盤狀態(tài)時(shí)，在主狀態(tài)機(jī)的控制下，將USB從控制器20和閃存盤40連通。另外，晶振50為FPGA的運(yùn)行提供時(shí)鐘信號(hào)，SPI FLASH60存儲(chǔ)有FPGA的硬件配置信息和軟件信息，JTAG接口 70為測(cè)試接口。
[0031]在本發(fā)明USB外設(shè)的一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，上述加/解密模塊33優(yōu)選為AES加/解密模塊，當(dāng)然也可選用其它自定義算法的加/解密模塊。
[0032]在本發(fā)明USB外設(shè)的另一個(gè)優(yōu)選實(shí)施例中，主狀態(tài)機(jī)32根據(jù)主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)量及所傳送的數(shù)據(jù)的地址是否連續(xù)來(lái)判斷當(dāng)前狀態(tài)。例如，具體為:在USB外設(shè)為key狀態(tài)時(shí)，主機(jī)所傳送的認(rèn)證信息源為預(yù)設(shè)字節(jié)數(shù)量的隨機(jī)數(shù)，例如為四字節(jié)的隨機(jī)數(shù)。當(dāng)主狀態(tài)機(jī)32在判斷該USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)時(shí)，首先判斷所接收的來(lái)自主機(jī)的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)量是否為四個(gè)字節(jié)，如果是四個(gè)字節(jié)，則認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)。如果超過(guò)四個(gè)字節(jié)(一般是512個(gè)字節(jié)或512倍數(shù)個(gè)字節(jié)，主機(jī)為USB外設(shè)的操作是以一個(gè)扇區(qū)作為基本操作，而一個(gè)扇區(qū)就是512個(gè)字節(jié))，則主狀態(tài)機(jī)32將會(huì)跳轉(zhuǎn)去檢查這些數(shù)據(jù)的地址是否連續(xù)，如果地址是連續(xù)的，則認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)為U盤狀態(tài)，啟動(dòng)U盤功能。如果地址是相同的，則認(rèn)為當(dāng)前狀態(tài)為加密外設(shè)狀態(tài)，啟動(dòng)加密外設(shè)功能。
[0033]在本發(fā)明USB外設(shè)作為USB key使用時(shí)，該USB key可用于多種認(rèn)證系統(tǒng)，例如，門禁系統(tǒng)、機(jī)床系統(tǒng)、電腦系統(tǒng)。門禁系統(tǒng)可用在公司或者政府機(jī)構(gòu)的文案管理室或者檔案柜,只有帶有本USB key的用戶才能通過(guò)門禁主機(jī)的身份認(rèn)證，進(jìn)而才能開啟門禁。機(jī)床系統(tǒng)與門禁系統(tǒng)類似，只有帶有本USBkey的用戶才能通過(guò)機(jī)床主機(jī)的身份認(rèn)證，進(jìn)而才能開啟機(jī)床。在電腦系統(tǒng)中，必須使用USB key對(duì)硬盤進(jìn)行身份認(rèn)證后，才允許電腦對(duì)硬盤里的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫，此時(shí)，主機(jī)可以是一個(gè)獨(dú)立的身份認(rèn)證裝置，也可以集成在電腦里。
[0034]以上所述僅為本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例而已，并不用于限制本發(fā)明，對(duì)于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)，本發(fā)明可以有各種更改、組合和變化。凡在本發(fā)明的精神和原則之內(nèi)，所作的任何修改、等同替換、改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本發(fā)明的權(quán)利要求范圍之內(nèi)。
【權(quán)利要求】
1.一種USB外設(shè)，與主機(jī)相連，其特征在于，所述USB外設(shè)包括: 與所述主機(jī)的USB插座相對(duì)應(yīng)的USB插頭； USB從控制器，連接于所述USB插頭，且用于在所述主機(jī)與所述USB外設(shè)之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理； FPGA，連接于所述USB從控制器，且用于根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)對(duì)所述主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密，并將加/解密后的數(shù)據(jù)傳送至所述主機(jī)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的USB外設(shè)，其特征在于，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，所述FPGA根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及預(yù)先存儲(chǔ)的主機(jī)的硬件標(biāo)識(shí)，對(duì)所述主機(jī)所傳送的認(rèn)證信息源進(jìn)行加密以生成認(rèn)證信息，并傳送至所述主機(jī)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的USB外設(shè)，其特征在于，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為加密外設(shè)狀態(tài)時(shí)，所述FPGA根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及所述主機(jī)所傳送的用戶密碼、加/解密指令，對(duì)所述主機(jī)所傳送的文件的進(jìn)行加/解密以生成加/解密文件,并傳送至所述主機(jī)。
4.根據(jù)權(quán)利要求1-3任一項(xiàng)所述的USB外設(shè)，其特征在于，所述USB外設(shè)還包括與所述FPGA相連的閃存盤，而且，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為U盤狀態(tài)時(shí)，所述FPGA控制所述USB從控制器和所述閃存盤連通。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的USB外設(shè)，其特征在于，所述FPGA包括: 數(shù)據(jù)控制器，連接于所述USB從控制器，且用于在所述USB從控制器與所述FPGA之間實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換處理； 主狀態(tài)機(jī)，連接于所述數(shù)據(jù)控制器，且用于識(shí)別所述USB外設(shè)當(dāng)前狀態(tài)； 加/解密模塊，連接于所述主狀態(tài)機(jī)，且用于在當(dāng)前狀態(tài)為加密外設(shè)狀態(tài)時(shí)，根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及所述主機(jī)所傳送的用戶密碼、加/解密指令，對(duì)所述主機(jī)所傳送的文件的進(jìn)行加/解密以生成加/解密文件； 身份認(rèn)證控制器，連接于所述主狀態(tài)機(jī)，且用于在當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，根據(jù)自身的硬件標(biāo)識(shí)及預(yù)先存儲(chǔ)的主機(jī)的硬件標(biāo)識(shí)，控制所述加密模塊對(duì)所述主機(jī)所傳送的認(rèn)證信息源進(jìn)行加密，以生成認(rèn)證信息，并在所述主狀態(tài)機(jī)的控制下，將所述認(rèn)證信息返回至所述主機(jī)； 選通控制器，連接于所述主狀態(tài)機(jī)，且用于在當(dāng)前狀態(tài)為U盤狀態(tài)時(shí)，在所述主狀態(tài)機(jī)的控制下，將所述USB從控制器和所述閃存盤連通。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的USB外設(shè)，其特征在于，所述加/解密模塊為AES加/解密模塊。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的USB外設(shè)，其特征在于，所述認(rèn)證信息源為預(yù)設(shè)字節(jié)數(shù)量的隨機(jī)數(shù)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的USB外設(shè)，其特征在于，所述主狀態(tài)機(jī)根據(jù)所述主機(jī)所傳送的數(shù)據(jù)的字節(jié)數(shù)量及所傳送的數(shù)據(jù)的地址是否連續(xù)來(lái)判斷當(dāng)前狀態(tài)。
9.根據(jù)權(quán)利要求5所述的USB外設(shè)，其特征在于，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，所述主機(jī)為門禁主機(jī)或機(jī)床主機(jī)。
10.根據(jù)權(quán)利要求5所述的USB外設(shè)，其特征在于，在所述USB外設(shè)的當(dāng)前狀態(tài)為key狀態(tài)時(shí)，所述主機(jī)為獨(dú)立的身份認(rèn)證裝置。
【文檔編號(hào)】G06F21/34GK103577741SQ201310080044
【公開日】2014年2月12日 申請(qǐng)日期:2013年3月13日 優(yōu)先權(quán)日:2013年3月13日
【發(fā)明者】馮雁軍, 張建國(guó), 徐淵, 易子林, 羅凱, 朱明程 申請(qǐng)人:深圳市振華微電子有限公司, 中國(guó)振華（集團(tuán)）科技股份有限公司