基于MEMS強(qiáng)鏈和FPGA的USB移動硬盤數(shù)據(jù)加解密系統(tǒng)

摘要：隨著信息量的急劇增長，信息安全日益受到人們重視。一個完整的數(shù)據(jù)加解密系統(tǒng)應(yīng)該 具備安全可靠的密碼認(rèn)證機(jī)制和加解密算法。本文基于MEMS 強(qiáng)鏈、USB 控制器和FPGA 設(shè) 計了一種USB 接口的高效數(shù)據(jù)加解密系統(tǒng)，采用AES 加密算法。普通IDE 硬盤掛接該系統(tǒng)后 成為安全性極高的加密USB 移動硬盤，其平均數(shù)據(jù)吞吐率接近普通U 盤，達(dá)到10MB/s.
　1. 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)布局

　　該系統(tǒng)由Cypress CY7C68013 USB2.0 控制器、Altera EP2C35 FPGA 和MEMS 強(qiáng)鏈構(gòu)成， 圖1 描述了整個系統(tǒng)的硬件布局。

　　MEMS 強(qiáng)鏈負(fù)責(zé)對用戶輸入的密碼進(jìn)行驗證。CY7C68013 USB 控制器內(nèi)含增強(qiáng)型51 核，它不 但能高效處理USB 協(xié)議事務(wù)，而且是整個系統(tǒng)的控制中心。EP2C35 FPGA 一端連接USB 控制 芯片的GPIF 接口，一端連接IDE 硬盤，它負(fù)責(zé)從IDE 總線中區(qū)分出控制信號、讀寫硬盤寄存器的數(shù)據(jù)信號和讀寫硬盤扇區(qū)的數(shù)據(jù)信號，然后僅對寫入硬盤扇區(qū)的數(shù)據(jù)作加密處理，對讀出 硬盤扇區(qū)的數(shù)據(jù)作解密處理。

　　2. MEMS 強(qiáng)鏈

　　MEMS 強(qiáng)鏈的棘爪能卡住棘輪，從而能精確定位到固定的位置，棘爪裝有電磁驅(qū)動型電機(jī)， 使其具有誤碼鑒別與自復(fù)位功能，因而可用于信息安全，實現(xiàn)密碼鎖的功能。鑒碼機(jī)構(gòu)由兩組 電磁型微步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動反干涉齒輪集A 和B，反干涉碼輪集中機(jī)械固化了密碼。反干涉齒輪集 在正確解碼時，碼齒之間互相沒有接觸；當(dāng)出現(xiàn)錯碼時，碼齒相互干涉，反干涉齒輪集卡死。 使用光電耦合機(jī)構(gòu)，在正確接收到24 位密碼時光電能量耦合，系統(tǒng)開啟。圖2 是MSMS 強(qiáng)鏈 結(jié)構(gòu)圖。