確保USB驅(qū)動器安全：風(fēng)險產(chǎn)生原因和應(yīng)對之策

被稱之為USB閃存驅(qū)動器 、“U盤驅(qū)動器”或“USB DONgle”的USB類存儲設(shè)備，真正使數(shù)據(jù)存儲的方式發(fā)生了革命性的變革并極大地推動了便攜性的發(fā)展。自2000年誕生以來，在全球各地生產(chǎn)與銷售此類設(shè)備不計其數(shù)。統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，僅2008年一年生產(chǎn)的USB類閃存驅(qū)動器就高達1.73億部。

　　USB類存儲設(shè)備之所以得到廣泛采用的原因包括：

　　·便攜性：此類設(shè)備的物理尺寸通常非常小型化，重量較輕，便于裝在口袋里隨身攜帶(“UDB Dongle”)。

　　·易用性：隨著USB作為標準接口不斷得到推廣，因此USB類存儲設(shè)備的使用也極為方便，完全做到了即插即用。

　　·價格低廉。

　　·快速。

　　·容量大(而且還在不斷增長)。

　　最近，個人和企業(yè)在USB閃存驅(qū)動器方面面臨的重要問題之一就是數(shù)據(jù)泄露和失竊。報道顯示發(fā)生的很多事故都與閃存驅(qū)動器放置不當(dāng)、失竊或使用不當(dāng)有關(guān)，這類事故一次性所造成的損失可高達250萬美元之多。

　　機密數(shù)據(jù)、個人數(shù)據(jù)或企業(yè)數(shù)據(jù)的泄露或使用不當(dāng)就會造成上述損失。鑒于此類問題，我們必須確保USB類閃存驅(qū)動器更強的安全性，避免泄露數(shù)據(jù)。USBA閃存驅(qū)動器數(shù)據(jù)的安全性可通過加密/解密機制加以實現(xiàn)，從而只讓已驗證人員對設(shè)備進行讀寫。

　　USB閃存驅(qū)動器的安全性

　　兩種廣泛用于確保USB閃存驅(qū)動器安全性的方法是：

　　·軟件加密：密鑰保存在設(shè)備存儲器中并用來對數(shù)據(jù)加密和解密。盡管這是一種相當(dāng)安全的方法，但將密鑰放置在設(shè)備存儲器中，卻讓黑客知道了從何處尋找密鑰以及密鑰所采用的獨特格式。

　　·硬件加密：密鑰不會脫離硬件，因此也不會暴露。這一特性使得硬件加密的潛在安全性比軟件加密更強。

　　軟硬件加密方法都使用了高級加密標準(AES)128位或256位(目前尚未出現(xiàn)128位或256位算法遭破解的報道)。不過，僅采用AES算法還不足以確保全面安全，實施算法的方式同樣十分重要。與軟件加密一樣，AES引擎通過用戶密碼生成密鑰，這就是說加密的強度直接取決于密碼的強度。此外，理想情況下，128位的AES需要16個字符的密碼。與此類似，256位的AES需要32個字符的密碼。創(chuàng)建并記住別人很難猜測的密碼可能導(dǎo)致設(shè)備使用不便。

　　另一方面，我們可用硬件隨機數(shù)字生成器來生成數(shù)組，AES引擎用該數(shù)組生成加密密鑰。密鑰由用戶密碼解鎖，并由AES引擎用來對數(shù)據(jù)進行加密。顯然，硬件加密法的安全性更強。

　　值得注意的是，軟硬件加密方法都需要使用用戶密碼。不過，由于硬件加密法不允許直接存取加密密鑰，而且加密的質(zhì)量與用戶密碼的強度無關(guān)，因此其安全性更強。

　　以下是目前可用的此類加密設(shè)備的普通方框圖：

　　從上圖中我們可以看出，USB控制器從PC或筆記本電腦的USB端口接收數(shù)據(jù)，并傳輸給AES引擎，引擎隨后將數(shù)據(jù)傳輸給加密格式的大容量存儲器。數(shù)據(jù)檢索的路徑與存儲控制器從大容量存儲器中讀取的路徑相同，之后再將數(shù)據(jù)傳遞給AES引擎，該引擎解密數(shù)據(jù)并返回給USB控制器。

　　WeST Bridge法

　　2006年，賽普拉斯半導(dǎo)體公司推出了West Bridge系列產(chǎn)品。類似于PC領(lǐng)域的北橋和南橋架構(gòu)，West Bridge架構(gòu)的推出旨在促進嵌入式處理器的發(fā)展，從而不必受存儲器和外設(shè)接口頻繁變化的影響。

　　實際上，West Bridge器件就是一種三向橋接器，旨在用于將處理器從USB和存儲器管理等數(shù)據(jù)密集型操作中解放出來。West Bridge器件帶有三個端口，一個連接到處理器，一個連接到大容量存儲器(兩個大容量存儲設(shè)備)，另一個連接到USB外部接口。這種器件架構(gòu)能確保處理器和大容量存儲器之間、大容量存儲器和USB之間以及處理器和USB之間同時獲得三個雙向路徑。其突出優(yōu)勢就是端口之間的數(shù)據(jù)傳輸速度非常快。

　　較快的數(shù)據(jù)傳輸速度可以抵消閃存驅(qū)動器采用安全特性后普遍發(fā)生的性能下降問題。

　　如下所示，West Bridge可用于安全USB閃存驅(qū)動器架構(gòu)：

　　West Bridge在以上架構(gòu)中完全控制著USB處理和存儲器管理。處理器/FPGA從上述任務(wù)中解放出來，只負責(zé)AES加密算法即可。數(shù)據(jù)通過USB端口進入并傳送至AES引擎，引擎隨后將加密數(shù)據(jù)發(fā)送到大容量存儲器。在從大容量存儲器檢索數(shù)據(jù)期間，數(shù)據(jù)會從存儲器發(fā)送到AES引擎，引擎接著進行數(shù)據(jù)解密并將其發(fā)送至USB端口。

　　此外，我們可按下圖所示進行架構(gòu)升級：

　　在此，我們可用智能卡或其他類似硬件生成AES算法的加密密鑰。密鑰解鎖需要用戶密碼，而后再讓AES進行數(shù)據(jù)加擾和解擾。

　　可擴展性是一種重要特性，它能使OEM/制造商在相同架構(gòu)的基礎(chǔ)上推出不同版本的產(chǎn)品。

　　本文小結(jié)

　　隨著USB作為PC和筆記本電腦連接標準的大規(guī)模推廣，以及USB閃存驅(qū)動器所具有的明顯優(yōu)勢，USB閃存驅(qū)動器很可能將繼續(xù)成為深受消費者青睞的存儲介質(zhì)。不過，以上所討論的、因使用這種媒介而會隨時爆發(fā)的風(fēng)險，也意味著制造商和OEM需要采取切實有效的措施來確保閃存驅(qū)動器中的數(shù)據(jù)能夠安全無虞。我們可用基于West Bridge的架構(gòu)來解決這一問題，同時還能通過單芯片可擴展的橋接解決方案實現(xiàn)高性能、低物料清單(BOM)成本等優(yōu)勢。