基于WinPE启动的加密U盘量产技术研究与实现

论文摘要

随着信息技术的发展和数字产品的普及,随身可携带的U盘已经成为每个人必备的存储设备。然而普通的U盘存储功能已经渐渐不能满足客户日益增长的需求。出于对关键数据的保密,市场上出现了可加密的U盘。出于对受损的操作系统的恢复,出现了可自启动的WinPE在盘操作系统。如何才能将这两个不同功能的需求集成于一个U盘之上,于是一种基于WinPE启动的加密U盘量产技术就应运而生了。本文首先研究了主要的加解密算法包括对称加密,非对称加密和数字签名的技术,同时分析了启动盘的主要技术要点。针对市场上主流的基于8位处理器的加密U盘产品的不足（8位处理器容易被破解且无法进行复杂的加密运算）,设计并量产出基于SCCII+安全芯片的高速率、高安全性的加密U盘,并提出了整个量产加密U盘的开发架构。在此设计架构基础上,进一步深入研究了加密U盘固件端开发架构的设计,以及客户端基于WinPE启动的U盘量产软件架构的设计与实现。本文工作的创新性主要体现在以下五个方面: 1.研究并实现了加密U盘特有的SCSI私有命令指令,扩展了标准UFI命令以外更多与U盘交互的方式。2.研究并实现了基于SCCII+安全芯片SCB2加密模块的U盘加解密操作的实现,很大程度解决了基于8位处理器的加密U盘产品容易被破解的不足。3.研究并实现了U盘实时检测插入技术,提高了量产工具检测插入U盘的灵敏度。4.研究并实现了利用多线程技术实现同时量产多个U盘,大大改善了市面上量产工具只能一次量产一个U盘的局限性。5.研究并实现了量产U盘的同时,FAT表格式化文件的写入,创新性地在加密U盘的基础上,增加了WinPE启动功能的特性,完全符合U盘功能多元化的趋势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 论文研究的背景
• 1.2 论文研究的现状和意义
• 1.3 论文的研究内容与章节安排
• 第二章 基于WinPE启动的加密U盘相关技术
• 2.1 密码学基础知识
• 2.1.1 对称密码体制
• 2.1.2 非对称加密体制
• 2.1.3 数字签名技术
• 2.2 启动盘主要技术特点
• 2.2.1 WinPE操作系统简介
• 2.2.2 MBR（master boot record）扇区
• 2.2.3 DBR（DOS boot record）扇区
• 2.2.4 FAT表数据的存储原则
• 2.3 本章小结
• 第三章 基于SCCII+芯片的量产加密U盘开发架构
• 3.1 SCCII+加密U盘开发架构介绍
• 3.2 SCCII+安全芯片介绍
• 3.2.1 SCCII+系统框图和主要接口特点
• 3.2.2 应用于加密U盘的SCCII+模块
• 3.3 固件端开发架构
• 3.4 客户端开发架构
• 3.5 本章小结
• 第四章 加密U盘固件设计与实现
• 4.1 加密U盘功能区域介绍
• 4.2 固件端主流程设计思想
• 4.3 SCSI私有命令处理
• 4.3.1 Bulk-Only传输
• 4.3.2 私有命令的实现
• 4.3.3 命令地址的解析
• 4.4 加解密基本操作
• 4.4.1 加解密数据加密
• 4.4.2 口令认证机制
• 4.5 固件重要配置信息
• 4.5.1 系统配置信息表
• 4.5.2 用户信息表
• 4.6 本章小结
• 第五章 WinPE启动盘量产设计与实现
• 5.1 量产WinPE启动加密U盘条件
• 5.1.1 量产工具介绍
• 5.1.2 WinPE引导文件
• 5.2 量产工具初始化
• 5.2.1 枚举盘符
• 5.2.2 配置文件读取
• 5.3 实时检测U盘插入技术
• 5.4 U盘量产的多线程技术
• 5.4.1 主要线程的创建
• 5.4.2 线程消息的响应
• 5.4.3 线程资源的同步
• 5.4.4 进程的互斥运行
• 5.5 量产的主要工作流程
• 5.5.1 WinPE启动盘分区
• 5.5.2 分区格式化流程
• 5.6 基于WinPE启动的U盘格式化实现
• 5.6.1 创建磁盘镜像
• 5.6.2 WinPE引导文件的遍历
• 5.6.3 以FAT表格式化写入文件
• 5.7 量产WinPE启动盘数据写入方式
• 5.8 本章小结
• 第六章 实验测试与结果
• 6.1 测试环境
• 6.2 性能测试
• 6.3 功能测试
• 6.4 兼容性测试
• 6.5 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 7.1 本文总结
• 7.2 今后工作与展望
• 参考文献
• 附录一 主要中英文对照表
• 致谢
• 攻读学位期间学术论文与科研成果