[实用新型]加密U盘

说明书

技术领域

本实用新型涉及一种U盘，具体涉及一种加密U盘。

背景技术

最常见的普通U盘的实现方案是以通用的U盘控制器芯片为平台，大容量NAND FLASH作为存储介质。普通U盘存储介质中数据都以明文存储，不便于携带涉密文件，U盘丢失只需取下其存储介质就可以读取其中的文件内容，通常只适合固定区域内场所PC机上专用，具有一定局限性。

专用U盘的一种实现方案是以ARM处理器为核心，主要负责USB协议解析与应答，各功能模块的控制与数据调用。FPGA做协处理器，负责NAND FLASH的控制、纠错算法和其他外设的控制。加密算法由另外一片专用FPGA实现构造。此方案硬件实现主要是主控制器外设需要较多，成本较高，总线和外设接口模块固定，无法和FPGA形成多接口的互联，缺乏灵活性。整个方案实现后设备功耗大于PC机USB端口的最大供电功率，因而此方案只适合功能性代码的验证。

NOR FLASH即NOR非易失存储器，FRAM即铁电存储器，EPCS(Erasable programmable configurable serial)是FPGA配置数据串行存储器，SDRAM（Synchronous Dynamic Random Access Memory）是同步动态随机存储器，NANDFLASH是非易失存储器的一种。

AES算法是高级加密标准（Advanced Encryption Standard）算法的简称。AES是一种迭代的、对称密钥分组的加密算法，与公共密钥密码使用密钥对不同，对称密钥密码使用相同的密钥加密和解密数据。通过分组密码返回的加密数据的位数与输入数据相同。

AES的基本原理就是矩阵数据的排列于置换运算。但是相比于Rijndael更大范围的区块和密钥长度，AES采用固定的区块长度128比特也就是16个字节，密钥长度为128比特，192比特和256比特三种长度可选。AES作为新一代的数据加密标准汇聚了强安全性、高性能、高效率、易用和灵活等优点。AES设计有三个密钥长度:128,192,256位，相对而言，AES的128密钥比DES的56密钥强1021倍。AES算法主要包括三个方面：轮变化、圈数和密钥扩展。

磨损均衡算法，U盘特性最大的伤害源于擦除和写入造成的磨损，擦写次数越多，性能越不稳定，为了均衡磨损，主要有以下解决方法：

一：采用回收队列方式：可以均衡NAND FLASH块的使用。这样就不会频繁的对同一个NAND FLASH擦除和写入，NAND FLASH块被擦除后至少要经历队列长度的才被第二次擦除和使用。

二：采用交换块写入技术：可以减少NAND FLASH反复擦除同一个块的次数。如果写入LBA（逻辑块地址）在交换块已写页面之后（未使用的页面），则写入交换块，否则将交换块提交给映射表（原映射块将被废弃，重新映射到交换块，注：原映射块后端页面数据，也就是未在交换块中重新改写的有效数据需要从原映射块复制到交换块中，再建立新映射），这样，几乎每次写入都需要从回收区（回收区最初都是擦除的，但是最后放入了未擦除的块，每次提取后都要擦除）提取一个块擦除后来用做交换块，如果写入的LBA常常落在交换之外，那么擦除次数就会很多，这与每次写入都找个新擦除块、读原块、写新块、重映射相差无异，由于U盘大部分写入为连续区域写入，采用这种方法能提高操作速度和减少NAND FLASH同一个块的擦除次数，来做到磨损均衡。

Mass Storage Class设备包括4个逻辑分区：CDROM区,普通U盘区，加密U盘区和隐藏区，设备固件代码在USB软连接后即可调用SCSI命令解析状态机函数，把Interface0划分为四个分区。

下面介绍该设备的容量划分。NAND FLASH中可用的BLOCK数量为15000，实际的BLOCK数量为16384，因为坏块管理和损耗均衡的缘故，我们只使用15000BLOCK来存储有效数据。因为1BLOCK包含128page(page大小为4KB)，所以上位机能访问到的逻辑地址长度为15000*128。

其中普通区和加密授权区容量可以通过上位机中的出厂格式化函数来调整。另外，由于光盘文件系统扇区大小为2KB的缘故，分配给光驱的0x80000个逻辑地址(2GB)，实际光驱容量只有1GB。

实用新型内容