基于WinPE启动的加密U盘量产技术研究与实现

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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。
摘要第3-5页
ABSTRACT第5-6页
第一章 绪论第12-15页
    1.1 论文研究的背景第12-13页
    1.2 论文研究的现状和意义第13页
    1.3 论文的研究内容与章节安排第13-15页
第二章 基于WinPE启动的加密U盘相关技术第15-26页
    2.1 密码学基础知识第15-21页
        2.1.1 对称密码体制第16-18页
        2.1.2 非对称加密体制第18-19页
        2.1.3 数字签名技术第19-21页
    2.2 启动盘主要技术特点第21-25页
        2.2.1 WinPE操作系统简介第21-22页
        2.2.2 MBR(master boot record)扇区第22-23页
        2.2.3 DBR(DOS boot record)扇区第23-24页
        2.2.4 FAT表数据的存储原则第24-25页
    2.3 本章小结第25-26页
第三章 基于SCCII+芯片的量产加密U盘开发架构第26-39页
    3.1 SCCII+加密U盘开发架构介绍第26-27页
    3.2 SCCII+安全芯片介绍第27-33页
        3.2.1 SCCII+系统框图和主要接口特点第27-29页
        3.2.2 应用于加密U盘的SCCII+模块第29-33页
    3.3 固件端开发架构第33-36页
    3.4 客户端开发架构第36-38页
    3.5 本章小结第38-39页
第四章 加密U盘固件设计与实现第39-60页
    4.1 加密U盘功能区域介绍第39-40页
    4.2 固件端主流程设计思想第40-42页
    4.3 SCSI私有命令处理第42-52页
        4.3.1 Bulk-Only传输第43-45页
        4.3.2 私有命令的实现第45-48页
        4.3.3 命令地址的解析第48-52页
    4.4 加解密基本操作第52-55页
        4.4.1 加解密数据加密第53-54页
        4.4.2 口令认证机制第54-55页
    4.5 固件重要配置信息第55-59页
        4.5.1 系统配置信息表第55-58页
        4.5.2 用户信息表第58-59页
    4.6 本章小结第59-60页
第五章 WinPE启动盘量产设计与实现第60-95页
    5.1 量产WinPE启动加密U盘条件第60-64页
        5.1.1 量产工具介绍第60-63页
        5.1.2 WinPE引导文件第63-64页
    5.2 量产工具初始化第64-68页
        5.2.1 枚举盘符第65-66页
        5.2.2 配置文件读取第66-68页
    5.3 实时检测U盘插入技术第68-70页
    5.4 U盘量产的多线程技术第70-77页
        5.4.1 主要线程的创建第71-72页
        5.4.2 线程消息的响应第72-74页
        5.4.3 线程资源的同步第74-76页
        5.4.4 进程的互斥运行第76-77页
    5.5 量产的主要工作流程第77-84页
        5.5.1 WinPE启动盘分区第79-81页
        5.5.2 分区格式化流程第81-84页
    5.6 基于WinPE启动的U盘格式化实现第84-91页
        5.6.1 创建磁盘镜像第85-88页
        5.6.2 WinPE引导文件的遍历第88-89页
        5.6.3 以FAT表格式化写入文件第89-91页
    5.7 量产WinPE启动盘数据写入方式第91-94页
    5.8 本章小结第94-95页
第六章 实验测试与结果第95-103页
    6.1 测试环境第95页
    6.2 性能测试第95-97页
    6.3 功能测试第97-101页
    6.4 兼容性测试第101-102页
    6.5 本章小结第102-103页
第七章 总结与展望第103-105页
    7.1 本文总结第103页
    7.2 今后工作与展望第103-105页
参考文献第105-107页
附录一 主要中英文对照表第107-108页
致谢第108-109页
攻读学位期间学术论文与科研成果第109-112页
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