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基于虚拟盘的国密安全移动存储设备设计

范文

摘要：随着信息技术的发展，人们之间的信息交流变得越来越频繁，移动存储设备由于具有容量大、易携带等优点，应用十分广泛。为了提高移动存储设备的安全性，设计并实现了基于虚拟盘的国密安全移动存储设备，通过在物理盘驱动程序和文件系统之间嵌入一个虚拟驱动程序，将移动存储设备中的镜像文件虚拟为一个安全分区;在移动存储设备上开辟一个隐藏区，安全区配置信息都保存在隐藏区内，并使用SM4国密算法保证数据安全性;采用多线程技术，利用CPU性能提升安全分区内文件的加解密速度。

关键词：虚拟盘;数据安全;SM4算法;安全存储

DOI：10. 11907/rjdk. 182751 开放科学（资源服务）标识码（OSID）：

中图分类号：TP309 文献标识码：A 文章编号：1672-7800（2019）007-0202-03

Design of Virtual Disk Security Mobile Storage Device

with Chinese Cryptographic Algorithm

WEI Jia-xu

（Institute of Communnication Engineering，Hangzhou Dianzi University， Hangzhou 310018，China）

Abstract： With the development of information technology， the exchange of information between people is becoming more and more frequent，mobile stroage devices are widely used for their larage capacity and easy to carry. In order to improve the security performance of mobile storage devices， virtual disk technology is proposed and implemented in a data secure management software with Chinese cryptographic algorithm. A virtual driver between the physical disk driver and the file system are used to implement a security partition by written as an image file from the mobile storage device and create a hidden area on the mobile storage device， and the configuration information of the security zone is stored in the hidden aera. SM4 chinese cryptographic algorithm is implemented to protect the data of security partition. Multi-threading technology is used to improve SM4 encryption and decryption speed in this paper.

Key Words： virtual disk; data security; SM4 algorithm; secure storage

作者簡介：魏家旭（1993-），男，杭州电子科技大学通信工程学院硕士研究生，研究方向为安全存储。

0 引言

目前市场上针对移动存储设备内文件的保护方法有3种，具体为：①使用加密算法对存储设备内的文件进行保护[1-2]，该方法虽然对文件进行了加密存储，但其主要是在应用层加密，容易被跟踪破解，安全性较差;②采用虚拟卷技术，将存储设备内的一部分空间虚拟为一个安全区[3-5]，将安全区内的文件都进行加密存储。该方法是在驱动层加密，比在普通应用层加密安全性高，但该方案的密钥仍然存储在软件中，存在被破解的风险;③采用硬件加密技术[6-7]，通过存储设备内部的控制芯片进行加密，整个加密过程在硬件内实现。该方法安全级别较高，但是需要专门的加解密芯片，因而成本较高。

基于上述背景，本文设计了一款基于虚拟盘的国密安全移动存储设备。通过在物理盘驱动程序和文件系统之间嵌入一个虚拟驱动程序，将普通移动存储设备的镜像文件虚拟成一个安全区;同时在移动存储设备量产时开辟一个隐藏区，该隐藏区对操作系统不可见，只有使用特定接口才能操作隐藏区内的数据，安全分区配置及加密后的密钥信息都保存在移动存储设备隐藏区内;关闭安全区后，只留下镜像文件。为防止恶意删除或误删镜像文件导致安全区崩溃，本文在设计时将镜像文件设置为系统文件并将其隐藏，普通用户无法查看或操作。安全区内的文件通过SM4算法进行加密[8-10];最后采用多线程技术，充分利用PC的CPU资源提高加解密速度，在保证移动存储设备安全性的同时，提升了工作效率。

1 总体设计

1.1 安全分区生成

创建虚拟盘主要是指在普通盘中创建一个镜像文件，并将该文件模拟成一个虚拟盘的过程。首先，在用户需要虚拟出安全分区的移动存储设备上创建镜像文件，将该文件设置为系统文件并将其隐藏，普通用户无法查看或删除，从而有效防止文件被破坏。然后，将该镜像文件虚拟为一个安全分区并分配盘符，通过盘符即可操作该虚拟盘，如图1所示。

图1 虚拟分区

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（责任编辑：黄健）

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