涉密計算機pci信息安全防護卡及系統的製作方法

2023-07-02 04:08:06 1

專利名稱：涉密計算機pci信息安全防護卡及系統的製作方法
技術領域：
涉密計算機pci信息安全防護卡及系統技術領域[0001]本實用新型涉及涉密計算機的信息防洩露技術，更具體地，涉及一種涉密計算機 PCI信息安全防護卡及相關系統。
背景技術：
[0002]隨著辦公自動化技術的廣泛應用，網絡系統的日益普及，涉密計算機系統的安全 保密問題日益突出。涉密計算機的洩密途徑主要有以下四種硬體洩密、軟體洩密、網絡洩 密和系統防範體系漏洞。雖然為了保護涉密信息的安全，管理者們採用了各種技術手段，包 括安裝各類安防軟體、通過網絡設備進行實時監控等，防止入侵和數據洩露。但是，有一些 情況僅憑軟體和網絡是無法監控和防範的。因為雖然計算機在正常啟動之後，各種外設接 口會由安防軟體進行監控或封閉，從而防止信息洩露，但是在計算機的作業系統啟動之前， 安防軟體是無法監控計算機外設接口的。現在大部分計算機都可以從USB 口啟動，這樣就 可以將涉密計算機斷開網絡，用USB 口啟動並將通過串行接口直接將硬碟的信息從計算機 中拷貝出來，或者關機後拔掉硬碟進行數據拷貝，完成後再把硬碟安裝回計算機，造成涉密 信息的洩露。由於上述洩密的方式沒有通過網絡進行數據傳輸，網絡監控的方式對此也無 能為力。實用新型內容[0003]針對現有技術的上述不足，本實用新型提供了一種涉密計算機PCI信息安全防護 卡及相關系統；通過在涉密計算機內安裝所述PCI信息安全防護卡，可以在計算機硬體上 電時刻立即封閉外設接口，而只有在計算機合法作業系統啟動並且處於安防軟體的正常監 控之後，再打開計算機的外設接口，交由安防軟體進行監控，從而防止信息的洩露。而且，通 過所述PCI信息安全防護卡還對計算機的開機時間、機箱是否被開啟過及開啟時間、斷開 網絡超時等進行監控並自動記錄在信息存儲器中。在計算機正常啟動之後可以由相關軟體 讀取所記錄的信息並存儲在計算機的硬碟中，利用這些信息經過分析處理，可以對計算機 是否經過非法啟動或非法開啟機箱等情況進行核實判斷，並且與相應的系統相配合實現報 警和管理。[0004]所述PCI信息安全防護卡，包括中央處理器、FLASH存儲器、USB接口電路、信號監 測接口電路、數據通信接口晶片，其中所述信號監測接口電路連接所述中央處理器並將採 集的機箱開蓋信號、計算機上電信號或PCI拔卡信號傳送給中央處理器進行處理；[0005]所述中央處理器連接FLASH存儲器並根據上述信號寫入相應的記錄數據，連接並 通過數據通信接口晶片與計算機進行通信，接收計算機的控制指令並向計算機傳輸所述記 錄數據，以及根據所述控制指令控制USB接口電路打開或封閉；[0006]所述數據通信接口晶片執行與計算機的通信。[0007]優選地，所述PCI信息安全防護卡進一步包括供電電池，檢測電池電壓並判斷是 否充電的電池檢測電路，以及對供電電池充電的電池充電電路。其中，所述電池檢測電路為電阻分壓採樣電路，所述電池充電電路為集成穩壓器組成的恆流充電電路。[0008]優選地，所述USB接口電路包括用於擴充接口的USB集線器晶片。[0009]優選地，所述USB接口電路包括用於接通和斷開USB接口的繼電器。[0010]優選地，所述PCI信息安全防護卡進一步包括作為鍵盤接口的PS2接口。[0011]優選地，所述PCI信息安全防護卡進一步包括實時時鐘電路。[0012]優選地，所述PCI信息安全防護卡進一步包括濾波電容和隔離二級管組成的抗幹 擾電路。[0013]本實用新型還提供了應用上述涉密計算機PCI信息安全防護卡的涉密計算機安 全防護系統，包括[0014]PCI信息安全防護卡，連接到計算機的PCI插槽，包括中央處理器、FLASH存儲器、 USB接口電路、信號監測接口電路、數據通信接口晶片；其中所述信號監測接口電路採集機 箱開蓋信號、計算機上電信號或PCI拔卡信號並傳送給中央處理器進行處理；所述中央處 理器根據上述信號在FLASH存儲器中生成相應記錄數據，通過數據通信接口晶片與計算機 進行通信，接收計算機的控制指令並向計算機傳輸所述記錄數據，以及根據所述控制指令 控制USB接口電路打開或封閉；所述數據通信接口晶片執行與計算機的通信；[0015]計算機，封閉外設接口並通過PCI插槽連接所述PCI信息安全防護卡，向所述PCI 信息安全防護卡發送所述控制指令，以及接收所述記錄數據；[0016]伺服器，通過網絡連接所述計算機並接收和存儲計算機上傳的所述記錄數據，以 及根據所述記錄數據進行監控報警。[0017]優選地，所述系統還包括用於打開和關閉所述PCI信息安全防護卡的USB接口電 路的手持器。[0018]通過應用本實用新型所述的PCI信息安全防護卡及相應系統，如果計算機系統的 安防軟體沒有啟動，則USB接口將被PCI信息安全防護卡所立即被封閉，可以有效的防止涉 密信息洩露。同時PCI信息安全防護卡可以監視計算機的使用情況，包括開機次數、開機時 間、關機時間，機箱是否開啟以及PCI信息安全防護卡是否被拔出，便於對涉密計算機的以 上使用情況進行記錄、監控、管理和報警。


[0019]
以下結合附圖和具體實施方式
對本實用新型作進一步詳細的說明[0020]圖1是本實用新型實施例的PCI信息安全防護卡電路結構示意圖；[0021]圖2是本實用新型實施例的計算機功能流程圖；[0022]圖3是本實用新型實施例的伺服器記錄功能流程圖；[0023]圖4是本實用新型實施例的伺服器報警功能流程圖。
具體實施方式
[0024]為了使本技術領域的人員更好地理解本實用新型的技術方案，並使本實用新型的 上述目的、特徵和優點能夠更加明顯易懂，下面結合實施例及實施例附圖對本實用新型作 進一步詳細的說明。[0025]本實用新型以PCI信息安全防護卡為核心，通過硬體架構實現涉密計算機安全防護系統，在計算機硬體上電時刻立即封閉外設接口，而只有在計算機合法作業系統啟動並 且處於安防軟體的正常監控之後，再打開計算機的外設接口，同時通過所述PCI信息安全 防護卡對計算機的開機時間、機箱是否被開啟過及開啟時間、斷開網絡超時等進行監控並 自動記錄在信息存儲器中，彌補了單純依靠安防軟體維護信息安全的不足。所述涉密計算 機安全防護系統劃分為PCI信息安全防護卡、計算機以及伺服器三大部分。[0026]圖1是本實用新型實施例的PCI信息安全防護卡電路結構示意圖。經過對各種 PC計算機內部結構的觀察和分析，無論是兼容計算機或是品牌計算機內部都有PCI標準插 槽，為了安裝方便、簡潔，將信息安全防護卡的硬體部分設計在一塊PCI卡上，將該防護卡 連接到計算機的PCI插槽，通過PCI插槽從計算機獲得供電並且實現二者的數據通信。[0027]參見圖1，所述PCI信息安全防護卡包括中央處理器1、FLASH存儲器2、USB接口 電路3、信號監測接口電路4、數據通信接口晶片5、實時時鐘電路6、供電電池7、電池檢測電 路8以及電池充電電路9。其中，所述信號監測接口電路4連接防護卡的外設檢測電路，外 設檢測電路採用高品質、高阻值的電阻檢測機箱開蓋信號和PCI拔卡信號，從而儘可能減 少電池消耗。信號監測接口電路4採集上述機箱開蓋信號和PCI拔卡信號，同時採集計算 機上電信號，將上述信號傳送給中央處理器進行處理。[0028]所述中央處理器I採用低功耗的單片機晶片，晶片選型應遵循以下原則工作狀 態的電流值為微安級，即小於ImA ;具有休眠功能，通過I/0埠可以喚醒；具有完善的內部 通訊接口功能，具備AD模擬電壓採集功能，完善的在線仿真調試功能(能縮短研發周期)； 程序存儲器可以實現2萬次的擦寫功能。在本實施例中經過篩選確定使用美國TI公司的 430系列超低功耗Flash型微控制器，是目前業界所有內部集成Flash存儲器產品中功耗最 低的一種，應用在電池供電的系統中，已被市場接受和認可。中央處理器I是PCI信息安全 防護卡的中央控制單元和數據處理單元，中央處理器I根據上述機箱開蓋信號、PCI拔卡信 號或計算機上電信號，在FLASH存儲器2中生成相應記錄數據；並且中央處理器I通過數據 通信接口晶片5與計算機進行通信，從而接收計算機的控制指令，在控制指令的操作下向 計算機傳輸所述記錄數據，以及控制USB接口電路3的打開或封閉。[0029]所述FLASH存儲器2採用超低功耗，存儲容量大，擦寫次數2萬以上的存儲晶片。 本實施例選用SST25VF032B型FLASH存儲器，一次記錄信息可以在5年以上，10萬次擦寫。[0030]所述數據通信接口晶片5執行與計算機的通信，從而接收計算機發送給PCI信息 安全防護卡的指令，以及向計算機上傳PCI信息安全防護卡獲得的記錄數據。數據通信接 口晶片5選用可以與中央處理器I所選用的430系列微控制器直接接口的晶片，同時又可 以與計算機實現直接硬體接口，減少外圍電路，增加系統的可靠性。[0031]在應用本系統之後，計算機原有的其它外設接口均已補封閉，計算機僅依靠PCI 信息安全防護卡提供的USB接口電路3作為外設接口，實現與外部設備的連接和通信。而 USB接口電路3的打開和封閉受到中央處理器I的控制，中央處理器I根據收到的計算機的 指令，打開和封閉所述USB接口電路3。在計算機正常啟動並運行安防軟體之前，USB接口 電路3處於封閉狀態；在計算機正常啟動並運行安防軟體之後，中央處理器I根據接收到的 指令打開USB接口電路3，從而防止了他人利用USB接口不經過正常啟動系統和安防軟體就 進入計算機讀取涉密數據的情況。所述USB接口電路3包括用於擴充接口的USB集線器芯 片。由於使用本PCI防護卡後，計算機的其它外設接口都以封閉，為了擴充USB埠，使用一片USB集線器晶片完成接口的擴充，該晶片的兼容性好，可以儘量兼容大多數計算機接口。 並且，所述USB接口電路3包括用於接通和斷開USB接口的繼電器，為了保證USB接口的物 理隔離斷開，採用小型低功耗繼電器完成接口的接通與斷開控制。[0032]實時時鐘電路6為PCI信息安全防護卡的各電路提供精確的時鐘信號。並且中央 處理器I可根據接收的控制指令，對實時時鐘電路6的時鐘偏差進行校準。[0033]供電電池7採用高容量鋰電池2000mAh，充電次數在500次以上，以確保系統充足 的供電，延長PCI卡的使用期限。由於CPU內部基準電壓的限制，AD模擬量採集範圍有限， 所以電池檢測電路8用高精度的電阻分壓採樣電路來測量，同時可以降低採用電路功耗又 可用保證採樣精度。為了保證高質量的充電效率和兼顧電池使用時間，電池充電電路9用 集成穩壓器組成一個恆流充電電路，與電池電壓檢測電路配合起來，可以保證穩定的充電 狀態和電池不被過充電。[0034]所述PCI信息安全防護卡進一步包括作為鍵盤接口的PS2接口。設計此接口的目 的是給那些沒有此口的計算機提供鍵盤接口。由於這個接口是無法啟動系統的，所以此接 口不進行控制。[0035]為了提高系統的抗幹擾性能，所述PCI信息安全防護卡進一步包括濾波電容和隔 離二級管組成的抗幹擾電路。所有晶片的電源端加所述濾波電容，從PCI插槽上獲取的電 壓增加一個隔離二極體。根據PCI卡上硬體晶片供電電源的需要，從計算機PCI插槽上獲 取+5V供電和+12V供電。+5V共給繼電器和外圍晶片，+12V共給電池充電電路。[0036]硬碟中具有涉密信息的計算機封閉外設接口，並通過PCI插槽連接本實用新型所 述的PCI信息安全防護卡。計算機向所述PCI信息安全防護卡發送所述控制指令，控制其 USB接口電路的打開和封閉，從而通過在系統正常啟動前封閉USB接口，保障了信息安全。 計算機還利用控制指令接收所述記錄數據，從而對機蓋打開、PCI卡拔出、開關機時間等情 況進行必要的登記和監控；計算機還通過控制指令對PCI信息安全防護卡執行時鐘校準等 操作。圖2示出了計算機功能流程圖。在計算機的作業系統正常啟動時，計算機進入正常 的工作流程，通過向PCI卡發送控制指令打開封閉的USB接口，然後利用接通的2個USB端 連接U盾和滑鼠；讀取PCI卡上實時時鐘，與涉密網絡系統時鐘進行對比，如果超差立即進 行校準，使兩個時鐘保持一致；讀取電池電壓和CPU供電電壓，緩存到變量中；讀取IP位址 緩存到變量中；讀取Flash中的其它信息(PC機上電、關機、正常工作、網絡中斷、機箱開蓋 和發生以上事件對應的時間)緩存到變量中；讀取資料庫表中的原有數據，確定本次應該 保存地址範圍，將以上緩存到變量中的數據按照地址順序進行保存，保存時對代碼進行翻 譯，這種存儲方式是為了分析、查找問題的方便，每一臺計算機都有唯一的IP位址；檢測計 算機是否在連接網絡上，測試IP位址是否聯通函數進行判斷，延時時間設定為2分鐘，如果 出現超時情況，通過寫代碼的方式及時保存在PCI卡的Flash中；判斷Flash地址是否寫到 尾部，如果到尾部，擦除Flash重新保存客戶機的基本信息,復位Flash地址重新開始記錄、 保存信息。[0037]計算機要與PCI卡的中央處理器的通信設定為主從工作方式，一方為中斷等待方 式，一方為定時發送指令方式，這種方式可以使系統穩定的工作，不易造成混亂。根據計算 機的實際情況設置通信時間間隔，滿足用戶的正常工作要求。任何計算機作業系統都有可 能發生意外錯誤，造成軟體的中斷、或錯誤溢出，從而使軟體停止工作。另一方面，計算機或PCI卡收到意外幹擾時，也可能產生錯誤，影響軟體的正常運行，為了最大地降低軟體中斷 的可能，在每一個模塊及每一個子程序中都加入了錯誤陷阱處理程序，使之遇到意外錯誤 時，能自行處理，程序不會中斷。[0038]在中央處理器的控制下，PCI信息安全防護卡所執行的操作可以包括1.初始化 中央處理器的CPU埠，使接口使能與外設晶片聯通。2.初始化外設晶片，使之處於正常工 作狀態。3.設置晶片內部基本參數，包括實時時鐘，內部基準電壓，模擬量採集方式，串行口 通信參數，休眠方式等。4.進入掃描工作，如果是計算機供電狀態，中央處理器喚醒記錄本 次計算機上電時間和對應代碼，繼續查詢是否有其它工作標識。如果計算機未供電，設置端 口的工作狀態，進入休眠狀態使系統處於低功耗狀態，但實時時鐘還在繼續工作，如果發生 異常(客戶機被開箱)，立即記錄發生的時間和對應的代碼。如果客戶機從供電狀態轉變為 停電狀態，自動記錄計算機關機時間和對應的代碼。5.中斷程序自動檢測計算機開箱動 作，如果發生此事件立即標識。自動檢測PCI卡是否被拔出，如果發生此事件立即標識。中 央處理器I隨時接收計算機發出的以下指令[0039]1.讀取PCI卡時鐘指令，收到立即將時鐘回發計算機。2.校準PCI卡時鐘指令， 以計算機時鐘對PCI卡的時鐘進行校準。3.讀取FLASH信息指令，所讀取的信息內容包括 PC機開機時間；PC機關機時間；PCI卡拔出時間；機箱開蓋時間4.將伺服器與計算機超時 通信等信息發送到PCI卡進行存儲。5.放開/關閉USB 口指令，根據計算機的上述指令PCI 卡打開/關閉其USB接口。6.判斷電池是否進行充電，根據設置電壓範圍確定是否充電，設 定範圍是根據電池供應商提供電池供電參數進行設定。7. CPU內部看門狗為了防止系統 死機，軟體工作後立即啟動看門狗，看門狗定時器可以根據系統掃面周期和子程序的執行 時間來確定。[0040]伺服器，通過網絡連接一臺或多臺所述計算機，並接收和存儲計算機上傳的所述 記錄數據，以及根據所述記錄數據進行監控報警。圖3和圖4示出了伺服器的記錄功能流 程圖和報警功能流程圖。伺服器對從各計算機接收的記錄信息按照IP位址和Flash地址 排序，這樣就將不同客戶機的記錄信息分離開，便於查詢分析。計算機的信息內容上傳到服 務器內部的信息表後，需要對信息代碼進行翻譯、分離、合併保存，這個任務由接口軟體完 成。信息代碼的對應關係編寫在程序中，由程序完成注釋工作，為伺服器報警平臺軟體提供 完整的信息記錄。伺服器報警的主要工作任務是1.實時顯示網絡中的所有計算機工作狀 態(開機/關機)。2.分析、判斷是否有違規操作的信息，如果有立即報警。3.報警時從對 應的設備管理表中提取單位名稱、部門名稱。4.管理人員處理完後，將處理結果標識，永久 保存。5.提供歷史數據查詢功能。伺服器報警時有聲音和圖形閃爍。平時正常情況沒有報 警時，界面自動刷屏顯示，也可以由人工操作，選擇顯示。伺服器還要包括設備管理的基本 信息表，信息表需要及時的維護和更新，以確保在報警時準確無誤。[0041]本系統投入使用後，計算機的其它外設接口已被封閉，如果計算機的作業系統出 現故障不能正常啟動，此時PCI卡的USB接口又無法由計算機控制打開，會造成無法安裝 的情況，為了能繼續對計算機的作業系統進行維護，設計一個手持器，用於放開PCI卡上的 USB接口，實現安裝作業系統，操作完成後，使用手持器再關閉Cl卡上的USB接口，使計算機 又處於安全監控狀態。[0042]通過應用本實用新型所述的PCI信息安全防護卡及相應系統，如果計算機系統的安防軟體沒有啟動，則USB接口將被PCI信息安全防護卡所立即被封閉，可以有效的防止涉 密信息洩露。同時PCI信息安全防護卡可以監視計算機的使用情況，包括開機次數、開機時 間、關機時間，機箱是否開啟以及PCI信息安全防護卡是否被拔出，便於對涉密計算機的以 上使用情況進行記錄、監控、管理和報警。[0043]以上所述，僅為本實用新型的具體實施方式
，本實用新型還可以應用在其它設備 中；以上描述中的尺寸和數量均僅為參考性的，本領域技術人員可根據實際需要選擇適當 的應用尺寸，而不脫離本實用新型的範圍。本實用新型的保護範圍並不局限於此，任何熟悉 本技術領域的技術人員在本實用新型揭露的技術範圍內，可輕易想到的變化或替換，都應 涵蓋在本實用新型的保護範圍之內。因此，本實用新型的保護範圍應該以權利要求所界定 的保護範圍為準。
權利要求1.一種PCI信息安全防護卡，其特徵在於，包括中央處理器、FLASH存儲器、USB接口電路、信號監測接口電路、數據通信接口晶片，其中所述信號監測接口電路連接所述中央處理器並將採集的機箱開蓋信號、計算機上電信號或PCI拔卡信號傳送給中央處理器進行處理； 所述中央處理器連接FLASH存儲器並根據上述信號寫入相應的記錄數據，連接並通過數據通信接口晶片與計算機進行通信，接收計算機的控制指令並向計算機傳輸所述記錄數據，以及根據所述控制指令控制USB接口電路打開或封閉； 所述數據通信接口晶片執行與計算機的通信。
2.根據權利要求1所述的PCI信息安全防護卡，其特徵在於，所述PCI信息安全防護卡進一步包括供電電池,檢測電池電壓並判斷是否充電的電池檢測電路，以及對供電電池充電的電池充電電路。
3.根據權利要求2所述的PCI信息安全防護卡，其特徵在於，所述電池檢測電路為電阻分壓採樣電路，所述電池充電電路為集成穩壓器組成的恆流充電電路。
4.根據權利要求1所述的PCI信息安全防護卡，其特徵在於，所述USB接口電路包括用於擴充接口的USB集線器晶片。
5.根據權利要求1所述的PCI信息安全防護卡，其特徵在於，所述USB接口電路包括用於接通和斷開USB接口的繼電器。
6.根據權利要求1所述的PCI信息安全防護卡，其特徵在於，所述PCI信息安全防護卡進一步包括作為鍵盤接口的PS2接口。
7.根據權利要求1所述的PCI信息安全防護卡，其特徵在於，所述PCI信息安全防護卡進一步包括實時時鐘電路。
8.根據權利要求1所述的PCI信息安全防護卡，其特徵在於，所述PCI信息安全防護卡進一步包括濾波電容和隔離二級管組成的抗幹擾電路。
9.一種涉密計算機安全防護系統，其特徵在於，包括 PCI信息安全防護卡，連接到計算機的PCI插槽，包括中央處理器、FLASH存儲器、USB接口電路、信號監測接口電路、數據通信接口晶片；其中所述信號監測接口電路採集機箱開蓋信號、計算機上電信號或PCI拔卡信號並傳送給中央處理器進行處理；所述中央處理器根據上述信號在FLASH存儲器中生成相應記錄數據，通過數據通信接口晶片與計算機進行通信，接收計算機的控制指令並向計算機傳輸所述記錄數據，以及根據所述控制指令控制USB接口電路打開或封閉；所述數據通信接口晶片執行與計算機的通信； 計算機，封閉外設接口並通過PCI插槽連接所述PCI信息安全防護卡，向所述PCI信息安全防護卡發送所述控制指令，以及接收所述記錄數據； 伺服器，通過網絡連接所述計算機並接收和存儲計算機上傳的所述記錄數據，以及根據所述記錄數據進行監控報警。
10.根據權利要求9所述的涉密計算機安全防護系統，其特徵在於，所述系統還包括用於打開和關閉所述PCI信息安全防護卡的USB接口電路的手持器。
專利摘要本實用新型提供了一種PCI信息安全防護卡，包括中央處理器、FLASH存儲器、USB接口電路、信號監測接口電路、數據通信接口晶片。通過應用該PCI信息安全防護卡及相應系統，如果計算機系統的安防軟體沒有啟動，則USB接口將被PCI信息安全防護卡所立即被封閉，可以有效的防止涉密信息洩露。同時PCI信息安全防護卡可以監視計算機的使用情況，包括開機次數、開機時間、關機時間，機箱是否開啟以及PCI信息安全防護卡是否被拔出，便於對涉密計算機的以上使用情況進行記錄、監控、管理和報警。
文檔編號G06F21/71GK202870836SQ20122057593
公開日2013年4月10日 申請日期2012年11月5日 優先權日2012年11月5日
發明者李建民, 鄭偉, 謝洪濤, 邯剛, 楊寶祥, 劉穎莉 申請人:包頭市萬佳信息工程有限公司