分区加密SD存储盘的设计与实现

摘要

SD卡是一种基于半导体器件的快闪记忆存储设备，其具有体积小、存储容量大、数据传输速度高等优点，目前已被广泛应用在各类电子产品中。然而SD卡在使用过程中以明文的形式存储数据容易发生信息泄漏和被任意篡改的威胁。基于此，本文通过对存储盘的访问控制和全盘数据硬件加密，实现了保护数据安全的目的。
　　本文首先分析了SD接口协议，研究了三重数据加密算法（3DES）和高级加密标准（AES）的加密原理，并对两种算法进行了比较。然后根据目前市场需求，提出了一种集外部认证与分区切换于一体的分区加密SD存储盘设计方案。采用SD控制器S281作为主控，4GB MLC型NAND Flash作为数据存储器，并实现了分区加密SD存储盘的硬件电路设计。本文还详细介绍了分区加密SD存储盘的软件设计与实现，主要包括固件设计与应用程序设计。固件设计中实现了SD协议、Flash的访问操作、外部认证、分区切换和全盘数据加密。文中利用地址映射表还实现了坏块的动态管理和Flash均衡算法，延长了Flash的使用寿命，同时还提高了数据读写速率。应用程序基于Android操作系统开发，用户可以通过应用程序输入正确密码访问SD存储盘中的保密数据。
　　为了满足用户多方面需求，本文将SD存储盘的存储空间分为公共分区和安全分区，上电默认只显示公共分区，外部认证成功后可以切换至安全分区，同一时间只显示一个分区。通过3DES实现外部认证，SD存储盘中的数据采用AES256加密，并将密码加密后随机存储在Flash中，双重保护数据安全。除此之外，本文设计的SD存储盘还具有修改密码的功能，提高了数据存储安全性以及密码使用灵活性。
　　最后对整个系统进行测试，测试结果表明，本文所设计的SD存储盘在读写速率、稳定性及功能实现上均能满足设计要求，具有一定的实际应用价值。

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第1章 绪 论

1.1 课题研究的背景与意义

1.2 加密SD卡国内外研究现状

1.3 本文主要研究内容与组织结构

第2章 相关技术研究

2.1 SD卡引脚

2.2 SD卡寄存器

2.3 SD卡工作模式

2.4 SD卡命令简介

2.5 SD卡响应

2.6 3DES加密算法

2.7 AES加密算法

2.8 加密算法比较

2.9 本章小结

第3章 分区加密SD存储盘的硬件设计与实现

3.1 硬件架构

3.2 主控芯片的选型

3.3 存储介质的选型

3.4 系统硬件设计

3.5 本章小结

第4章 分区加密SD存储盘的软件设计与实现

4.1 SD协议的实现

4.2 NAND Flash的主要命令

4.3 坏块表的建立

4.4 地址映射表

4.5 NAND Flash的操作访问

4.6 数据加解密模块的设计与实现

4.7 分区加密模块的设计与实现

4.8 应用程序的设计与实现

4.9 本章小结

第5章 系统测试

5.1 SD存储盘硬件平台

5.2 下载程序与配置信息

5.3 SD存储盘测试

5.4 本章小结

第6章 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

附录