基于闪存存储原理的U盘数据安全测试和U盘数据保护软件

本项目通过实验验证了U盘基于Flash Memory的存储安全性,反驳了关于其有限读写寿命的担忧。同时,开发了名为“防盗门”的系统,该系统在检测到U盘拷贝数据时能即时清除拷贝内容,确保数据不被非法获取。通过监控和限制U盘的数据流动,实现了数据保护。系统经过多种测试,包括性能、稳定性、资源消耗及反破解测试,表现出良好的效果和较低的系统资源占用。未来工作将聚焦于增强软件的系统可靠性、内容保护和效率提升。

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第一章 摘要

Flash Memory是一种长寿命的非易失性存储介质,其存储原理存在诸多漏洞。其中最为严重的则为写入次数上限。而以闪存作为存储介质的U盘是否会因闪存的存储缺陷而成为不安全的存储设备,这是该作品要用一个实验验证的主要内容。

大多数U盘生产厂商都声称他们的Flash Memory的读写次数为100万次,而经过多方了解后得知这个数字是源于Flash Memory的生产厂商,我们又从Flash Memory的生产厂商Intel得知,他们并没有做过相关实验,也只是理论得知推导的。看来所谓的100万次是没有可靠的事实依据的,我们有必要在实验中来验证其真实性。

除了U盘的数据安全性问题,本地数据安全同样令人堪忧。企业经常会因为一些机密数据被非法拷出而头疼,军方也会因为数据泄露而担心,而这其中的罪魁祸首当属U盘。针对这一问题,我们开发出“防盗门”系统。它允许用户拷贝数据,但一旦发现拷贝,立即擦除拷贝数据,并且在适当的时候对非法拷贝者一个强有力的警告。“防盗门”的主要特点就是数据进的来出不去,保证一切受保护数据决不泄露,又可以让用户自由使用存储介质上的文件。

 

第二章 作品介绍

2.1 特色描述

本项目主要特色有:

1)通过科学试验的方法验证U盘读写寿命,结论可靠

2)为U盘防拷贝问题提供一种新的思路。

3)使用远程注入的思想保护进程

 

  1. U盘读写寿命测试

Flash memory声称有100万次的读写寿命,却无从考证其真实性,我们以U盘为试验平台,通过向某固定区域连续写入,来测试其真实的读写次数,然后依据一般用户的使用习惯和使用次数,进行相关分析,对用户提出必要的提示,并且根据Flash Memory的读写性能做出相关产品。

  1. 防盗门”系统

该系统在计算机上运行一个程序,检测计算机是否有U盘等移动存储设备插入,一旦发现有U盘插入并进行数据拷贝,立即抹除拷贝文件的数据区,但保留其文件索引,使拷贝者无法轻易察觉,并且可以根据需要破坏掉整个U盘的文件系统,使U盘立刻无法继续使用。该系统使用远程注入的方式防止进程被恶意结束,具有一定的安全性。此外,该系统只对从计算机向U盘拷贝数据的动作进行监控和限制,对用户的其他行为无任何影响,可放心使用。

2.2 背景介绍

数据是我们最为宝贵的资源,而数据的安全总是存在这样和那样的隐患,我们无法做到从根本上杜绝隐患,我们只能以自己的方式将风险降到最低。U盘的普遍性,决定了它将是人们关注的焦点。

2.2.1 U盘存储原理

U盘的结构基本上由五部分组成:USB端口、主控芯片、FLASH(闪存)芯片、PCB底板、外壳封装。
U
盘的基本工作原理:USB端口负责连接电脑,是数据输入或输出的通道;主控芯片负责各部件的协调管理和下达各项动作指令,并使计算机将U盘识别为“可移动磁盘”,是U盘的“大脑”;FLASH芯片与电脑中内存条的原理基本相同,是保存数据的实体,其特点是断电后数据不会丢失,能长期保存;PCB底板是负责提供相应处理数据平台,且将各部件连接在一起。

2.2.2 Flash Memory 基本原理

有多种技术能实现半导体存储,其中主要有NAND(与非)和NOR(异或)两种。Flash Memory是从ROMPROMEPROMEEPROM这样一步步发展过来的。EPROMEEPROMFlash Memory的核心部件都是一个浮置栅场效应管,通过在 浮置栅上放置电子和没有电子两种状态来区分01。由于浮栅中电子的变化,存贮单元的阈值电压也会随之而改变,向浮栅中注入电子时,域值电压升高,加正常电压不能使该管导通定义为“1”;将浮栅中的电子拉出,加正常电压导通,定义为0。也有说通过检测该管有电流通 过为1,无电流通过为0,这样就是有电子为0,无电子为1。不管采用哪种,反正有两种状态区分就可以保存数据了。

  1. NOR FLASH

 

NOR FALSH阵列

NOR技术Flash Memory结构,每两个单元共用一个位线接触孔和一条源线线,采用CHE的写入和源极F—N擦除,具有高编程速度和高读取速度的优点。但其编程功耗过 大,在阵列布局上,接触孔占用了相当的空间,集成度不高。具有以下特点:(1)程序和数据可存放在同一芯片上,拥有独立的数据总线和地址总线,能快速随机 读取,允许系统直接从Flash中读取代码执行.而无需先将代码下载至RAM 中再执行;(2)可以单字节或单字编程,但不能单字节擦除.必须以块为单位或对整片执行擦除操作,在对存储器进行重新编程之前需要对块或整片进行预编程和 擦除操作。适合存储代码,比如用来做BOIS。由于NOR技术Flash Memory的擦除和编程速度较慢,而块尺寸又较大,因此擦除和编程操作所花费的 时间很长.在纯数据存储和文件存储的应用中,NOR技术显得力不从心。

 

  1. NAND FLASH

 

NAND FLASH阵列

NAND结构消除了传统EEPROM 中的选择管,并通过多位的直接串联,将每个单元的接触孔减小到12 n(n为每个模块中的位数,一般为8位或1 6),因此,大大缩小了单元尺寸。NAND采用编F—N写,沟道擦除,其最大缺点是多管串联,读取速度较其他阵列结构慢。另外,由于不能采用负栅压擦除, 编程时需加20V 左右的高电压,对可靠性不利。NAND技术Flash Memory具有以下特点:

(1)以页为单位进行读和编程操作,1页为256512B(字节

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