基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统

摘要

一种信息安全技术领域的基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统。本发明中，MEMS密码锁驱动及认证模块与用于物理认证的FPGA专用板通讯，PCI控制器把PCI总线上的指令转化为第一FPGA芯片内部总线端指令，由I/O信号扩展芯片输出控制字到MEMS密码锁驱动电路驱动MEMS密码锁解码，同时MEMS密码锁产生密钥信号，密钥处理模块读取密钥信号，判断正确与否，若正确，发送密钥到第一FPGA芯片，并经PCI控制器传回主机，主机收到后启动联接和扫描硬件模块，使系统识别加密硬盘，硬盘信息即正确读写；若错误，密钥处理模块发送复位相位到PCI局部总线执行MEMS密码锁复位动作，同时传给主机错误密码的信息。

权利要求

1.一种基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，包括：MEMS密码锁驱动及认证模块、联接和扫描硬件模块、用于物理认证的FPGA专用板、用于数据加密/解密的FPGA专用板和MEMS密码锁，其特征在于：所述用于物理认证的FPGA专用板包括：第一FPGA芯片、PCI控制器、EEPROMPCI配置芯片、可擦除的第一ROM、MEMS密码锁驱动电路、MEMS控制模块、密钥处理模块；

所述用于数据加密/解密的FPGA专用板包括：第二FPGA芯片、可擦除第二ROM、IDE-SATA转换接口、加密/解密模块；

上述MEMS密码锁驱动及认证模块、联接和扫描硬件模块安装在主机的操作系统硬盘内，分别通过PCI总线和SATA总线和两块FPGA专用板联接，两块FPGA专用板仅通过主机间接进行通信，受主机的控制，其中：所述MEMS密码锁驱动及认证模块以PCI协议通讯方式与第一FPGA芯片和MEMS密码锁驱动电路进行通讯；

所述MEMS控制模块是控制第一FPGA芯片运行的指令模块，它存储在第一ROM中，系统上电后开始工作；

所述EEPROM PCI配置芯片通过内部的PCI驱动程序正确驱动PCI控制器，完成主机与PCI控制器控制信号、地址线和数据线的配置，使PCI控制器正常工作；

所述PCI控制器把PCI总线上的指令转化为PCI局部总线端指令，由局部总线指令控制I/O扩展芯片；

所述I/O扩展芯片根据局部总线指令输出控制字到MEMS密码锁驱动电路驱动MEMS密码锁解码，解码的同时MEMS密码锁产生密钥信号；

所述密钥处理模块读取MEMS密码锁发来的密钥信号，判断正确码或是错误码的来临，若取得32位正确码，发送密钥到第一FPGA芯片；

所述第一FPGA芯片把获得的密钥经PCI控制器传给主机，主机启动联接和扫描硬件模块；

所述联接和扫描硬件模块扫描系统中的SATA硬盘，该系统中的SATA硬盘是通过SATA-IDE转换接口和IDE-SATA转换接口连接，在两个转换接口之间是第二FPGA芯片来完成有128位密钥的AES算法加密/解密，系统扫描后SATA硬盘被系统识别，同时把32位正确密钥传给第二FPGA芯片相连的加密/解密模块；

所述第二FPGA芯片根据获得的密钥控制硬盘信息的正确读写，若判断错误码来临，由密钥处理模块发送复位相位到PCI局部总线执行MEMS密码锁复位动作同时把一个表示错误的信号指令传给主机；

所述加密/解密模块对主机在读写加密/解密IDE硬盘的数据传输的数据流，进行加密/解密处理，同时还驱动第二FPGA芯片控制读写的数据传输。

2.根据权利要求1所述的基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，其特征是，所述的用于物理认证的FPGA专用板和用于数据加密/解密的FPGA专用板都是以FPGA芯片为核心，用于物理认证的FPGA专用板进行物理加密，用于数据加密/解密的FPGA专用板进行数据的加密/解密。

3.根据权利要求1或2所述的基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，其特征是，所述的用于数据加密/解密的FPGA专用板上一端装有SATA-IDE转换接口，与主机的SATA接口联接，另一端装有IDE-SATA转换接口，与所加密SATA硬盘的SATA接口相连，数据在加密/解密模块之外是SATA接口协议进行串行传输的。

4.根据权利要求1所述的基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，其特征是，所述的SATA-IDE转换接口在第一FPGA芯片把32位正确密钥传给主机之前，不能正常工作，当主机收到32位正确密钥之后，启动联接和扫描硬件模块，主机才给SATA-IDE转换接口一个使能信号，让其正常工作。

5.根据权利要求1所述的基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，其特征是，所述的第一FPGA芯片一端与PCI控制器相连，一端与MEMS密码锁驱动电路相接，它在PIO方式下进行数据传输。

6.根据权利要求1所述的基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，其特征是，所述的第二FPGA芯片一端与SATA-IDE转换接口相连，另一端与IDE-SATA转换接口相连，数据在第二FPGA芯片是以并行的IDE协议传输的，第二FPGA芯片在DMA模式下工作。

7.根据权利要求1所述的基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，其特征是，所述的密钥处理模块是一块微控制器，其一端与密码锁密钥输出线相连用于接收密钥信号；一端与第一FPGA芯片相连，在32位密钥全部接收到后，传给第一FPGA芯片，由第一FPGA芯片向主机发送；另一端连接PCI局部总线用于在MEMS密码锁锁死，即密码验证失败时，输出MEMS密码锁复位相位。

8.根据权利要求1所述的基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，其特征是，所述的MEMS密码锁驱动及认证模块存储在主机的操作系统硬盘中，用于在操作系统环境下驱动用于物理认证的FPGA专用板，并提供认证功能，若认证通过，可以读取此硬盘信息；若认证错误失败，复位MEMS密码锁复位到初始位置，继续下一次认证。

说明书

基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统

技术领域

[0001] 本发明涉及的是一种信息安全技术领域的系统，具体的说，涉及的是一种基于MEMS(微机电系统)密码锁和双FPGA(现场可编程门阵列)的SATA硬盘物理加密系统。

背景技术

[0002] 信息安全对于企业、政府、国防等部门有着极其重要的意义。一般现有的硬盘加密方法都通过存储介质保存密钥，使用比较器比对输入密钥正确与否，此方法保密性差，易于破解。并且大多硬盘加密系统不具有认证功能，能够进入系统的非法用户还是可以读取硬盘信息，系统的安全保密作用大大降低。

[0003] 经对现有技术的文献检索发现，中国专利“一种计算机硬盘加密装置”，专利号99113164.9，授权公告日2003年2月5日，通过加密芯片而组成的加密电路，加密芯片是由控制单元电路、加解密单元电路，RAM存储器及控制开关K组成，对进出硬盘的数据流选择性的硬件加密，从而实现介质加密。但此专利中使用用户输入信息的方式作为硬盘加密的密钥，并通过密钥比对器判定密钥是否正确。这种通过存储器保存密钥的方法易于被非法用户破解，保密性差。检索中还发现，中国专利“计算机硬盘数据加密方法及其装置”，公开号CN 1641522A，公开日2005年7月20日，加密系统放置在硬盘与主机之间，对计算机的硬盘和主机之间传输数据进行加密，当主机向硬盘写数据时，数据流被加解密模块所截获，从密钥管理模块中读取加密过程中所需要的密钥，对数据流进行加密处理。此加密系统密钥存储在密钥管理器，并且由此密钥直接参与硬盘数据加密，这种方式一方面密钥容易被破解，另一方面用户不需进行认证即可启动加密解密模块，只要进入系统还是可以读取硬盘信息。

发明内容

[0004] 本发明的目的在于克服现有技术中存在的不足，提供一种基于MEMS密码锁和双FPGA的SATA硬盘物理加密系统，使其达到通过物理方法产生密钥加密/解密硬盘的目的。本发明结合MEMS密码锁与硬盘加密系统，MEMS密码锁中机械固化了32位密码，以此作为FPGA硬盘数据加密/解密模块的密钥，只容许合法用户通过物理认证后才能获得该密钥，根据密钥来对数据进行加密/解密，才能读取硬盘资料，两个FPGA之间的协作是通过主机来控制的。

[0005] 本发明是通过以下技术方案实现的，本发明包括：MEMS密码锁驱动及认证模块、联接和扫描硬件模块、用于物理认证的FPGA专用板、用于数据加密/解密的FPGA专用板和MEMS密码锁。

[0006] 所述用于物理认证的FPGA专用板包括：第一FPGA芯片、PCI控制器、EEPROMPCI配置芯片、可擦除的第一ROM、MEMS密码锁驱动电路、MEMS控制模块、密钥处理模块；

[0007] 所述用于数据加密/解密的FPGA专用板包括：第二FPGA芯片、可擦除第二ROM、一个IDE-SATA转换接口、一个SATA-IDE转换接口、加密/解密模块；

[0008] 上述部件中，MEMS密码锁驱动及认证模块、联接和扫描硬件模块安装在主机的操作系统硬盘内，分别通过PCI总线和SATA总线和两块FPGA专用板联接，两块FPGA专用板没有直接联接，而是通过主机间接进行通信，受主机的控制，其中：

[0009] 所述MEMS密码锁加密卡驱动及认证模块以PCI协议通讯方式与第一FPGA芯片和MEMS密码锁驱动电路进行通讯；

[0010] 所述MEMS控制模块是控制第一FPGA芯片运行的指令模块，它存储在第一ROM中，系统上电后开始工作；

[0011] 所述EEPROM PCI配置芯片通过内部的PCI驱动程序正确驱动PCI控制器，完成主机与PCI控制器控制信号、地址线和数据线的配置，使PCI控制器正常工作；

[0012] 所述PCI控制器把PCI总线上的指令转化为PCI局部总线端指令，由局部总线指令控制I/O扩展芯片；

[0013] 所述I/O扩展芯片根据局部总线指令输出控制字到MEMS密码锁驱动电路驱动MEMS密码锁解码，解码的同时MEMS密码锁产生密钥信号；

[0014] 所述密钥处理模块读取MEMS密码锁发来的密钥信号，判断正确码或是错误码的来临，若取得32位正确码，发送密钥到第一FPGA芯片；

[0015] 所述第一FPGA芯片把获得的密钥经PCI控制器传给主机，主机启动联接和扫描硬件模块；

[0016] 所述联接和扫描硬件模块扫描系统中的SATA硬盘，该系统中的SATA硬盘是通过SATA-IDE转换接口和IDE-SATA转换接口连接，这样在两个转换接口直接是第二FPGA芯片来完成有128位密钥的AES算法加密/解密，系统扫描后SATA硬盘被系统识别，同时把32位正确密钥传给第二FPGA芯片相连的加密/解密模块；

[0017] 所述第二FPGA芯片根据获得的密钥控制硬盘信息的正确读写，若判断错误码来临，由密钥处理模块发送复位相位到PCI局部总线执行MEMS密码锁复位动作同时把一个表示错误的信号指令传给主机；

[0018] 所述加密/解密模块对主机在读写加密/解密SATA硬盘的数据传输的数据流，进行加密/解密处理，同时还驱动第二FPGA芯片控制读写的数据传输。

[0019] 所述的MEMS密码锁驱动及认证模块存储在主机的操作系统硬盘中，用于在操作系统环境下驱动用于物理认证的FPGA专用板，并提供认证功能，若认证通过，可以读取此硬盘信息；若认证错误失败，复位MEMS密码锁复位到初始位置，继续下一次认证。

[0020] 所述的用于物理认证的FPGA专用板和用于加密/解密的FPGA专用板都是以FPGA芯片为核心，用于物理认证的FPGA专用板进行物理加密，用于加密/解密的FPGA专用板进行数据的加密/解密。

[0021] 所述的第一FPGA芯片和第二FPGA芯片是两块FPGA芯片，它们是两块专用板的核心。第一FPGA芯片一端与PCI控制器相连，一端与MEMS密码锁相接，负责物理认证，由于物理认证中数据的传输量不大，它在PIO方式下进行数据传输。

[0022] 所述的第二FPGA芯片一端与SATA-IDE转换接口相连，另一端与IDE-SATA转换接口相连，同时存储加密/解密模块的可擦除第二ROM也与其相联，它负责控制对读写数据的加密/解密。由于此时的数据传输量较大，数据在第二FPGA芯片是以并行的IDE协议下传输的，第二FPGA芯片在DMA模式下工作。

[0023] 所述的用于加密/解密的FPGA专用板上一端装有SATA-IDE转换接口，与主机的SATA接口联接，另一端装有IDE-SATA转换接口，与所加密SATA硬盘的SATA接口相连，数据在加密/解密模块之外是以SATA接口协议下串行传输的。

[0024] 所述的SATA-IDE转换接口在第一FPGA芯片把32位正确密钥传给主机之前，不能正常工作，当主机收到32位正确密钥之后，启动联接和扫面硬件模块，主机才给SATA-IDE转换接口一个使能信号，让其正常工作。

[0025] 所述的加密/解密模块采用经典的AES-128加密算法以MEMS密码锁产生的密钥对主机与硬盘间数据针对性地进行加密/解密处理。该模块固化在第二ROM中，同时，与第二ROM相连的第二FPGA芯片接在两个IDE-SATA转换接口之间，实现数据在第二FPGA芯片是在并行的ATA协议下传输。

[0026] 所述的联接和扫描硬件模块，是在非加密状态下安装在主机的操作系统硬盘上的，等待主机接收到32位正确密钥时，启动该模块，该模块首先给SATA-IDE转换接口一个有效使能信号，使其正常工作，然后利用枚举的方式扫描已经改动，系统识别出所加密的SATA硬盘。

[0027] 所述的密钥处理模块是一块微控制器，其一端与密码锁密钥输出线相连用于接收密钥信号；一端与第一FPGA芯片相连，在32位密钥全部接收到后，传给第一FPGA芯片，由第一FPGA芯片向主机发送；另一端连接PCI局部总线用于在MEMS密码锁锁死，即密码验证失败时，输出MEMS密码锁复位相位。

[0028] 所述的PCI控制器主要由PCI控制芯片构成，是连接PCI总线与PCI局部总线的桥梁，一端与主机PCI总线连接，另一端连接第一FPGA芯片。

[0029] 所述的EEPROM PCI配置芯片与PCI控制器直接相连，通过存储在配置芯片内部的PCI驱动程序正确驱动PCI控制器，完成主机与PCI控制器控制信号、地址线和数据线的配置，使PCI控制器正常工作。

[0030] 所述的MEMS密码锁控制模块被固化在第一FPGA芯片中，用来接收主机通过PCI总线传输过来的密码，然后将密码转换为可以控制密码锁运行的控制信号，然后由第一FPGA芯片输出给密码锁驱动电路。

[0031] 所述的MEMS密码锁驱动电路一端与第一FPGA芯片联接，另一端与MEMS密码锁联接。它由4块L6234电机驱动芯片组成。每块L6234驱动一个微电机。

[0032] 所述的密钥处理模块是一块微控制器，其一端与密码锁密钥输出线相连用于接收密钥信号；一端与第一FPGA芯片相连，在32位密钥全部接收到第一FPGA芯片内的寄存器后，通过PCI控制器返回给主机，主机向第二块专用板中的加密/解密模块发送。

[0033] 所述的可擦除第一ROM和可擦除第二ROM是一般的可擦除只读存储器，其中第一ROM与第一FPGA芯片联接，用于固化MEMS控制模块，第二ROM与第二FPGA芯片联接，用于固化加密/解密模块，它们在系统上电后，自动配置FPGA，使两个FPGA芯片正常工作。

[0034] 所述的MEMS密码锁是一种物理加密装置，与密码锁驱动电路相连，它以反干涉齿轮集固化32位二元密码。两个鉴码电机的轴上都装有耦合机构。其耦合盘上设计了与硬盘加密系统密钥对应的缺口。在其解码过程中，耦合机构产生一串信号，以这种物理的方式产生的信号作为硬盘加密系统的密钥。

[0035] 所述的SATA硬盘是基于SATA协议传输的普通串口硬盘，支持热插拔。

[0036] 本发明使用MEMS密码锁特有的机械结构产生硬盘加密的密钥，用此密钥参与硬盘加密系统。计算机中装有两块硬盘，一块硬盘直接与主板IDE口相连，其中装有操作系统，数据不做加密处理，可以直接读取。另一块是SATA硬盘，它通过用于数据加密/解密的FPGA专用板与主板SATA接口相连。此硬盘需通过MEMS密码锁认证，若认证通过，产生一串合法密钥，此密钥由用于物理认证的FPGA专用板通过PCI控制器传给主机，同时第一FPGA芯片给主机一个反馈信号，主机来对反馈值进行判断，若密码正确，主机使SATA-IDE接口的使能端有效，并开启扫描硬件模块，这样被加密的SATA硬盘就被系统识别，启动第二FPGA芯片完成对数据的加密/解密。

[0037] 与现有技术相比，本发明的有益效果是：把MEMS密码锁与硬盘加密系统结合在一起极大加强了安全强度。其中MEMS密码锁采用特殊的物理密码，破解的概率只有二千万分之一；硬盘加密使用了介质加密的方法，即使把硬盘偷走，在其他机器上也只能被系统认为是一块未格式化的硬盘，无法读出其中的正确信息。同时，本发明采用两块FPGA芯片，一块负责物理认证，一块负责数据的加解密，两片芯片的有效协作，提高了数据传输速率。

附图说明

[0038] 图1为本发明结构框图

具体实施方式

[0039] 下面结合附图对本发明的实施例作详细说明：本实施例在以本发明技术方案为前提下进行实施，给出了详细的实施方式和具体的操作过程，但本发明的保护范围不限于下述的实施例。

[0040] 如图1所示，本实施例包括：MEMS密码锁驱动及认证模块、联接和扫描硬件模块、用于物理认证的FPGA专用板、用于数据加密/解密的FPGA专用板和MEMS密码锁。

[0041] 所述用于物理认证的FPGA专用板包括：第一FPGA芯片、PCI控制器、EEPROMPCI配置芯片、可擦除的第一ROM、MEMS密码锁驱动电路、MEMS控制模块、密钥处理模块。

[0042] 所述用于数据加密/解密的FPGA专用板包括：第二FPGA芯片、可擦除第二ROM、IDE-SATA转换接口、SATA-IDE转换口、加密/解密模块。

[0043] 所述的MEMS密码锁驱动及认证模块、联接和扫描硬件模块安装在主机的操作系统硬盘内，分别通过PCI总线和SATA总线和两块FPGA专用板联接。两块FPGA专用板没有直接联接，而是通过主机间接进行通信，受主机的控制。

[0044] MEMS密码锁加密卡驱动及认证模块以PCI协议通讯方式与第一FPGA芯片和MEMS密码锁驱动电路进行通讯，MEMS控制模块是用Veriloge HDL语言写的控制第一FPGA芯片运行的指令模块，它存储在第一ROM中，系统上电后开始工作。EEPROM PCI配置芯片通过内部的PCI驱动程序正确驱动PCI控制器，完成主机与PCI控制器控制信号、地址线和数据线的配置，使PCI控制器正常工作，PCI控制器把PCI总线上的指令转化为PCI局部总线端指令，由局部总线指令控制I/O扩展芯片，I/O扩展芯片根据局部总线指令输出控制字到MEMS密码锁驱动电路驱动MEMS密码锁解码，解码的同时MEMS密码锁产生密钥信号，密钥处理模块读取MEMS密码锁发来的密钥信号，判断正确码或是错误码的来临，若取得32位正确码，发送密钥到第一FPGA芯片，第一FPGA芯片把获得的密钥经PCI控制器传给主机，主机启动联接和扫描硬件模块，扫描系统中的SATA硬盘，该系统中的SATA硬盘是通过SATA-IDE转换接口和IDE-SATA转换接口连接，这样在两个转换接口直接是第二FPGA芯片，来完成有128位密钥的AES算法加密/解密，对于两个转换接口终端的SATA硬盘还能保证是SATA接口，不影响其热插拔的特点，系统扫描后SATA硬盘被系统识别，同时把32位正确密钥传给第二FPGA芯片相连的加密/解密模块，第二FPGA芯片根据获得的密钥控制硬盘信息的正确读写；若判断错误码来临，由密钥处理模块发送复位相位到PCI局部总线执行MEMS密码锁复位动作同时把一个表示错误的信号指令传给主机。与第二FPGA芯片相连的第二ROM内存储着加密/解密模块，该模块不但能够对数据进行加密和解密，还能够驱动第二FPGA芯片控制读写的数据传输。

[0045] 所述的MEMS密码锁驱动电路一端与第一FPGA芯片联接，另一端与MEMS密码锁联接，它由第一FPGA芯片控制，根据来自PCI控制器传过来的PCI指令，来控制后面相连的MEMS密码锁，MEMS密码锁驱动电路由4块L6234电机驱动芯片组成，每块L6234驱动一个微电机。其中两个是鉴码电机，进行鉴码；另外两个是复位电机，用于密码错误后电机的复位。

[0046] 所述的PCI控制器主要由PCI控制芯片构成，是连接PCI总线与PCI局部总线的桥梁，一端与主机PCI总线连接，另一端连接第一FPGA芯片。它是主机与第一FPGA芯片数据和信号传输的通道，上电之后，有EEPROM PCI配置芯片对其进行配置，使它能够正常工作。

[0047] 所述的第一FPGA芯片和第二FPGA芯片是两块专用板的核心。第一FPGA芯片联接PCI控制器和MEMS驱动电路，它负责物理认证。由于物理认证中数据的传输量不大，它是在PIO模式下工作；第二FPGA芯片联接SATA-IDE转换接口和IDE-SATA接口，同时存储加密/解密模块的第二ROM也与其相联，第二FPGA芯片负责控制对读写数据的加密/解密。由于此时的数据传输量较大，该芯片在DMA模式下工作。

[0048] 所述的EEPROM PCI配置芯片直接与第一FPGA芯片相连，用于配置PCI接口控制器，使其正常工作。

[0049] 所述的IDE-SATA接口和SATA-IDE接口是IDE接口和SATA接口的转换器，是联接主机系统硬盘和所加密的SATA硬盘，实现数据的串行传输和并行传输之间的转换，保证加密/解密数据是在第二FPGA芯片内是并行传输，而最终的加密硬盘是SATA接口，顺利实现热插拔。SATA-IDE接口SATA端接主机的SATA接口，IDE端接用于加密/解密的FPGA专用板上的IDE扩展接口，保证数据经主机到进入第二FPGA芯片之前数据是串行传输；IDE-SATA接口IDE端联接从第二FPGA芯片引出的扩展IDE接口，SATA端接联接SATA应旁的SATA接口，这样一方面保证数据在第二FPGA芯片内部数据是并行传输的，符合IDE接口传输协议，有利于较快的进行数据加密/解密，另一方面保证数据在进/出SATA硬盘的时候数据是串行传输，符合SATA接口传输协议，顺利使硬盘实现热插拔。

[0050] 所述的密钥处理模块是一块微控制器，接收密码锁密钥输出线发送的密钥信号。其一端与密码锁密钥输出线相连用于接收密钥信号；一端与第一FPGA芯片相连，当32位密钥全部接收到密钥处理模块后，它把该32位密钥传给第一FPGA芯片，通过PCI控制器返回给主机，主机向第二块专用板中的加密/解密模块发送。

[0051] 所述的可擦除第一ROM和可擦除第二ROM是一般的可擦除只读存储器，其中第一ROM与第一FPGA芯片联接，用于固化MEMS控制模块，第二ROM与第二FPGA芯片联接，用于固化加密/解密模块，它们在系统上电后，自动配置FPGA，使两个FPGA芯片正常工作。

[0052] 所述的数据加密/解密模块固化在第二ROM中，第二FPGA芯片上电后，默认的执行保存在第二ROM中的模块，它采用经典的AES-128加密算法，对主机在读写SATA硬盘时数据传输的数据信号流，进行加密/解密处理。在对SATA硬盘执行写操作时，主机通过第二FPGA芯片把数据传给加密模块，未经过加密的明文数据通过AES-128加密算法对其加密后，存储在SATA硬盘上的是密文数据。而在对SATA硬盘执行读操作时，存储在SATA硬盘上的密文数据，首先通过AES-128算法对其解密，再通过第二FPGA芯片传送给主机，此时得到的数据是经过解密后的明文数据。主机端的数据流始终都是明文数据，因此数据加密/解密模块对于主机而言是透明的。

[0053] 所述的MEMS密码锁是一种物理加密装置，它以反干涉齿轮集固化32位二元密码，两个鉴码电机的轴上都装有耦合机构，其耦合盘上设计了与硬盘加密系统密钥对应的缺口，在其解码过程中，耦合机构产生一串信号，以这种物理的方式产生的信号作为硬盘加密系统的密钥。

[0054] 所述的MEMS密码锁驱动及认证模块存储在主机的操作系统硬盘中，用于在操作系统环境下驱动用于物理认证的FPGA专用板。它是使用VC开发的MFC程序，调试成功后在非加密环境下安装在主机上非加密的操作系统硬盘上，当系统开启后，桌面会主动跳出一个要求输入密码的对话框，等密码输入确认后，主机将密码通过PCI控制器传给第一FPGA芯片，在第一FPGA芯片控制下提供认证功能，若认证通过，可以读取此硬盘信息；若认证错误失败，复位MEMS密码锁复位到初始位置，继续下一次认证。

[0055] 所述的联接和扫描硬件模块存储在主机的操作系统硬盘中，它是利用VC编写的MFC程序，模块启动后先给SATA-IDE接口一个有效信号，使其正常工作，接着通过枚举的方式快速检索资源管理器内存区有没有硬件改动，若发现有新安装的硬件，就启动它开始工作，其实该模块的功能是使SATA-IDE接口联通并用软件的方式实现了手动点击资源管理器中的“扫描检测硬件改动”。用于当物理认证后给主机相连的SATA-IDE转换口有效的使能信号，使之正常工作，同时扫描主机新安装的硬件，使当系统通过物理认证后及时的刷新资源管理器，使系统发现所加密的硬盘，增加系统的稳定性。

[0056] 所述的SATA硬盘是基于SATA接口传输的普通串口硬盘，它数据的传输遵循SATA接口协议，并支持热插拔。

[0057] 上述系统工作时，编写MEMS密码锁驱动及认证模块以及联接和扫描硬件模块，在非加密硬盘操作系统环境下加载到主机中，同时编写MEMS控制模块和加密/解密模块分别固化到两个专用板的第一ROM和第二ROM中，在进行MEMS密码锁认证前，加密盘盘符不可见。需通过认证程序认证，才能在资源管理器中看到加密硬盘盘符，并读取其中数据。认证程序首先弹出窗口要求输入密码。输入密码确认后，MEMS密码锁驱动及认证模块以PCI协议通讯方式与用于物理认证的FPGA专用板通讯，EEPROM PCI配置芯片配置PCI芯片，使得PCI总线指令可以通过PCI芯片传送到MEMS密码锁控制模块，用以通过MEMS密码锁驱动电路驱动MEMS密码锁执行鉴码动作。在鉴码的同时，由MEMS密码锁机械结构产生密钥信号传输至FPGA密钥处理模块。FPGA密钥处理模块在接收到一个密钥信号时，把此密钥保存，并且计数器从零开始计数，到下一个密钥信号来临后清零，并与前几个密钥一起保存起来，重新开始计数，这些保存的密钥与MEMS密码锁的走码位一致，当计数器超时得时候说明遇到错位码，此时可以根据所记录的密钥，使MEMS密码锁复位到初始位置。在密钥处理模块接收到32位密码后，说明得到的密钥是正确的。由密钥处理模块把此密钥经第一FPGA芯片和PCI控制器传给主机，主机启动联接和扫描硬件模块，此时SATA-IDE控制接口正常工作，SATA硬盘被系统识别，同时主机将密钥传给第二FPGA芯片，第二FPGA芯片相连的第二ROM中数据加密/解密模块根据此密钥解密硬盘信息，由此可以正确读取资料，并正确写入数据；如果计数器计数超出设定的最大值还没接收到下一个密钥信号来临，说明MEMS密码锁遇到错位锁死。这时MEMS密码锁需要复位，密钥处理模块根据所记录的密码位，输出复位信号到MEMS密码锁控制模块，MEMS密码锁反向走码复位到初始相位，并将结果通过PCI控制器反馈给认证模块。认证失败，需要再次输入密码，重新进行认证。在加密硬盘首次使用时，认证通过后还需在操作系统环境下分区并格式化硬盘，使其分区表也作加密处理，然后才能读写信息。