CN1333348C - 含生物辨识的可携式加密储存装置及储存资料的保护方法 - Google Patents

Abstract

一种含生物辨识的可携式加密储存装置，其基本包含连接至一终端主机之一主机接口、连接至主机接口之一控制器、连接至该控制器的一内存模块、一指纹传感器、一加解密芯片以及一可携式大容量储存单元。控制器与终端主机相互连接，并令终端主机将适合于终端主机的指纹辨识及应用程序从内存模块中加载安装至终端主机中。终端主机透过这两程序接收来自使用者之一指令，以通知控制器控制指纹传感器读取使用者之一待辨识指纹资料。终端主机处理待辨识指纹资料及储存于该内存模块中的指纹模板，并判断两者是否实质上吻合，更依据吻合结果，使原隐藏的可携式大容量储存单元在终端主机上出现，并透过加解密芯片来存取此可携式大容量储存单元。

Description

含生物辨识的可携式加密储存装置及储存资料的保护方法

技术领域

本发明有关于一种含生物辨识的可携式加密储存装置，特别是有关于一种含指纹传感器的可携式大容量储存装置及其储存资料的保护方法。

背景技术

传统上，关于个人资料保密的作法，最常使用的是采用密码保护的方式来达成。然而，使用密码来保护个人资料，不但具有使用者容易忘记密码的麻烦，更有密码遭人破解的危险性。因此，关于个人特有的生物资料，譬如指纹、声纹、笔迹、眼睛虹膜等生物辨识方法，已经逐渐被发展来提供较为完整且有效的数据保护方式。其优点为生物特征可随身携带且不须记忆，更无法被盗取，特别是结合指纹的生物特征保护方法不仅严密，且使用相当方便。

近年来更因为芯片式指纹传感器的发明，使得在轻薄短小的电子产品上整合指纹辨识装置不再是不可行的技术，相关技术内容可参见本案其中一个发明人周正三的下述专利：1.中国发明专利申请案号02105960.8，申请日为2002年4月10日，发明名称为「电容式指纹读取芯片」，公开号为1450489；2.中国发明专利申请案号02123058.7，申请日为2002年06月13日，发明名称为「压力式指纹读取芯片及其制造方法」，公开号为1464471；3.中国发明专利申请案号02124906.7，申请日为2002年07月12日，发明名称为「温差感测元及其应用于指纹热像读取」，公开号为1463674；4.中国发明专利申请案号02132054.3，申请日为2002年09月10日，发明名称为「电容式压力微感测元及其应用的指纹读取芯片结构」，公开号为1482440；及5.中国发明专利申请案号01119057.4，申请日为2001年5月25日，发明名称为「电容式压力微传感组件及制造方法与信号读取方法」，公开号为1388360；以及丘立国、陈明舜、古茂源、陈盈苍、周正三的中国发明专利申请案号200310116995.X，申请日为2003年12月5日，发明名称为「含指纹传感器的存储器储存装置及其储存资料的保护方法」，上述申请的专利技术开拓了一种崭新的个人化应用，亦即个人随身的电子产品附带指纹辨识的功能。

特别是在储存媒体的保护方面，更是结合生物辨识方法的重要发展项目，例如：早在二十年前美国专利第4,582,985号公报便已经揭露一种利用指纹认证来保护内存内资料的方法，其中指纹撷取及辨识都是在同一独立装置内执行。即使其应用标的为防止例如个人***等的仿冒，然而，这种装置的价格昂贵，例如除了指纹传感器外，影像处理及辨识模块需要高阶的微处理器，例如32位(bits)的精简指令集计算机(Reduced Instruction SetComputer，RISC)处理器或数字讯号处理器(Digital Signal Processor，DSP)芯片，使得这一种独立辨识装置不易推广。

美国专利第6,213,403号；世界专利WO02/42887A2；美国专利第6,213,403号；欧洲专利EP124079A1；美国专利公开第2003/005337号；英国专利第GB2387933号公报同样都揭露一种由指纹辨识保护该装置内储存于内存内部的资料，其乃类似于美国专利第4,582,985号公报所揭露的具有指纹传感器的储存装置，且所揭露的指纹辨识架构主要都是独立的指纹辨识装置(亦即指纹撷取及辨识都是在同一装置内执行)。

至此，前述的现有技术有一共同的特色，也就是提供一独立的指纹辨识装置，内部包含指纹传感器以及指纹图像处理及辨识IC。这样的设计优点为或许不需要安装指纹应用程序于终端主机端而提供了热插拔的使用方便性，但却衍生出另一重要问题，那就是价格昂贵，此乃因为必须增加一指纹图像处理及辨识IC及其配套设计的成本，通常该IC为32位的RISC或DSP，才能快速进行指纹辨识。处理器的成本通常随着其运算速度与处理能力的增加而增加，上述的RISC及/或DSP的最小成本也要在美金6元以上。

为解决高成本的问题，最佳方式为利用终端主机的微处理器执行指纹图像处理及辨识，便可以有效降低成本。如美国专利公开第2003/005337号公报揭露者，可以将指纹处理及辨识软件事先安装于终端主机上，便可以利用终端主机的微处理器执行指纹图像处理及辨识。然而，这样的设计最大的缺点是使用者无法在不同终端主机使用热插拔使用的方便性，或者需要费时费力的安装软件。

为此，本发明的部分发明人于***发明专利申请案号092133887，申请日为2003年12月2日，发明名称为「含指纹传感器的存储器储存装置及其储存资料的保护方法」中，揭露了解决上述问题的方法，提供了自动下载指纹应用程序(包含指纹图像处理、辨识等)于终端主机的功能，不需要将指纹处理及辨识软件事先安装于终端主机上，并且利用终端主机的微处理器执行指纹图像处理及辨识，达到方便使用及有效降低成本的功能。

至此，上述的现有发明都是利用人体的指纹以保护内存中的资料，特别是非挥发性的闪存。然而基于成本及高容量的考虑，其它类型的便携式大容量储存单元便成为另一重要的发展方向，特别是磁性硬盘及光盘。

美国专利公开第2001/0023375中揭露一种指纹硬盘的装置，利用指纹辨识以决定使用磁性硬盘中资料的权限。在该发明中，主要利用一独立的指纹辨识模块(亦即指纹撷取、储存及辨识比对都是在同一装置内执行)决定使用者身分后，提供一控制讯号于一电控开关(electric controlled switch)，控制硬盘本体的操作与否。这样的设计优点为不需要安装指纹应用程序于终端主机端而提供了热插拔的使用方便性，但相同的衍生出价格昂贵的问题，如前之所述。再者，利用硬件的开关控制硬盘的操作与否，容易被破解，外人仅需要提供该硬件开关假讯号以取代指纹的认证，因此这样的设计不够安全，同时该发明装置中对于硬盘储存资料的保护也没有清楚及有效描述。

发明内容

因此，本发明的一个目的是提供一种含生物辨识的可携式加密储存装置及其储存资料的保护方法，其利用指纹辨识作为开启加解密芯片动作来对所欲储存的重要资料予以保护以防止他人破解窃取。

本发明的另一目的是提供一种含生物辨识的可携式加密储存装置及其储存资料的保护方法，其利用终端主机的微处理器处理指纹资料，以利降低本装置的成本。

本发明的又一目的是提供一种含生物辨识的可携式加密储存装置及其储存资料的保护方法，具有自动下载指纹辨识及应用程序于终端主机的功能，使得本装置使用于不同终端***中，不需要事先安装驱动程序，具备方便使用的热插拔功能。

为达成上述目的，本发明提供一种含生物辨识的可携式加密储存装置，其基本包含连接至一终端主机之一主机接口、连接至主机接口之一控制器、连接至该控制器的一内存模块、一指纹传感器、一加解密芯片以及一可携式大容量储存单元，控制器与终端主机相互连接，并令终端主机将适合于终端主机的指纹辨识及应用程序从内存模块中加载安装至终端主机中；终端主机透过这两程序接收来自使用者之一指令，以通知控制器控制指纹传感器读取使用者之一待辨识指纹资料；终端主机处理待辨识指纹资料及储存于该内存模块中的指纹模板，并判断两者是否实质上吻合，更依据吻合结果，使原隐藏的可携式大容量储存单元在终端主机上出现，并透过加解密芯片来存取此可携式大容量储存单元。

另外，本发明还提供一种含生物辨识的可携式加密储存装置的储存资料的保护方法，在该可携式加密储存装置连接至一终端主机后包含以下步骤：

与该终端主机相互沟通，并将一指纹辨识及应用程序自动加载安装至该终端主机中；

读取一使用者之一待辨识指纹资料，并将该待辨识指纹资料传送至该终端主机中；

将一指纹模板解密后传输至该终端主机中与该待辨识指纹资料比对，并于两者实质上吻合时使该终端主机识别到一大容量储存单元的存在，且一控制器将供一加解密芯片使用之一金钥从一隐藏区块中取出且解密，并且送至该加解密芯片中，能使该终端主机可透过该控制器并经由该加解密芯片对该大容量储存单元中的资料做解密读出或者加密写入的动作。

如此，可携式大容量储存单元的资料都经过加密处理，因此即使其被取走，亦不易使其中的机密资料外泄。

本发明的技术方案可以产生如下的技术效果：

一为本发明装置利用终端主机的微处理器执行指纹图像处理及辨识，以取代现有技术的装置内含独立的指纹辨识微处理器，以大幅降低成本。

二为本发明装置虽然没有独立的指纹辨识微处理器，却可以自动下载指纹辨识及应用程序于终端主机使用，不需要人为的安装于终端主机中，使得本发明装置得以随身携带，方便使用于不同的终端主机。

三为本发明装置提供了一加解密芯片，快速且安全的对写入可携式大容量储存单元的资料加密，或者对读出可携式大容量储存单元的资料解密，即使将该可携式大容量储存单元被移除，也无法撷取出正确的格式及内容。并且激活该加解密芯片的金钥存放于不同地方，须透过指纹辨识成功后方能取得，更提高本装置资料存取的安全度。

附图说明

图1为依本发明第一实施例的含生物辨识的可携式加密储存装置10的功能方块图。

图2为依本发明的含生物辨识的可携式加密储存装置10的储存资料的保护方法的流程图。

图3为依本发明第二实施例的含生物辨识的可携式加密储存装置10的功能方块图。

图号说明

10     可携式加密储存装置   100    终端主机

101    控制器               102    加解密芯片

103    储存接口扩充槽       103A   大容量储存单元

104    内存模块             104A   公用区块

104B   隐藏区块             105    内存扩充插槽

106    指纹传感器           108    主机接口

110    储存接口             111    内存接口

210-290方法步骤

具体实施方式

本发明的技术方案采用下列实施例进行解释说明：

如图1所示，其为依本发明第一实施例的含生物辨识的可携式加密储存装置10的功能方块图。该装置10基本上包含一个控制器101，该控制器101提供一储存接口110透过一加解密芯片102再连接至一储存接口扩充槽103，该扩充槽103用以设置至少一大容量储存单元103A，该大容量储存单元103A的一个实施例为磁性硬盘，特别是2.5寸及较小尺寸的硬盘；该大容量储存单元103A的另一个实施例为CD-R/RW及DVD-R/RW及任何规格的光盘装置。

另外，该控制器101提供另一内存接口111以连接一内存模块104及一生物特征传感器106，在本发明的一个实施例中，该生物特征传感器106为指纹传感器，特别是面积型及滑动型的芯片式指纹传感器以利于缩小体积及降低成本。此外，该生物特征传感器106也可以是侦测人脸、眼睛及其它生物特征的传感器。同时该控制器101提供一主机接108与外部的终端主机100连接，在本实施例中主机接108为通用序列总线(USB)接口，然而也可以是一PCMCIA接口、PCI高速(PCI EXPRESS)接口或一IEEE 1394接口或者其它标准的接口；而储存接110在本实施例中为IDE接口，然而也可以是SCSI接口、Serial ATA接口、一Compact Flash(CF)接口、一PCMCIA接口或IEEE 1284接口或者其它标准的接口。

内存模块104为一非挥发性内存，在本实施例中为闪存，也可以为可编程只读存储器(PROM)、只读存储器(ROM)或可电性抹除可编程只读存储器(EEPROM)。

在本发明的一实施例中，上述本发明装置所使用的包含控制器101、加解密芯片、内存模块及芯片式指纹传感器，更可以透过***化芯片(SOC)设计架构下，将之整合为单一芯片，以降低成本。

内存模块104被分割为：一公用区块104A，用以储存至少一指纹辨识及应用程序；及一隐藏区块104B，用以储至少一指纹模板，及一供该加解密芯片102使用的金钥。指纹模板为利用金钥加密过的资料。

控制器101可以透过指纹传感器106抓取实时的指纹资料并上传至终端主机100。终端主机100将所抓取实时的指纹资料与先前的指纹模板做模板比对。所谓的指纹模板，就是该使用者第一次使用此装置时，在内存模块104中所留下的第一次的指纹资料，此指纹资料用以作为与后续指纹资料比对的基准。因此，指纹传感器106连接至该控制器101，用以感测授权使用者的指纹模板，更可用以感测一使用者之一待辨识指纹资料来跟指纹模板比对。简而言之，本发明装置利用了一内存模块104及其资料切割方法，可以透过控制器101自动下载指纹应用程序于终端主机执行，而不需要独立的指纹辨识模块。此一方法揭露于上述的「含指纹传感器的存储器储存装置及其储存资料的保护方法」专利申请案，在此列为参考文件，不再加以说明。

当确认了使用者的指纹资料后，该控制器101会将供该加解密芯片102使用的金钥传输至加解密芯片102中，以实时加密及解密引擎来存取此可携式大容量储存单元。本装置的加解密芯片是使用对称算法---DES(资料加密标准)或Triple DES(三重加密资料加密标准)。该加解密芯片可实时处理1.6Gbits/sec的资料，因此对于大容量储存单元资料存取不会产生任何时间上的延迟，较之利用软件加解密的方法更有效率，且也较软件更不容易被破解。

另外，本发明加解密方法的优点为加解密引擎的金钥不是储存于加解密芯片中，而是必须完成指纹辨识比对后，由该内存模块的隐藏区块中送出，而该隐藏区块内的资料更是利用个人的指纹特征加以加密，而无法被破解取得。为了更进一步提高安全度，该金钥更可以由软件随时间变化任意产生。

此外，本发明装置用以存取硬盘及光盘等大容量储存单元，透过硬件化的加解密引擎芯片，更可以有效率的存取资料，不受软件加解密过程耗时的影响，且加解密过程在终端***外独立处理更为安全。

因此，本实施例的含生物辨识的可携式加密储存装置10用以与一终端主机100连接，并包含一连接至终端主机100的主机接口108、一连接至主机接口108的控制器101、一连接至控制器101且用以感测一使用者之一待辨识指纹资料的指纹传感器106、一连接至控制器101的内存模块104、一连接至控制器101且内含有加解密引擎的加解密芯片102、一连接至加解密芯片102的储存接口扩充槽103及一连接至储存接口扩充槽103大容量储存单元103A。内存模块104被分割为一用以储存至少一指纹辨识及应用程序的公用区块104A，以及一用以储存一指纹模板及一金钥的隐藏区块104B。隐藏区块104B中的资料已经被加密过。

当可携式加密储存装置10与终端主机100连接之后，控制器101透过主机接口108而与终端主机100相互连接，并令终端主机100将适合于终端主机100的指纹辨识及应用程序加载安装至终端主机100。接着，控制器101控制指纹传感器106读取使用者的待辨识指纹资料，并将待辨识指纹资料传送至终端主机100中。然后，控制器101将指纹模板解密后传输至终端主机100中与该待辨识指纹资料比对，并于两者实质上吻合时使终端主机100识别到该大容量储存单元103A的存在，且该控制器101便将供该加解密芯片用的金钥从隐藏区块104B中取出且解密，并且送至该加解密芯片102中，至此，该终端主机100便可以透过该控制器101并经由该加解密芯片102对大容量储存单元103A中的资料做解密读出或者加密写入的动作。

如图1与图2所示，本发明的可携式加密储存装置10在连接至终端主机100之后的储存资料的保护方法如下。首先，控制器101透过主机接口108而与终端主机100连接，并令终端主机100将指纹辨识及应用程序加载安装至该终端主机100中，如步骤210所示。然后，于步骤220，终端主机100上显示出一窗口供使用者选择或自动判定进入一指纹登入模式(步骤225)或一指纹认证模式(步骤230)。

若要进入指纹登入模式，则终端主机100通知控制器101控制指纹传感器106读取授权使用者的指纹模板，并将指纹模板传送至终端主机100中(步骤235、245)。此时，终端主机100利用指纹应用程序处理指纹模板，并将处理过的指纹模板传输至隐藏区块104B中储存。或者，指纹应用程序可以利用金钥加密指纹模板资料(步骤255)，然后将加密过的指纹模板传输至隐藏区块104B中储存(步骤265)。

若要进入指纹认证模式，则控制器101自隐藏区块104B读取指纹模板(步骤230)，使指纹模板得以被传输至终端主机100中，然后以金钥解密指纹模板资料(步骤240)。接着，终端主机100通知控制器101控制指纹传感器106读取使用者的待辨识指纹资料，并将待辨识指纹资料及金钥传送至终端主机100中(步骤250)。然后，终端主机100利用应用程序处理待辨识指纹资料及指纹模板，并判断两者是否实质上吻合，并于实质上吻合时将金钥传输至加解密芯片102中(步骤280)，并使原隐藏的大容量储存单元103A在终端主机100上出现，并经由加解密芯片来存取此大容量储存单元103A(步骤290)；反之，则使大容量储存单元103A隐藏，以防止终端主机100存取，或者询问使用者是否再继续比对来进行认证(步骤270)。

于本发明另一实施例中，如图3所示，可携式加密储存装置10除了包含类似于图1的控制器101、内存模块104、大容量储存单元103A、指纹传感器106及主机接口108以外，可以更包含一与控制器101电连接的内存扩充插槽105，由该内存扩充插槽105可以将本装置视为可电连接至一外接内存107的读取器(memory reader)，该外接内存譬如智能型媒体(smart media)或记忆卡(memory stick)或其它标准接口的外接内存。扩充插槽105透过内存接口111而与控制器101电连接，并用以与一外接内存107连接，然后将外接内存107以加密方式，复制到大容量可携式大容量储存单元103A，用此方式储存外接内存107的资料，并用额外加密方式储存此待保护的资料。如此一来原本外接内存107资料可删除，以再储存其它资料。因此，在解密后的指纹模板与待辨识指纹资料两者实质上吻合的情况下，依据使用者的控制而使外接内存107与大容量储存单元103A透过加解密芯片102及金钥而作资料相连。

由本发明的上述构造，从计算机***上所看到的联机装置，不再包含一个非挥发性内存、一个大容量储存单元以及一个指纹传感器，所以不需要同时安装适用于该非挥发性内存、该大容量储存单元以及该指纹传感器的驱动程序，所以计算机***不需多任务控制三个或三个以上装置的运作。取而代之的是，从计算机***上所看到的联机装置，仅有一个可携式大容量储存单元，所以计算机***仅需控制一个装置的运作。至于可携式大容量储存单元内的非挥发性内存、大容量储存单元、内存扩充插槽与指纹传感器的运作，可以由控制器来控制。值得注意的是，本发明所指的控制器，可以宽广地包含控制非挥发性内存、大容量储存单元与指纹传感器的运作的其它组件，譬如只读存储器(ROM)、随机存取内存(RAM)等。

因此，本发明将提供一种含生物辨识的可携式加密储存装置，特色有四。一为利用终端主机的处理器做指纹处理及辨识，可以大幅降低装置的硬件成本，达到普及的目的。二为提供一完全自动下载指纹应用程序的功能，由整合USB控制器的韧体(firmware)、指纹辨识及处理软件以及相关的应用程序(Applicat ion Program，AP)在一起，本发明的装置除了完全不需要由使用者手动地在终端主机安装任何驱动程序或辨识软件，便可以完全热插拔的使用于各种操作***的终端主机，特别是计算机装置，而且支持各种语言的操作***。三为使原受保护的可携式大容量储存单元隐藏，当确认身分吻合后，才在终端主机上出现此可携式大容量储存单元。四为受保护的可携式大容量储存单元前有一实时加解密芯片，当确认身分吻合后，控制器才将加解密金钥写入加解密芯片内，以控制将资料写入可携式大容量储存单元做加密动作，或将资料自可携式大容量储存单元读出做解密动作。

同时，本装置内的可携式大容量储存单元的资料，以加解密芯片方式存录，所以即使将该可携式大容量储存单元移除，也无法撷取出正确的格式及内容，并且该加解密芯片的金钥分开储存以提高安全度，并且需要透过指纹比对方能取得，这样的设计绝对是安全的，也是目前任何现有技术所无法达到的。

Claims (12)

1.一种含生物辨识的可携式加密储存装置，其特征在于，用以与一终端主机连接，该可携式加密储存装置包含：

一主机接口，连接至该终端主机；

一控制器，连接至该主机接口；

一指纹传感器，连接至该控制器，用以感测一使用者之一待辨识指纹资料；

一内存模块，连接至该控制器，该内存模块被分割为一公用区块，用以储存至少一指纹辨识及应用程序；及一隐藏区块，用以储存经加密过的至少一指纹模板及经加密过的一金钥；

一加解密芯片，连接至该控制器；

一储存接口扩充槽，连接至该加解密芯片；及

一大容量储存单元，连接至该储存接口扩充槽，其中：

该控制器透过该主机接口而与该终端主机相互连接，并令该终端主机将指纹辨识及应用程序加载安装至该终端主机中；

该控制器控制该指纹传感器读取该使用者的该待辨识指纹资料，并将该待辨识指纹资料传送至该终端主机中；

该控制器将该指纹模板解密后传输至该终端主机中与该待辨识指纹资料比对，并于两者实质上吻合时使该终端主机识别到该大容量储存单元的存在，且该控制器将供该加解密芯片使用的该金钥从该隐藏区块中取出且解密，并且送至该加解密芯片中，能使该终端主机可透过该控制器并经由该加解密芯片对该大容量储存单元中的资料做解密读出或者加密写入的动作。

2.如权利要求1所述的含生物辨识的可携式加密储存装置，其特征在于，该指纹模板为利用该金钥加密过的资料。

3.如权利要求1所述的含生物辨识的可携式加密储存装置，其特征在于，该主机接口为一通用序列总线接口、一PCMCIA接口、一PCI高速接口或一IEEE 1394接口，而该储存接口为一IDE接口、一SCSI接口、一Seria1 ATA接口、一Compact F1ash接口、一PCMCIA接口或一IEEE 1284接口。

4.如权利要求1所述的含生物辨识的可携式加密储存装置，其特征在于，该指纹传感器为面积型指纹传感器或滑动式指纹传感器。

5.如权利要求1所述的含生物辨识的可携式加密储存装置，其特征在于，更包含：

一扩充插槽，与该控制器电连接，用以与一外接内存电连接，以在该指纹模板与该待辨识指纹资料两者实质上吻合的情况下，依据该使用者的控制而使该外接内存与该大容量储存单元透过该加解密芯片作数据相连。

6.如权利要求1所述的含生物辨识的可携式加密储存装置，其特征在于，该金钥由软件随时间变化产生。

7.如权利要求1所述的含生物辨识的可携式加密储存装置，其特征在于，该大容量储存单元为一磁性硬盘机或一光驱。

8.如权利要求1所述的含生物辨识的可携式加密储存装置，其特征在于，该加解密芯片使用一种资料加密标准或三重加密资料加密标准的对称算法。

9.一种含生物辨识的可携式加密储存装置的储存资料的保护方法，其特征在于，在该可携式加密储存装置连接至一终端主机后包含以下步骤：

与该终端主机相互连接，并将一指纹辨识及应用程序自动加载安装至该终端主机中；

读取一使用者之一待辨识指纹资料，并将该待辨识指纹资料传送至该终端主机中；

将经加密过的一指纹模板解密后传输至该终端主机中与该待辨识指纹资料比对，并于两者实质上吻合时使该终端主机识别到一大容量储存单元的存在，且一控制器将供一加解密芯片使用之经加密过的一金钥从一隐藏区块中取出且解密，并且送至该加解密芯片中，能使该终端主机可透过该控制器并经由该加解密芯片对该大容量储存单元中的资料做解密读出或者加密写入的动作。

10.如权利要求9所述的含生物辨识的可携式加密储存装置的储存资料的保护方法，其特征在于，该指纹模板为利用该金钥加密过的资料。

11.如权利要求9所述的含生物辨识的可携式加密储存装置的储存资料的保护方法，其特征在于，该金钥由软件随时间变化产生。

12.如权利要求9所述的含生物辨识的可携式加密储存装置的储存资料的保护方法，其特征在于，该加解密芯片使用一种资料加密标准或三重加密资料加密标准的对称算法。

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