摘 要：隨著USB技術(shù)的快速發(fā)展，各種移動存儲設(shè)備給人們的生活帶來許多便利，同時USB移動存儲設(shè)備的安全問題也日益嚴重。本文設(shè)計了一種管理USB移動存儲設(shè)備的方法，基于MFC平臺使用C++語言設(shè)計實現(xiàn)了USB移動存儲設(shè)備密級保護管理系統(tǒng)，對USB移動存儲設(shè)備進行授權(quán)管理，從而緩解USB移動存儲設(shè)備帶來的諸多安全問題。

關(guān)鍵詞：USB移動存儲設(shè)備；密級保護；安全問題；授權(quán)管理

中圖分類號：TP309

現(xiàn)代生活中，USB移動存儲介質(zhì)因其使用靈活、快捷、方便的特點迅速得到普及。但同時也帶來了諸如數(shù)據(jù)拷貝不受限、數(shù)據(jù)傳輸不受限、內(nèi)外網(wǎng)交叉使用等安全問題，對數(shù)據(jù)安全產(chǎn)生嚴重威脅[1]，因此安全威脅是移動存儲介質(zhì)應(yīng)用急需解決的問題。

USB移動存儲設(shè)備帶來的安全性問題主要有以下幾個方面：第一，信息文件的盜竊。在現(xiàn)在的企業(yè)中，由于信息安全的需要，每個企業(yè)都制定各種保密制度，并采取一定的安全防護措施，例如防火墻應(yīng)用、入侵檢測等措施，但這些措施只能防范企業(yè)外網(wǎng)的攻擊，而對于企業(yè)內(nèi)網(wǎng)起不到任何的防范作用。據(jù)中國信息安全組織提供有關(guān)調(diào)查顯示，在眾多計算機安全的事件中，發(fā)生頻率最高事件是主機信息泄露，并且這些事件中有95%是單位內(nèi)部人員通過內(nèi)網(wǎng)主機完成[2]，比如，一些惡意人員可以拷取企業(yè)主機上文件并帶走，給企業(yè)帶來了極大的安全隱患。第二，病毒傳播。由于其廣泛應(yīng)用，USB移動存儲設(shè)備成為了眾多病毒攻擊對象[3]。一些電腦病毒可以感染USB移動存儲設(shè)備，并通過該設(shè)備把病毒傳播到其它的電腦、筆記本上，從而造成病毒的大肆傳播。第三，USB移動存儲設(shè)備的丟失。許多人把資料拷貝到移動存儲設(shè)備中隨身攜帶，而當移動存儲設(shè)備丟失時，造成嚴重的信息泄漏。

目前，解決USB移動存儲設(shè)備安全威脅方式有兩種，一種是人為禁止USB移動存儲設(shè)備使用，另一種是采用技術(shù)手段控制USB移動存儲設(shè)備使用，即在計算機內(nèi)部部署解決方案對設(shè)備進行實時監(jiān)控。解決方案主要分為驅(qū)動級編程和Windows應(yīng)用程序兩種，本文主要介紹的是Windows應(yīng)用程序這種方案的實現(xiàn)。文章中我們將介紹USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn)，通過對USB移動存儲設(shè)備信息的提取來進行授權(quán)管理，從而保護主機信息安全。

1 系統(tǒng)原理分析

USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)主要管理外圍存儲設(shè)備的使用權(quán)限，該系統(tǒng)主要涉及到兩種技術(shù)，分別為USB移動存儲設(shè)備插拔的監(jiān)聽技術(shù)和信息提取技術(shù)。

USB移動存儲設(shè)備插拔的監(jiān)聽技術(shù)可以監(jiān)聽到USB移動存儲設(shè)備的插拔活動情況，系統(tǒng)只有監(jiān)聽到這些活動，才能對USB移動存儲設(shè)備的物理信息進行提取和管理。在Windows系統(tǒng)中，當PC機上添加或者刪除一個即插即用設(shè)備時，將觸發(fā)系統(tǒng)WM_DEVICECHANGE消息。我們可以利用WM_DEVICECHANGE向應(yīng)用程序的主窗口提供監(jiān)聽到的設(shè)備的活動信息，然后添加響應(yīng)函數(shù)BOOL OnDeviceChange（UINT nEventType，DWORD wData）即可捕捉到USB移動存儲設(shè)備的插拔情況。其中nEventType變量主要傳遞USB移動存儲設(shè)備的活動狀態(tài)，其取值包括以下6個變量值：DBT_DEVICEARRIVAL、DBT_DEVICEQUERYREMOVE、DBT_DEVICETYPESPECIFIC、DBT_DEVICEQUERYREMOVEFAILED、DBT_DEVICEREMOVECOMPLETE、DBT_DEVICEREMOVEPENDING，這6個變量值代表了USB移動存儲設(shè)備插入或拔出的情況。

USB移動存儲設(shè)備在生產(chǎn)時廠家在設(shè)備上標注了物理編號（序列號SeriaNumber），這種編號具有終生不變、只能讀取不能寫入的特點，所以可以被提取出進行授權(quán)[4]。通常把能夠惟一標識USB設(shè)備的標識信息稱惟一性標志[5]，該唯一性標志通常由VID（廠家ID）、PID（產(chǎn)品ID）和硬件序列號組成，所以USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)將提取USB移動存儲設(shè)備的VID、PID和SeriaNumber這三個信息值，通過對這三個信息值進行授權(quán)來對USB移動存儲設(shè)備進行管理，并將這三個數(shù)據(jù)信息保存到數(shù)據(jù)庫中，其在數(shù)據(jù)庫中保存形式如表1所示。

表1 數(shù)據(jù)庫中數(shù)據(jù)存儲形式

VID（廠家ID）PID（產(chǎn)品ID）SeriaNumber

在提取USB移動存儲設(shè)備的信息，將用到USB設(shè)備的句柄，

HANDLE hDrive=CreateFile（pDetail->DevicePath，0，F(xiàn)ILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE，NULL，OPEN_EXISTING，NULL，NULL）；通過使用該句柄可以獲取USB移動存儲設(shè)備的信息。

2 系統(tǒng)需求與總體功能

通過需求分析，得到了USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)所應(yīng)該具備的功能，該系統(tǒng)主要包括授權(quán)管理、刪除數(shù)據(jù)、修改密碼、插入數(shù)據(jù)、預覽數(shù)據(jù)、設(shè)備彈出等功能模塊。系統(tǒng)總體功能框圖如圖1所示。

圖1 USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)總體功能

該系統(tǒng)采用訪問控制技術(shù)，該技術(shù)是一種靜態(tài)的安全技術(shù)，常用一張訪問控制表定義用戶訪問的權(quán)限[6]。因此系統(tǒng)將建立一張權(quán)限控制表來管理USB移動存儲設(shè)備的使用權(quán)限。該系統(tǒng)主要在Windows平臺上運行，通過對USB移動存儲設(shè)備狀態(tài)的監(jiān)聽對USB移動存儲設(shè)備進行授權(quán)管理。當移動存儲設(shè)備插入到主機上，該系統(tǒng)就會監(jiān)聽到該設(shè)備插入的消息并提取設(shè)備的信息，通過與數(shù)據(jù)庫中信息對比，來判斷該移動存儲設(shè)備是否已經(jīng)得到授權(quán)，如果已經(jīng)得到授權(quán)運行，該USB移動存儲設(shè)備就可以在主機上正常運行，如果未被授權(quán)，可以通過授權(quán)功能對該設(shè)備授權(quán)，否則該設(shè)備將會被彈出。通過授權(quán)管理，系統(tǒng)只允許得到授權(quán)運行的USB移動存儲設(shè)備在主機上使用，從而防止惡意人員非法拷貝主機上的信息文件。USB密級保護系統(tǒng)的工作流程圖如圖2所示。

圖2 USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)工作流程圖

3 系統(tǒng)功能實現(xiàn)

USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)使用基于MFC平臺的C++語言來搭建軟件的框架并進行內(nèi)部實現(xiàn)，使用嵌入式數(shù)據(jù)庫Sqlite3進行數(shù)據(jù)存儲和處理，整個系統(tǒng)將在Windows系統(tǒng)下運行。

USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)的運行主界面如圖3所示，該界面顯示了系統(tǒng)的大部分功能，其中點擊預覽時，會在USB列表中顯示目前主機上允許運行的USB移動存儲設(shè)備。點擊刷新，在左下部分的列表上顯示目前正在運行的USB移動存儲設(shè)備的盤符和名稱，選中列表的USB移動存儲設(shè)備，點擊彈出，設(shè)備將會被安全彈出。其中插入數(shù)據(jù)、刪除數(shù)據(jù)、密碼修改、關(guān)閉等操作都需要密碼驗證。對于該系統(tǒng)的授權(quán)管理功能模塊，只有在新的USB移動存儲設(shè)備插入到主機時，該功能才能被觸發(fā)，對該設(shè)備進行信息讀取和授權(quán)管理。

圖3 USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)主界面

下面將詳細介紹部分主要功能模塊的實現(xiàn)及相應(yīng)的核心代碼。

授權(quán)功能模塊是該軟件系統(tǒng)的核心模塊，USB移動存儲設(shè)備只有得到授權(quán)后才可以在主機上使用。授權(quán)功能模塊主要通過USB移動存儲設(shè)備插拔的監(jiān)聽技術(shù)和USB移動存儲設(shè)備信息提取技術(shù)來實現(xiàn)。當對USB移動存儲設(shè)備信息提取后，將對該設(shè)備進行權(quán)限分級，主要分為只讀權(quán)限和正常使用權(quán)限。其中只讀權(quán)限只能讀取USB移動存儲設(shè)備中的文件而不能把主機中文件拷貝到移動存儲設(shè)備中。USB移動存儲設(shè)備插拔監(jiān)聽的實現(xiàn)首先在BEGIN_MESSAGE_MAP（CUSBDlg，CDialog）中添加ON_WM_DEVICECHANGE（）語句，隨后實現(xiàn)監(jiān)聽函數(shù)，監(jiān)聽函數(shù)如下：

BOOL OnDeviceChange（UINT nEventType，DWORD wData）{

switch（nEventType）

{

case DBT_DEVICEARRIVAL：

//USB移動存儲設(shè)備插入消息

MatchDevInfo（）；

//判斷USB移動存儲設(shè)備是否已經(jīng)授權(quán)

break；

case DBT_DEVICEQUERYREMOVE：

//USB移動存儲設(shè)備請求移出消息

：：MessageBox（NULL，_T（\"移動存儲設(shè)備安全移除！\"），_T（\"USB\"），MB_OK）；

break；

case DBT_DEVICEREMOVECOMPLETE：

//USB移動存儲設(shè)備已經(jīng)彈出消息

：：MessageBox（NULL，_T（\"移動存儲設(shè)備安全移除！\"），_T（\"USB\"），MB_OK）；

break；

default：break；

}

return TRUE；

}

以上代碼實現(xiàn)USB移動存儲設(shè)備監(jiān)控，當插入新的USB移動存儲設(shè)備時，將會執(zhí)行case DBT_DEVICEARRIVAL，對于MatchDevInfo（）函數(shù)將實現(xiàn)USB移動存儲設(shè)備信息讀取并且判斷該設(shè)備是否已經(jīng)得到授權(quán)，如果未授權(quán)就轉(zhuǎn)到授權(quán)界面，如果已經(jīng)授權(quán)就可以正常在主機上使用，以下簡單講MatchDevInfo（）中主要代碼段。獲得USB移動存儲設(shè)備的ID的代碼

char chID[MAX_PATH*2]=\"\"；

CM_Get_Parent（spdd.DevInst，spdd.DevInst，0）；

DWORD dwEr=CM_Get_Device_ID（spdd.DevInst，chID，sizeof（chID），0）；

if（dwEr==CR_SUCCESS）

{

if（GetAbcPid（chID））

{

HANDLE hDrive=CreateFile（pDetail->DevicePath，0，F(xiàn)ILE_SHARE_READ | FILE_SHARE_WRITE，NULL，OPEN_EXISTING，NULL，NULL）；//定義USB移動存儲設(shè)備句柄

if （hDrive！=INVALID_HANDLE_VALUE）

{STORAGE_DEVICE_NUMBER sdn；

DWORD dwBytesReturned=0；

BOOL res=eviceIoControl（hDrive，//設(shè)備句柄IOCTL_STORAGE_GET_DEVICE_NUMBER，NULL，0，sdn，sizeof（sdn），dwBytesReturned，NULL）；//獲取設(shè)備號temp_DeviceNumber.Format（\"%d\"，sdn.DeviceNumber）；//數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換獲得定義規(guī)格字符串pszDevicePath=temp_DeviceNumber+chID；}

：：CloseHandle（hDrive）；//釋放句柄

}

}

通過以上兩種技術(shù)就可以獲得USB移動存儲設(shè)備的固定信息，接下來就是把數(shù)據(jù)進行權(quán)限分級，然后插入到數(shù)據(jù)庫中，這里使用的數(shù)據(jù)庫是Sqlite3。Sqlite3是一款穩(wěn)定、開源的輕型數(shù)據(jù)庫，遵守ACID的關(guān)聯(lián)式數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，能夠執(zhí)行大部分的SQL命令，具有ODBC接口[7]。先對Sqlite3進行編譯得到Sqlite3.lib然后動態(tài)調(diào)用，系統(tǒng)中數(shù)據(jù)庫的連接代碼為

sqlite3 *db=NULL；//定義數(shù)據(jù)庫指針變量

int flag；

flag=sqlite3_open（\"USB.db\"，db）；

if（flag）{

AfxMessageBox（_T（\"打不開USB.db\"））；

sqlite3_close（db）；}

else

{AfxMessageBox（_T（\"打開USB.db\"））；}

連接成功后就可以通過SQL語句進行數(shù)據(jù)插入、刪除等操作。

對于自制的按鈕的實現(xiàn)，比如后臺運行和最小化是通過添加如下代碼實現(xiàn)

ShowWindow（SW_MINIMIZE）；//最小化

ShowWindow（SW_HIDE）；//后臺運行

可以在自制的按鈕中添加一些判斷條件，比如密碼驗證，就可以增強按鈕的功能性，從而增加系統(tǒng)的安全性。

軟件質(zhì)量是一個軟件企業(yè)成功的必要條件，其重要性無論怎樣強調(diào)都不過分。為了保證軟件的質(zhì)量，將會對軟件進行測試。其目的就是能夠找出軟件中存在的一些錯誤，并加以改正[8]。通過軟件測試運行，該系統(tǒng)具有較好的可靠性和穩(wěn)定性，對數(shù)據(jù)庫的操作比較穩(wěn)定，滿足軟件質(zhì)量的諸多要求。

4 結(jié)束語

本文主要介紹了USB移動存儲設(shè)備的應(yīng)用帶來的安全性問題，并且提出一種Windows平臺上開發(fā)應(yīng)用程序的解決方案。本文詳細描述USB移動存儲設(shè)備密級保護系統(tǒng)的設(shè)計和實現(xiàn)，并摘錄部分功能的核心代碼。該系統(tǒng)的創(chuàng)新點如下：系統(tǒng)專注于對USB移動存儲設(shè)備進行管理，對USB移動存儲設(shè)備進行授權(quán)操作，得到授權(quán)運行的USB移動存儲設(shè)備才可以在主機上按照權(quán)限等級運行。同時，該系統(tǒng)的數(shù)據(jù)插入、數(shù)據(jù)刪除、密碼修改和關(guān)閉軟件等操作都需要密碼驗證，防止其它人員對該系統(tǒng)的惡意操作，使主機上的信息更加安全。從運行測試結(jié)果看，該系統(tǒng)可靠性強，運行穩(wěn)定，具有良好的實際應(yīng)用價值。

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作者簡介：李永強（1990-），男，江蘇邳州人，學生，本科，主要研究方向：信息安全；譚立清（1994-），男，本科，主要研究方向：信息安全；馬同茂（1993-），男，本科，主要研究方向：軟件工程；張迪（1992-），男，本科，主要研究方向：軟件工程；周高磊（1991-），男，本科，主要研究方向：信息安全；何旭（1991—）男，本科，主要研究方向：軟件工程。

作者單位：中國石油大學（華東） 計算機與通信工程學院，山東青島 266580

基金項目：本文由中國石油大學（華東）國家級大學生創(chuàng)新實驗計劃（基于detours的USB密級保護系統(tǒng)，項目編號：201310425051）資助。