一種新型防丟失自毀硬盤的設(shè)計(jì)

何國斌，王保民，井發(fā)啟

（1.中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原030051；2.青海省安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)中心，青海西寧810008）

·技術(shù)進(jìn)步·

一種新型防丟失自毀硬盤的設(shè)計(jì)

何國斌1，王保民1，井發(fā)啟2

（1.中北大學(xué)化工與環(huán)境學(xué)院，山西太原030051；2.青海省安全生產(chǎn)科學(xué)技術(shù)中心，青海西寧810008）

移動(dòng)硬盤作為便攜式信息載體，具有存儲(chǔ)速度快、輕巧便攜、容量大等優(yōu)點(diǎn)。而在其廣泛使用的同時(shí)，也產(chǎn)生了數(shù)據(jù)丟失、機(jī)密資料被盜等信息安全問題。根據(jù)硬盤結(jié)構(gòu)和工作原理設(shè)計(jì)出具有自毀功能的移動(dòng)硬盤，從而解決因移動(dòng)硬盤丟失、被盜而引起的重要資料丟失、機(jī)密泄露等問題。移動(dòng)硬盤選擇用炸藥進(jìn)行自毀，主要研究了防丟失遠(yuǎn)程控制以及所用炸藥種類、藥量、位置和起爆方式等內(nèi)容。

硬盤；防丟失；自毀；炸藥；防盜

隨著現(xiàn)代科技的高速發(fā)展，信息存儲(chǔ)領(lǐng)域的移動(dòng)硬盤作為便攜式信息載體，憑借存儲(chǔ)容量高、數(shù)據(jù)傳輸速度快、存儲(chǔ)技術(shù)通用、耐用防震、無噪音、工作溫度寬和輕巧便捷等優(yōu)點(diǎn)，被廣泛應(yīng)用于軍事、車載、工程控制、視頻監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)監(jiān)控、網(wǎng)絡(luò)終端、電力、醫(yī)療、航空、導(dǎo)航設(shè)備等領(lǐng)域[1]。在廣泛應(yīng)用的同時(shí)，也經(jīng)常發(fā)生被盜、不慎丟失等狀況，導(dǎo)致存儲(chǔ)的信息流失或泄露。不同用戶對(duì)硬盤安全性需求不同，對(duì)于需要存儲(chǔ)大量數(shù)據(jù)信息，乃至涉密資料的用戶來說，如何防止被盜和丟失，甚至在被盜的情況下如何確保所存儲(chǔ)信息不發(fā)生泄露，便是一個(gè)迫切需要解決的問題。國內(nèi)外對(duì)移動(dòng)硬盤的保密措施均有不同程度的研究，多是在文件保護(hù)技術(shù)及加密技術(shù)的基礎(chǔ)上發(fā)展而來的。除加密技術(shù)外，還相繼研究了數(shù)據(jù)自毀和硬盤銷毀技術(shù)[2]。其中最早出現(xiàn)的是數(shù)據(jù)自毀技術(shù)，而銷毀技術(shù)中的數(shù)據(jù)覆蓋、強(qiáng)磁場(chǎng)銷毀等手段，均無法達(dá)到對(duì)硬盤數(shù)據(jù)的徹底銷毀，在移動(dòng)硬盤內(nèi)部設(shè)置炸藥，通過遠(yuǎn)程控制單元來控制炸藥的起爆，從物理銷毀的角度對(duì)硬盤存儲(chǔ)單元進(jìn)行破壞，從而達(dá)到在意外丟失時(shí)能對(duì)硬盤內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行保護(hù)的目的。

1 整體設(shè)計(jì)方案概述

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)共分為兩個(gè)部分：第一部分為手持遙控裝置；第二部分為帶有自毀裝置的移動(dòng)硬盤。手持遙控裝置中裝有無線收發(fā)模塊以及蜂鳴報(bào)警裝置。通過對(duì)移動(dòng)硬盤內(nèi)部構(gòu)造的了解以及對(duì)各個(gè)單元功能的識(shí)別[3]，在存儲(chǔ)信息的移動(dòng)硬盤中除同樣安置與手持遙控裝置相對(duì)應(yīng)的無線收發(fā)模塊以及蜂鳴報(bào)警裝置外，還需在磁片周圍安置爆炸單元以及起爆電路單元。兩部分通過分別安裝于其中的無線收發(fā)模塊單元，實(shí)時(shí)測(cè)量相對(duì)位置。根據(jù)不同的要求，在無線收發(fā)技術(shù)有效范圍內(nèi)選取報(bào)警閾值以及手動(dòng)引爆閾值。當(dāng)相對(duì)距離達(dá)到報(bào)警閾值時(shí)，蜂鳴報(bào)警器啟動(dòng)發(fā)出警報(bào)；當(dāng)距離超過報(bào)警閾值時(shí)，可手動(dòng)選擇引爆安置于硬盤內(nèi)的炸藥，銷毀存貯信息的硬盤磁片，達(dá)到防盜、防丟失、快速、不可逆銷毀的目的。

2 遠(yuǎn)程控制單元的實(shí)現(xiàn)

手持遙控器與硬盤裝置中均裝有一套無線收發(fā)設(shè)備，其中發(fā)射器安裝于防丟物品中，接收器則安裝于移動(dòng)硬盤中。在正常情況下，發(fā)射器與接收器相隔的距離小于某范圍時(shí)，接收器就能收到發(fā)射器發(fā)來的信號(hào)。當(dāng)發(fā)射器與接收器超過預(yù)定的距離時(shí)，接收器收不到發(fā)射器的信號(hào)，立即發(fā)出報(bào)警信息，警示持有人硬盤丟失。而通常意義上的電子防丟產(chǎn)品質(zhì)量的高低主要表現(xiàn)在產(chǎn)品的體積、功耗和可靠性等方面。所以本文所設(shè)計(jì)的防丟失硬盤，由于它的電路采用了PT2262/PT2272編解碼集成芯片及專用的315MHz的無線收發(fā)模塊，所以使得電路簡(jiǎn)單，工作性能穩(wěn)定。在功能方面除了具有硬盤遺失時(shí)的報(bào)警、尋找功能外，還可配合信號(hào)采集電路，構(gòu)成一般的無線報(bào)警系統(tǒng)。

分別安置于手持遙控器與硬盤中的發(fā)射器與接收器相互聯(lián)系實(shí)現(xiàn)其作用的效果如圖1所示，右邊是接收器，左邊為發(fā)射器。發(fā)射器由編碼電路和無線發(fā)射電路組成，編碼器輸出具有地址信息的編碼信號(hào)，送到無線發(fā)射模塊進(jìn)行調(diào)制，輸出穩(wěn)定的電磁波。接收器由接收模塊、解碼器、報(bào)警和電源等電路組成。當(dāng)接收模塊收到發(fā)射器發(fā)射的具有一定強(qiáng)度的電磁波信號(hào)后，對(duì)其進(jìn)行檢波還原出編碼信號(hào)，送至解碼電路，若解碼電路的地址與編碼信號(hào)的地址相同，則解碼電路輸出的信號(hào)使后級(jí)報(bào)警電路不工作。當(dāng)子母機(jī)超過限定的距離，解碼電路輸出的信號(hào)使報(bào)警電路工作。電源電路為各部分電路提供工作電壓。

圖1 發(fā)射器與接收器原理

3 炸藥的安裝位置以及藥量設(shè)計(jì)

3.1 炸藥安裝位置及起爆方式的選擇

要對(duì)移動(dòng)硬盤內(nèi)盤片進(jìn)行炸毀，就需要選擇合適的炸藥安裝位置。根據(jù)對(duì)移動(dòng)硬盤結(jié)構(gòu)組成的分析以及此設(shè)計(jì)的最終目的，挑選出可供選擇的位置共有三個(gè)，分別是在盤片的上部、下部以及四周。移動(dòng)硬盤下部為控制電路板，炸藥難以合理安放，且由于移動(dòng)硬盤工作時(shí)此處由于電流、盤片旋轉(zhuǎn)等原因會(huì)產(chǎn)生較大熱量和電磁波，從而對(duì)炸藥和起爆系統(tǒng)產(chǎn)生影響。盤片四周雖然接近重點(diǎn)部位，但同樣要面臨由于電流、盤片旋轉(zhuǎn)等原因會(huì)產(chǎn)生較大熱量和電磁波所帶來的問題，且空間狹窄，不宜安放。上方空間較大，適合設(shè)計(jì)改造，同時(shí)也便于添加防護(hù)層。因此可以在盤片組正上方安裝炸藥進(jìn)行炸毀。利用沖擊波壓力對(duì)盤片進(jìn)行破壞。炸藥位置如圖2所示。

圖2 炸藥位置

經(jīng)過藥量計(jì)算后的炸藥放置于由鐵制成的擋板之上，同時(shí)引火頭與之相連，擋板與移動(dòng)硬盤上蓋連接，固定于移動(dòng)硬盤之上的盤片處于炸藥安置點(diǎn)的正下方。當(dāng)炸藥由引火頭引爆后，向下的爆炸沖擊壓力使得鋁合金制造的盤片破碎，由于有了擋板的保護(hù)，移動(dòng)硬盤的上蓋并沒有因?yàn)檎ㄋ幈ǘa(chǎn)生破裂，既實(shí)現(xiàn)了在特殊情況下銷毀硬盤的功能，又不對(duì)周圍環(huán)境產(chǎn)生危害。

圖3為炸藥安放位置局部放大圖，充分顯示設(shè)計(jì)中炸藥對(duì)硬盤核心——盤片的直接作用。

圖3 炸藥安放結(jié)構(gòu)放大圖

依據(jù)硬盤結(jié)構(gòu)的限制以及系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)所需的電壓，選擇以電引火頭作為起爆工具。電引火頭具有體積小、所需工作電壓小以及自身威力小等特點(diǎn)。

3.2 炸藥類型的選擇

幾種常見單質(zhì)炸藥基本參數(shù)如表1[4]。

對(duì)移動(dòng)硬盤自毀所用炸藥的選擇要考慮到移動(dòng)硬盤的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)和使用要求，合理選擇。在結(jié)構(gòu)上，移動(dòng)硬盤盤片多采用鋁合金制造，對(duì)其破壞要具有足夠的能量。移動(dòng)硬盤在使用時(shí)由于高速轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和較高的溫度，因此選用的炸藥要具有較好的穩(wěn)定性。

根據(jù)炸藥的特性，可以分析出各種炸藥的大體性質(zhì)以及是否適用于移動(dòng)硬盤自毀。硝化甘油通常狀況下為液體形態(tài)，不適用于移動(dòng)硬盤內(nèi)部安置[5]；黑火藥敏感性過強(qiáng)，硬盤使用時(shí)會(huì)產(chǎn)生震動(dòng)、升溫，不適合使用；硝酸脲的起爆感度太低，在移動(dòng)硬盤內(nèi)難以引爆；苦味酸本身缺點(diǎn)較大，多用于起爆藥[6]；PETN感度較高，安定性不佳[7]；HMX和RDX威力過大，移動(dòng)硬盤屬于密閉結(jié)構(gòu)，同時(shí)外部附著多位金屬等堅(jiān)硬材質(zhì)，使用不當(dāng)可能造成人員傷害，且奧克托成本太高，而RDX摩擦感度為80%，沖擊感度為70%～80%，同等條件的特屈兒僅為16%和50%～60%[8]。故此炸藥類型在TNT和特屈兒之間選擇。TNT熔點(diǎn)較低，在80℃～85℃時(shí)即熔化分解[9]，硬盤使用時(shí)由于產(chǎn)熱較大，可能導(dǎo)致危險(xiǎn)。由于移動(dòng)硬盤體積小，內(nèi)部裝藥空間有限，最好采用能制成各種形狀的撓性炸藥。

經(jīng)過綜合考慮，選用撓性炸藥作為移動(dòng)硬盤自毀炸藥較為合適。我們選擇由中北大學(xué)研制的新型撓性炸藥配方：IR∶RDX∶礦物油∶SiO2=20%∶65%∶10%∶5%。

制備橡膠炸藥的工業(yè)條件：加料順序：炸藥→礦物油→二氧化硅→橡膠→硫；干燥溫度：40℃～50℃；硫化溫度：180℃；硫化時(shí)間：15～20min[10]。

3.3 藥量設(shè)計(jì)

移動(dòng)硬盤盤片為硬質(zhì)磁性合金盤片，由于盤片十分薄，厚度一般只有0.5mm左右，根據(jù)炸藥位置的設(shè)計(jì)，其所受力主要為剪力。因此，在此種情況下，忽略盤片的其它受力情況，只考慮剪力作用。此時(shí)，炸藥產(chǎn)生的壓力F等于剪力F8。

表1 常見單質(zhì)炸藥的基本參數(shù)

早期移動(dòng)硬盤都使用塑料材料作為盤片基質(zhì)，目前主要采用鋁合金或玻璃材料。玻璃材料雖更容易達(dá)到所需的平面度和光潔度，且有很高的硬度，但由于玻璃易碎，現(xiàn)在大多數(shù)移動(dòng)硬盤使用鋁合金作為盤片基質(zhì)。通過長(zhǎng)期的生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)實(shí)驗(yàn)，人們逐漸以加入合金元素及運(yùn)用熱處理等方法來強(qiáng)化鋁材，得到了一系列的鋁合金，添加一定元素形成的合金在保持純鋁質(zhì)輕優(yōu)點(diǎn)的同時(shí)還具有較高的強(qiáng)度，σb值分別可達(dá)24～60kgf/mm2。鋁合金的抗拉強(qiáng)度為σb為235.2～588MPa，取最大值即σb=588MPa。鋁合金的剪切強(qiáng)度極限τb計(jì)算公式如下：

其中鋁合金剪切系數(shù)k0為0.55～0.6，這里取較大值0.6。經(jīng)計(jì)算得鋁合金剪切強(qiáng)度極限τb=352.8MPa。

移動(dòng)硬盤盤片的強(qiáng)度條件如下式：

其中：τ為盤片剪切強(qiáng)度；F8為盤片所受剪力；A表示剪切面面積；[τ]為許用應(yīng)力，即τb。為使盤片遭到破壞，將（2）式修改為：

已知移動(dòng)硬盤盤片厚度h為0.5mm左右，直徑主要有1.8、2.5、3.5和5.25英吋四種，其中2.5和3.5英吋盤片應(yīng)用最廣。此處選用3.5英吋盤片。盤片直徑d1=88.9mm。去除盤片中間的孔直徑d2=15mm，由此可計(jì)算出表面剪切面積A=h*（d1-d2）=36.95mm2。由式（4）和τb、A計(jì)算得F8=13035.96N。因此，要對(duì)盤片進(jìn)行破壞應(yīng)使炸藥壓力大于13.036KN。

4 結(jié)論

綜上所述，由遠(yuǎn)程無線控制單元以及用炸藥組成自毀單元的新型移動(dòng)硬盤，利用安裝于手持遙控器和移動(dòng)硬盤中的無線測(cè)距收發(fā)模塊對(duì)移動(dòng)硬盤進(jìn)行了實(shí)時(shí)監(jiān)控，利用安裝于其中的蜂鳴報(bào)警器在丟失情況下達(dá)到警示效果。而安裝于其中的炸藥單元?jiǎng)t可以在特殊情況下被引爆，炸毀磁片，保護(hù)了用戶存儲(chǔ)在硬盤內(nèi)的信息在丟失情況下不發(fā)生泄露，最終達(dá)到防盜、防丟失、快速、不可逆銷毀的目的。

[1]秦振山.移動(dòng)硬盤通用規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)解讀[J].信息技術(shù)與標(biāo)準(zhǔn)化，2010（4）：25-27.

[2]周學(xué)廣，劉藝.信息安全[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2003.

[3]張晶.基于FPGA和DMA的USB移動(dòng)硬盤數(shù)據(jù)加密技術(shù)[D].碩士學(xué)位論文.上海:上海交通大學(xué)，2008.

[4]胡應(yīng)杰.硝化甘油結(jié)構(gòu)與性能的量子化學(xué)、分子動(dòng)力學(xué)和分子力學(xué)研究[D].碩士學(xué)位論文.江蘇：南京理工大學(xué)，2004.

[5]徐振相，周彬.我國工業(yè)起爆器材產(chǎn)品發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)[J].爆破器材，2003（5）：1-4.

[6]Kim K J.Preparation of double loyered energetic materials by crystallization[J].VDI Berichte，2005，I（1901）:313-318.

[7]Kim K J.Coat of energetic materials using crystallization[J]. Chemical Engineering and Technology，2005，28（8）：946-951.

[8]顧文彬，趙有守，陶躍興.起爆方式對(duì)爆炸作用影響的研究[J].南京理工大學(xué)學(xué)報(bào)，1995，19（2）：143-147.

[9]劉自湯，蔣榮光.我國工業(yè)雷管的現(xiàn)狀與發(fā)展[J].爆破器材，1996（2）：22-25.

[10]駱兵，王鳳英.某新型撓性炸藥的制備工藝及性能測(cè)試[J].安全科學(xué)與環(huán)境，2004（S1）：158-161.□

The Design of Anti Lost Self-Destruct Disk

HE Guo-bin1，WANG Bao-min1，JING Fa-qi2
（1.Institute of Chemical Industry and Environment，North University ofChina，Taiyuan 030051，China；2.Science and Technology Center ofProduction Safety in Qinghai Province，Xining 810008，China）

As a portable information carrier，the mobile hard disk has the advantages offast storage，light and portable，large capacity and so on.And in its wide use，but also produced data loss，confidential information security issues such as stolen. According to the structure and working principle of hard disk designed with self destruction function of mobile hard disk，so as to solve the loss of important data caused by mobile hard disk is lost，stolen，disclosure of confidential.Mobile hard disk with dynamite to self destruct，this paper mainly studies the anti lost remote control and explosive type，quantity，location，and initiation mode.

hard disk；anti loss；selfdestruct；explosive；anti theft

10.3969/j.issn.1008-553X.2016.01.018

X913.2

A

1008-553X（2016）01-0066-04

2015-10-16

何國斌（1990-），男，在讀研究生，研究方向：安全人機(jī)模擬與仿真、安全評(píng)價(jià)等，18674460698，369794359@qq.com。