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基于Windows微过滤器模型的U盘透明加密文件系统（UTEFS）研制

作　者: 喻顺海
导　师: 黄永忠
学　校: 解放军信息工程大学
专　业: 软件工程
关键词: U盘 Windows 文件系统透明加密微过滤器
分类号: TP309
类　型: 硕士论文
年　份: 2008年
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内容摘要

U盘(本文泛指存储卡、USB记忆棒和USB硬盘等移动存储设备)是目前广泛使用的信息存储和信息交换设备,U盘在给我们提供使用便利的同时,也带来了巨大的信息安全隐患。为了防止U盘失泄密,一些从事计算机信息安全技术研究的公司和个人研制出了许多以数据加密技术为核心U盘信息安全保护产品,不同程度地保护了信息安全,推动了数据加密技术的发展。本文全面分析了U盘使用所潜在的信息安全隐患,以及现有各种磁盘文件加密系统的技术实现方法、特点和不足,介绍了与课题相关的Windows系统模型、I/O管理器、虚拟内存管理器(VMM)、缓存(cache)管理器、文件系统驱动程序、文件系统过滤驱动程序、数据加密算法等方面的技术知识,深入剖析了Windows微过滤器(mini-filter)[1]模型的基本架构、实现原理、技术规范和主要特点,在此基础上,给出了基于Windows微过滤器模型的U盘透明加密文件系统(以下简称UTEFS)的设计方案,明确了系统需求、性能指标、功能要求和总体架构,并详细介绍了UTEFS各个模块的基本功能和工作流程,最后指出了UTEFS需要进一步改进完善之处,并提出了解决的基本考虑。经过一段时间的试用证明:UTEFS具有安全、稳定、通用、便利等特点,可以有效保护U盘信息安全,并为U盘信息交换提供安全保障,具有较强的实用性和推广应用前景。

全文目录

摘要  9-10
ABSTRACT  10-11
第一章引言  11-19
  1.1 课题研究背景  11-12
  1.2 文件加密技术发展现状  12-17
    1.2.1 概述  12-13
    1.2.2 应用层文件静态加密技术  13
    1.2.3 应用层文件透明加密技术  13-14
    1.2.4 基于Windows 文件系统过滤驱动的文件透明加密技术  14-15
    1.2.5 基于Windows 微过滤器模型的文件透明加密技术  15-16
    1.2.6 磁盘级透明加密技术  16-17
  1.3 论文的主要内容  17
  1.4 论文的组织结构  17-19
第二章基础知识  19-29
  2.1 概述  19
  2.2 Windows 系统结构  19-21
    2.2.1 操作系统模型  19
    2.2.2 总体结构  19-20
    2.2.3 关键的系统组件  20-21
  2.3 Windows 管理器  21-23
    2.3.1 概述  21
    2.3.2 I/O 管理器  21
    2.3.3 虚拟内存管理器  21-22
    2.3.4 缓存管理器  22-23
  2.4 Windows 文件系统驱动程序  23-24
  2.5 Windows 文件系统过滤驱动程序  24-26
  2.6 数据加密算法  26-29
    2.6.1 概述  26-27
    2.6.2 常用对称加密算法  27
    2.6.3 RC4 加密算法  27-29
第三章 Windows 微过滤器(mini-filter)技术研究  29-39
  3.1 概述  29
  3.2 微过滤器模型  29-30
  3.3 相关术语  30
  3.4 微过滤器安装与卸载  30
  3.5 微过滤器注册与启动  30-31
  3.6 微过滤器实例与卷进行绑定  31
  3.7 微过滤器实例与卷解除绑定  31
  3.8 文件I/O 操作回调机制  31-35
    3.8.1 预操作回调  32-33
    3.8.2 后操作回调  33-34
    3.8.3 交换缓冲  34-35
  3.9 与用户态的通信  35-39
    3.9.1 过滤器通信端口对象  35-38
    3.9.3 中断与通信端口的连接  38
    3.9.4 卸载  38
    3.9.5 卸载/注销/解除绑定的规则  38-39
第四章 UTEFS 的总体设计  39-43
  4.1 需求分析  39
  4.2 性能指标  39
  4.3 功能要求  39-40
  4.4 设计方案  40-43
第五章 UTEFS 的具体实现  43-65
  5.1 概述  43
  5.2 微过滤器加载处理模块实现  43-45
    5.2.1 概述  43
    5.2.2 工作流程  43
    5.2.3 保存注册表路径  43-44
    5.2.4 分配全局资源  44
    5.2.5 注册微过滤器  44
    5.2.6 建立应用层通信端口  44
    5.2.7 启动微过滤器  44-45
    5.2.8 获取加解密密钥  45
  5.3 微过滤器驱动卸载处理模块实现  45-46
    5.3.1 概述  45
    5.3.2 工作流程  45
    5.3.3 关闭应用层通信端口  45
    5.3.4 注销微过滤器  45-46
    5.3.5 释放全局资源  46
  5.4 磁盘卷挂接（绑定）处理模块实现  46-47
    5.4.1 概述  46
    5.4.2 工作流程  46
    5.4.3 获取卷信息  46-47
    5.4.4 判断是否为U 盘卷  47
    5.4.5 检测U 盘加密区  47
    5.4.6 创建卷上下文信息  47
  5.5 上下文处理功能实现  47-48
    5.5.1 概述  47
    5.5.2 上下文的种类  47
    5.5.3 上下文处理过程  47-48
    5.5.4 上下文处理过程说明  48
  5.6 数据加解密模块实现  48-49
    5.6.1 概述  48-49
    5.6.2 工作流程  49
    5.6.3 加解密算法说明  49
  5.7 创建/打开文件处理模块实现  49-52
    5.7.1 概述  49-50
    5.7.2 预操作工作流程  50
    5.7.3 预操作工作流程说明  50-51
    5.7.4 后操作工作流程  51-52
    5.7.5 后操作工作流程说明  52
  5.8 读文件处理模块实现  52-54
    5.8.1 概述  52
    5.8.2 预操作工作流程  52-53
    5.8.3 预操作工作流程说明  53
    5.8.4 后操作工作流程  53-54
    5.8.5 后操作工作流程说明  54
    5.8.6 数据安全读取回调函数  54
  5.9 写文件处理模块实现  54-56
    5.9.1 概述  54-55
    5.9.2 预操作工作流程  55
    5.9.3 预操作工作流程说明  55-56
    5.9.4 后操作工作流程  56
    5.9.5 后操作工作流程说明  56
  5.10 文件重命名处理模块实现  56-58
    5.10.1 概述  56
    5.10.2 预操作回调工作流程  56-57
    5.10.3 预操作回调工作流程说明  57-58
  5.11 管理控制器功能实现  58-65
    5.11.1 概述  58
    5.11.2 系统安装/卸载功能实现  58-60
    5.11.3 密钥管理功能实现  60-61
    5.11.4 文件打包发布功能实现  61-65
第六章 UTEFS 系统应用情况  65-67
结束语  67-69
参考文献  69-71
作者简历攻读硕士学位期间完成的主要工作  71-73
致谢  73

基于Windows微过滤器模型的U盘透明加密文件系统（UTEFS）研制

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