一种新型防丢失自毁硬盘的设计

何国斌，王保民，井发启

（1.中北大学化工与环境学院，山西太原030051；2.青海省安全生产科学技术中心，青海西宁810008）

·技术进步·

一种新型防丢失自毁硬盘的设计

何国斌1，王保民1，井发启2

（1.中北大学化工与环境学院，山西太原030051；2.青海省安全生产科学技术中心，青海西宁810008）

移动硬盘作为便携式信息载体，具有存储速度快、轻巧便携、容量大等优点。而在其广泛使用的同时，也产生了数据丢失、机密资料被盗等信息安全问题。根据硬盘结构和工作原理设计出具有自毁功能的移动硬盘，从而解决因移动硬盘丢失、被盗而引起的重要资料丢失、机密泄露等问题。移动硬盘选择用炸药进行自毁，主要研究了防丢失远程控制以及所用炸药种类、药量、位置和起爆方式等内容。

硬盘；防丢失；自毁；炸药；防盗

随着现代科技的高速发展，信息存储领域的移动硬盘作为便携式信息载体，凭借存储容量高、数据传输速度快、存储技术通用、耐用防震、无噪音、工作温度宽和轻巧便捷等优点，被广泛应用于军事、车载、工程控制、视频监控、网络监控、网络终端、电力、医疗、航空、导航设备等领域[1]。在广泛应用的同时，也经常发生被盗、不慎丢失等状况，导致存储的信息流失或泄露。不同用户对硬盘安全性需求不同，对于需要存储大量数据信息，乃至涉密资料的用户来说，如何防止被盗和丢失，甚至在被盗的情况下如何确保所存储信息不发生泄露，便是一个迫切需要解决的问题。国内外对移动硬盘的保密措施均有不同程度的研究，多是在文件保护技术及加密技术的基础上发展而来的。除加密技术外，还相继研究了数据自毁和硬盘销毁技术[2]。其中最早出现的是数据自毁技术，而销毁技术中的数据覆盖、强磁场销毁等手段，均无法达到对硬盘数据的彻底销毁，在移动硬盘内部设置炸药，通过远程控制单元来控制炸药的起爆，从物理销毁的角度对硬盘存储单元进行破坏，从而达到在意外丢失时能对硬盘内数据进行保护的目的。

1 整体设计方案概述

本系统设计共分为两个部分：第一部分为手持遥控装置；第二部分为带有自毁装置的移动硬盘。手持遥控装置中装有无线收发模块以及蜂鸣报警装置。通过对移动硬盘内部构造的了解以及对各个单元功能的识别[3]，在存储信息的移动硬盘中除同样安置与手持遥控装置相对应的无线收发模块以及蜂鸣报警装置外，还需在磁片周围安置爆炸单元以及起爆电路单元。两部分通过分别安装于其中的无线收发模块单元，实时测量相对位置。根据不同的要求，在无线收发技术有效范围内选取报警阈值以及手动引爆阈值。当相对距离达到报警阈值时，蜂鸣报警器启动发出警报；当距离超过报警阈值时，可手动选择引爆安置于硬盘内的炸药，销毁存贮信息的硬盘磁片，达到防盗、防丢失、快速、不可逆销毁的目的。

2 远程控制单元的实现

手持遥控器与硬盘装置中均装有一套无线收发设备，其中发射器安装于防丢物品中，接收器则安装于移动硬盘中。在正常情况下，发射器与接收器相隔的距离小于某范围时，接收器就能收到发射器发来的信号。当发射器与接收器超过预定的距离时，接收器收不到发射器的信号，立即发出报警信息，警示持有人硬盘丢失。而通常意义上的电子防丢产品质量的高低主要表现在产品的体积、功耗和可靠性等方面。所以本文所设计的防丢失硬盘，由于它的电路采用了PT2262/PT2272编解码集成芯片及专用的315MHz的无线收发模块，所以使得电路简单，工作性能稳定。在功能方面除了具有硬盘遗失时的报警、寻找功能外，还可配合信号采集电路，构成一般的无线报警系统。

分别安置于手持遥控器与硬盘中的发射器与接收器相互联系实现其作用的效果如图1所示，右边是接收器，左边为发射器。发射器由编码电路和无线发射电路组成，编码器输出具有地址信息的编码信号，送到无线发射模块进行调制，输出稳定的电磁波。接收器由接收模块、解码器、报警和电源等电路组成。当接收模块收到发射器发射的具有一定强度的电磁波信号后，对其进行检波还原出编码信号，送至解码电路，若解码电路的地址与编码信号的地址相同，则解码电路输出的信号使后级报警电路不工作。当子母机超过限定的距离，解码电路输出的信号使报警电路工作。电源电路为各部分电路提供工作电压。

图1 发射器与接收器原理

3 炸药的安装位置以及药量设计

3.1 炸药安装位置及起爆方式的选择

要对移动硬盘内盘片进行炸毁，就需要选择合适的炸药安装位置。根据对移动硬盘结构组成的分析以及此设计的最终目的，挑选出可供选择的位置共有三个，分别是在盘片的上部、下部以及四周。移动硬盘下部为控制电路板，炸药难以合理安放，且由于移动硬盘工作时此处由于电流、盘片旋转等原因会产生较大热量和电磁波，从而对炸药和起爆系统产生影响。盘片四周虽然接近重点部位，但同样要面临由于电流、盘片旋转等原因会产生较大热量和电磁波所带来的问题，且空间狭窄，不宜安放。上方空间较大，适合设计改造，同时也便于添加防护层。因此可以在盘片组正上方安装炸药进行炸毁。利用冲击波压力对盘片进行破坏。炸药位置如图2所示。

图2 炸药位置

经过药量计算后的炸药放置于由铁制成的挡板之上，同时引火头与之相连，挡板与移动硬盘上盖连接，固定于移动硬盘之上的盘片处于炸药安置点的正下方。当炸药由引火头引爆后，向下的爆炸冲击压力使得铝合金制造的盘片破碎，由于有了挡板的保护，移动硬盘的上盖并没有因为炸药爆炸而产生破裂，既实现了在特殊情况下销毁硬盘的功能，又不对周围环境产生危害。

图3为炸药安放位置局部放大图，充分显示设计中炸药对硬盘核心——盘片的直接作用。

图3 炸药安放结构放大图

依据硬盘结构的限制以及系统整体设计所需的电压，选择以电引火头作为起爆工具。电引火头具有体积小、所需工作电压小以及自身威力小等特点。

3.2 炸药类型的选择

几种常见单质炸药基本参数如表1[4]。

对移动硬盘自毁所用炸药的选择要考虑到移动硬盘的结构特点和使用要求，合理选择。在结构上，移动硬盘盘片多采用铝合金制造，对其破坏要具有足够的能量。移动硬盘在使用时由于高速转动，会产生振动和较高的温度，因此选用的炸药要具有较好的稳定性。

根据炸药的特性，可以分析出各种炸药的大体性质以及是否适用于移动硬盘自毁。硝化甘油通常状况下为液体形态，不适用于移动硬盘内部安置[5]；黑火药敏感性过强，硬盘使用时会产生震动、升温，不适合使用；硝酸脲的起爆感度太低，在移动硬盘内难以引爆；苦味酸本身缺点较大，多用于起爆药[6]；PETN感度较高，安定性不佳[7]；HMX和RDX威力过大，移动硬盘属于密闭结构，同时外部附着多位金属等坚硬材质，使用不当可能造成人员伤害，且奥克托成本太高，而RDX摩擦感度为80%，冲击感度为70%～80%，同等条件的特屈儿仅为16%和50%～60%[8]。故此炸药类型在TNT和特屈儿之间选择。TNT熔点较低，在80℃～85℃时即熔化分解[9]，硬盘使用时由于产热较大，可能导致危险。由于移动硬盘体积小，内部装药空间有限，最好采用能制成各种形状的挠性炸药。

经过综合考虑，选用挠性炸药作为移动硬盘自毁炸药较为合适。我们选择由中北大学研制的新型挠性炸药配方：IR∶RDX∶矿物油∶SiO2=20%∶65%∶10%∶5%。

制备橡胶炸药的工业条件：加料顺序：炸药→矿物油→二氧化硅→橡胶→硫；干燥温度：40℃～50℃；硫化温度：180℃；硫化时间：15～20min[10]。

3.3 药量设计

移动硬盘盘片为硬质磁性合金盘片，由于盘片十分薄，厚度一般只有0.5mm左右，根据炸药位置的设计，其所受力主要为剪力。因此，在此种情况下，忽略盘片的其它受力情况，只考虑剪力作用。此时，炸药产生的压力F等于剪力F8。

表1 常见单质炸药的基本参数

早期移动硬盘都使用塑料材料作为盘片基质，目前主要采用铝合金或玻璃材料。玻璃材料虽更容易达到所需的平面度和光洁度，且有很高的硬度，但由于玻璃易碎，现在大多数移动硬盘使用铝合金作为盘片基质。通过长期的生产实践和科学实验，人们逐渐以加入合金元素及运用热处理等方法来强化铝材，得到了一系列的铝合金，添加一定元素形成的合金在保持纯铝质轻优点的同时还具有较高的强度，σb值分别可达24～60kgf/mm2。铝合金的抗拉强度为σb为235.2～588MPa，取最大值即σb=588MPa。铝合金的剪切强度极限τb计算公式如下：

其中铝合金剪切系数k0为0.55～0.6，这里取较大值0.6。经计算得铝合金剪切强度极限τb=352.8MPa。

移动硬盘盘片的强度条件如下式：

其中：τ为盘片剪切强度；F8为盘片所受剪力；A表示剪切面面积；[τ]为许用应力，即τb。为使盘片遭到破坏，将（2）式修改为：

已知移动硬盘盘片厚度h为0.5mm左右，直径主要有1.8、2.5、3.5和5.25英吋四种，其中2.5和3.5英吋盘片应用最广。此处选用3.5英吋盘片。盘片直径d1=88.9mm。去除盘片中间的孔直径d2=15mm，由此可计算出表面剪切面积A=h*（d1-d2）=36.95mm2。由式（4）和τb、A计算得F8=13035.96N。因此，要对盘片进行破坏应使炸药压力大于13.036KN。

4 结论

综上所述，由远程无线控制单元以及用炸药组成自毁单元的新型移动硬盘，利用安装于手持遥控器和移动硬盘中的无线测距收发模块对移动硬盘进行了实时监控，利用安装于其中的蜂鸣报警器在丢失情况下达到警示效果。而安装于其中的炸药单元则可以在特殊情况下被引爆，炸毁磁片，保护了用户存储在硬盘内的信息在丢失情况下不发生泄露，最终达到防盗、防丢失、快速、不可逆销毁的目的。

[1]秦振山.移动硬盘通用规范标准解读[J].信息技术与标准化，2010（4）：25-27.

[2]周学广，刘艺.信息安全[M].北京：机械工业出版社，2003.

[3]张晶.基于FPGA和DMA的USB移动硬盘数据加密技术[D].硕士学位论文.上海:上海交通大学，2008.

[4]胡应杰.硝化甘油结构与性能的量子化学、分子动力学和分子力学研究[D].硕士学位论文.江苏：南京理工大学，2004.

[5]徐振相，周彬.我国工业起爆器材产品发展现状及发展趋势[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]顾文彬，赵有守，陶跃兴.起爆方式对爆炸作用影响的研究[J].南京理工大学学报，1995，19（2）：143-147.

[9]刘自汤，蒋荣光.我国工业雷管的现状与发展[J].爆破器材，1996（2）：22-25.

[10]骆兵，王凤英.某新型挠性炸药的制备工艺及性能测试[J].安全科学与环境，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

何国斌（1990-），男，在读研究生，研究方向：安全人机模拟与仿真、安全评价等，18674460698，369794359@qq.com。