一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法及裝置制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法及裝置，包括外部殼體和內(nèi)部電路模塊兩部分，內(nèi)部電路模塊包括：分別與MCU模塊連接的加密解密模塊、閃存模塊、RAM模塊、USB接口豐旲塊、串口検塊和顯不検塊，以及連接在串口検塊上的3G移動通信模塊。裝置以不可繞過方式對虛擬儀器測量軟件進行有效監(jiān)控，執(zhí)行用戶身份認證、測量軟件保護、標(biāo)定參數(shù)保護與操作日志記錄等工作，將虛擬儀器工作狀況實時發(fā)送給后臺監(jiān)控中心，保證了虛擬儀器始終運行經(jīng)過檢定的測量軟件，以預(yù)期方式執(zhí)行測量功能，保證了虛擬儀器測量過程的準確性和可靠性。
【專利說明】一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法及裝置

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種可與虛擬儀器共同使用的增強虛擬儀器測量軟件計量支持方法 及裝置，屬于虛擬儀器和計量領(lǐng)域。

【背景技術(shù)】
[0002] 虛擬儀器以通用計算機或嵌入式計算機為計算平臺，以模塊化硬件為采集設(shè)備， 利用軟件實現(xiàn)靈活強大的計量功能。其功能靈活、體積小、開發(fā)周期短、開發(fā)成本低，在計 量、測量和控制領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。
[0003] 虛擬儀器使用時，作為其基礎(chǔ)的軟件自身具有先天的脆弱性，當(dāng)虛擬儀器工作于 貿(mào)易結(jié)算、安全防護、環(huán)境監(jiān)測、法定評價、公正計算等場合時，容易遭受非法篡改軟件、計 量參數(shù)和非正常操作的攻擊，使得測控結(jié)果發(fā)生偏差，甚至發(fā)生錯誤，給虛擬儀器的正常使 用帶來較大麻煩。
[0004] 在測控領(lǐng)域，0ML與WELMEC等國際計量機構(gòu)關(guān)注于測控儀器的可靠性和完整性 保護等軟件特性，提出了基于測控儀器軟件保護需求、保護方法、可靠性保證和軟件質(zhì)量評 測的建議，其中，就覆蓋了虛擬儀器。雖然NI等對其自身和第三方發(fā)布的測量控件和組件 進行了較嚴格的測試和質(zhì)量把關(guān)，但由于采用不同方式和技術(shù)構(gòu)造虛擬儀器目前尚無嚴格 規(guī)范，針對虛擬儀器軟件的可靠性保證和評測的可操作方法研究尚未得到人們的重視，同 時，發(fā)行使用的虛擬儀器軟件系統(tǒng)通常是在一個黑盒子中，也難以對其可靠性進行有效評 測。
[0005] 軟件質(zhì)量保證是一項系統(tǒng)工程，涉及軟件設(shè)計、開發(fā)、使用、管理、維護和評價等各 個方面，采用技術(shù)手段對虛擬儀器軟件進行計量保護和監(jiān)管，使其按照管理部門認可的精 度和性能正確工作，是虛擬儀器應(yīng)用和推廣的必然要求。
[0006] 近年來，迅逨發(fā)展的可信計算技術(shù)從計算機硬件平臺與底層軟件開始，對系統(tǒng)軟 件、應(yīng)用軟件、文件系統(tǒng)的完整性進行了有效監(jiān)測與驗證，為虛擬儀器中關(guān)鍵測量軟件完整 性保護提供了一種可行途徑。本發(fā)明所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法及 裝置就是基于此類技術(shù)而設(shè)計的。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0007] 鑒于上述情況，本發(fā)明旨在提供一種可防止虛擬儀器測量軟件被非授權(quán)篡改，保 證虛擬儀器以預(yù)期方式可信工作的增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法及裝置，以滿足 實際應(yīng)用的需要，保證計量可靠性。
[0008] 為使虛擬儀器具備測量軟件、標(biāo)定參數(shù)完整性狀態(tài)檢測能力，保證運行經(jīng)過檢定 而未經(jīng)篡改的測量軟件，執(zhí)行測量計量功能，及時檢驗遭受更改、破壞的測量軟件、標(biāo)定參 數(shù)，報告用戶異常測量操作，現(xiàn)發(fā)明了一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法及裝置， 對虛擬儀器的啟動過程進行控制，對關(guān)鍵測量模塊與標(biāo)定參數(shù)進行保護，對用戶操作進行 監(jiān)控。具體技術(shù)方案如下：
[0009] -種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法，具體步驟包括：
[0010] 步驟1、虛擬儀器加電，引導(dǎo)程序執(zhí)行基本初始化工作，建立與計量支持裝置通信， 將自身代碼發(fā)送給計量支持裝置進行完整性驗證，并等待計量支持裝置回應(yīng)；
[0011] 步驟2、計量支持裝置啟動，接收虛擬儀器基本初始化后發(fā)送的引導(dǎo)程序代碼，計 算數(shù)字指紋，并與預(yù)存值對比，若一致，則回應(yīng)"通過"，虛擬儀器繼續(xù)執(zhí)行工作；否則，虛擬 儀器停止工作；
[0012] 步驟3、虛擬儀器中引導(dǎo)程序收到第一次"通過"指示后，計算虛擬儀器受保護底層 軟件、驅(qū)動程序、主控程序數(shù)字指紋，并提交計量支持裝置比較，等待回應(yīng)；
[0013] 步驟4、計量支持裝置比較引導(dǎo)程序提交的受保護軟件數(shù)字指紋，若與預(yù)存值一 致，則回應(yīng)"通過"，虛擬儀器繼續(xù)執(zhí)行工作；否則，虛擬儀器停止工作；
[0014] 步驟5、虛擬儀器中引導(dǎo)程序收到第二次"通過"指示后，完成引導(dǎo)過程，將控制轉(zhuǎn) 交主控程序；
[0015] 步驟6、在主控程序控制下，在USBKey與計量支持裝置間執(zhí)行身份認證，驗證操作 用戶身份，若身份認證通過，則計量支持裝置發(fā)回"認證通過"指示；否則，虛擬儀器停止工 作；
[0016] 步驟7、主控程序收到"認證通過"指示后，從計量支持裝置下載測量軟件模塊，讀 取標(biāo)定參數(shù)，進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行測量功能的同時，將用戶操作事件發(fā)送給計量支持裝 置進行日志記錄。
[0017] 本發(fā)明所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法及裝置，其有益效果包 括；
[0018] 1、通過虛擬儀器測量軟件計量支持裝置與虛擬儀器測量過程的同時使用，實現(xiàn)了 虛擬儀器的數(shù)據(jù)保護、身份認證、訪問控制、日志記錄及實時遠程傳送等功能，保證了虛擬 儀器操作的可靠性和安全性，以及數(shù)據(jù)的完整性，完成了計量支持裝置對虛擬儀器的有效 控制；
[0019] 2、保證了虛擬儀器在合法用戶操作下，運行預(yù)期的測量軟件模塊，執(zhí)行測量工作， 并完成有效的操作日志記錄；
[0020] 3、外部殼體采用封緘方式進行殼體保護，防止了暴力篡改硬件模塊及原代碼，提 高了防范水平，保證了防范質(zhì)量。
[0021] 4、計量支持裝置的連接和對虛擬儀器測量軟件的檢測過程簡單、方便、快捷。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0022] 圖1是計量支持裝置的結(jié)構(gòu)框圖；
[0023] 圖2是計量支持裝置的功能結(jié)構(gòu)圖；
[0024] 圖3是增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法的工作流程圖。

【具體實施方式】
[0025] 下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明作進一步的詳細描述：
[0026] 本發(fā)明所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持裝置，如圖1，包括：外部殼 體和內(nèi)部電路模塊兩部分。內(nèi)部電路模塊包括：分別與MCU模塊連接的加密解密模塊、閃存 模塊、RAM模塊、USB接口模塊、串口模塊和顯示模塊，以及連接在串口模塊上的3G移動通 信模塊。其中，以32位Corterx-M3核的STM32F103RCT6作為MCU模塊，具有較強的計算能 力，同時，閃存模塊與RAM模塊分別作為裝置本身的程序存儲器與數(shù)據(jù)存儲器，為MCU模塊 的正常工作提供支持。USB接口模塊用于連接包含有虛擬儀器的外界計算機，并利用USB總 線為整個裝置供電。3G移動通信模塊則連接在串口模塊上，以實現(xiàn)裝置中數(shù)據(jù)的實時遠程 傳送。當(dāng)然，為保證整個裝置的完整性，防止惡意拆換硬件及更換原代碼，在外部殼體與內(nèi) 部電路模塊之間采用了封緘方式進行外殼保護，以防止外部殼體被人為惡意開啟和破壞。
[0027] 圖2是本發(fā)明所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持裝置的功能結(jié)構(gòu)圖， 其中，在計量支持裝置中包含有用戶信息表、系統(tǒng)權(quán)限表、溯源數(shù)字證書、數(shù)字指紋、測量軟 件模塊、檢定信息、裝置密鑰、日志等數(shù)據(jù)資料，根據(jù)這些資料數(shù)據(jù)，裝置不僅可以進行身份 認證、訪問控制和日志記錄等日?？刂疲€可進行MD5算法和完整性驗證等技術(shù)控制。
[0028] 下面結(jié)合附圖3對本發(fā)明所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法作 進一步的詳細描述，其中，計量支持裝置和操作者使用的USBKey分別通過USB接口連接到 裝有虛擬儀器的外界計算機上，具體計量支持方法包括：
[0029] 步驟1、首先對虛擬儀器加電，引導(dǎo)程序執(zhí)行基本初始化工作，建立與計量支持裝 置的通信，將自身代碼發(fā)送給計量支持裝置進行完整性驗證，并等待計量支持裝置回應(yīng)。
[0030] 步驟2、計量支持裝置啟動，接收虛擬儀器基本初始化后發(fā)送的引導(dǎo)程序代碼，計 算數(shù)字指紋，并與預(yù)存值僅對比，若一致，則回應(yīng)"通過"，虛擬儀器繼續(xù)執(zhí)行工作；否則，虛 擬儀器停止工作。
[0031] 步驟3、虛擬儀器中引導(dǎo)程序收到第一次"通過"指示后，計算虛擬儀器受保護底層 軟件、驅(qū)動程序、主控程序數(shù)字指紋，并提交計量支持裝置比較，等待回應(yīng)。
[0032] 步驟4、計量支持裝置比較引導(dǎo)程序提交的受保護軟件數(shù)字指紋，若與預(yù)存值一 致，則回應(yīng)"通過"，虛擬儀器繼續(xù)執(zhí)行工作；否則，虛擬儀器停止工作。
[0033] 步驟5、虛擬儀器中引導(dǎo)程序收到第二次"通過"指示后，完成引導(dǎo)過程，將控制轉(zhuǎn) 交虛擬儀器的主控程序。
[0034] 步驟6、計量支持裝置驗證虛擬儀器的檢定期，若超過檢定期，則通過顯示模塊顯 示檢定過期，拒絕對虛擬儀器進行身份認證。
[0035] 步驟7、在主控程序控制下，在USBKey與計量支持裝置間執(zhí)行身份認證，驗證操作 用戶身份，若身份認證通過，則計量支持裝置發(fā)回"認證通過"指示；否則，虛擬儀器停止工 作。
[0036] 其中，計量支持裝置身份認證包括溯源數(shù)字證書和用戶信息表協(xié)同認證，用戶信 息表中將用戶身份類型分為了標(biāo)定用戶和測量用戶兩種。通過權(quán)限管理機制，利用系統(tǒng)權(quán) 限表及標(biāo)定用戶和測量用戶對計量支持裝置中文件的訪問權(quán)限進行設(shè)定。如：
[0037] ?檢定信息對測量用戶為只讀文件，對標(biāo)定用戶為讀寫文件。
[0038] ?計量標(biāo)定參數(shù)對測量用戶為只讀權(quán)限，對標(biāo)定用戶為可讀寫權(quán)限。
[0039] ?測量軟件模塊對測量用戶為只讀文件，對標(biāo)定用戶為讀寫文件。
[0040] ?測量數(shù)字指紋對測量用戶為只讀文件，對標(biāo)定用戶為讀寫文件。
[0041] ?日志文件對測量用戶為只寫文件，對標(biāo)定用戶為讀寫文件。
[0042] 步驟8、主控程序收到"認證通過"指示后，從計量支持裝置下載測量軟件模塊，讀 取標(biāo)定參數(shù)，進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行測量功能，同時，將用戶操作事件發(fā)送給計量支持裝 置進行日志記錄。
[0043] 步驟9、計量支持裝置通過3G移動通信模塊將日志實時傳送到遠程監(jiān)控管理中 心。
[0044] 至此，整個虛擬儀器測量軟件計量支持過程完成，其方式有效保證了虛擬儀器的 測量過程，提高了測量的準確性和可靠性。其中，計量支持裝置的主要耗時操作是引導(dǎo)程序 數(shù)字指紋計算，虛擬儀器分別將大小為64KB、128KB、256KB、512KB的UBoot分區(qū)數(shù)據(jù)發(fā)送給 計量支持裝置計算數(shù)字指紋，所需時間如表1所示，僅在數(shù)百毫秒到2秒之間，并不會引起 虛擬儀器啟動時間的明顯增加，因此運行效率在可接受范圍內(nèi)。
[0045] 表 1
[0046]

【權(quán)利要求】
1. 一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法，其特征在于，具體步驟包括： 步驟1、虛擬儀器加電，引導(dǎo)程序執(zhí)行基本初始化工作，建立與計量支持裝置通信，將自 身代碼發(fā)送給計量支持裝置進行完整性驗證，并等待計量支持裝置回應(yīng)； 步驟2、計量支持裝置啟動，接收虛擬儀器基本初始化后發(fā)送的引導(dǎo)程序代碼，計算數(shù) 字指紋，并與預(yù)存值對比，若一致，則回應(yīng)"通過"，虛擬儀器繼續(xù)執(zhí)行工作；否則，虛擬儀器 停止工作； 步驟3、虛擬儀器中引導(dǎo)程序收到第一次"通過"指示后，計算虛擬儀器受保護底層軟 件、驅(qū)動程序、主控程序數(shù)字指紋，并提交計量支持裝置比較，等待回應(yīng)； 步驟4、計量支持裝置比較引導(dǎo)程序提交的受保護軟件數(shù)字指紋，若與預(yù)存值一致，則 回應(yīng)"通過"，虛擬儀器繼續(xù)執(zhí)行工作；否則，虛擬儀器停止工作； 步驟5、虛擬儀器中引導(dǎo)程序收到第二次"通過"指示后，完成引導(dǎo)過程，將控制轉(zhuǎn)交主 控程序； 步驟6、在主控程序控制下，在USBKey與計量支持裝置間執(zhí)行身份認證，驗證操作用戶 身份，若身份認證通過，則計量支持裝置發(fā)回"認證通過"指示；否則，虛擬儀器停止工作； 步驟7、主控程序收到"認證通過"指示后，從計量支持裝置下載測量軟件模塊，讀取標(biāo) 定參數(shù)，進入正常工作狀態(tài)，執(zhí)行測量功能的同時，將用戶操作事件發(fā)送給計量支持裝置進 行日志記錄。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法，其特征在于， 還包括： 步驟8、計量支持裝置通過3G移動通信模塊將日志實時傳送到遠程監(jiān)控管理中心。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法，其特征在于， 所述步驟6中，計量支持裝置身份認證包括溯源數(shù)字證書和用戶信息表協(xié)同認證；所述用 戶信息表中將用戶身份類型分為標(biāo)定用戶和測量用戶。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法，其特征在于， 所述計量支持裝置中還設(shè)有權(quán)限管理機制，利用系統(tǒng)權(quán)限表根據(jù)標(biāo)定用戶和測量用戶對計 量支持裝置中文件的訪問權(quán)限進行設(shè)定。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持方法，其特征在于， 所述步驟5和6之間還包括對虛擬儀器檢定期的檢驗；所述計量支持裝置驗證虛擬儀器的 檢定期，若超過檢定期，則通過顯示模塊顯示檢定過期，拒絕對虛擬儀器進行身份認證。
6. -種用于實現(xiàn)權(quán)利要求1至5中任一所述方法的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量 支持裝置，其特征在于，包括外部殼體和內(nèi)部電路模塊兩部分，內(nèi)部電路模塊包括：分別與 MCU模塊連接的加密解密模塊、閃存模塊、RAM模塊、USB接口模塊、串口模塊和顯示模塊，以 及連接在串口模塊上的3G移動通信模塊；所述USB接口模塊與包含虛擬儀器的外界計算機 連接，并由USB總線供電。
7. 根據(jù)權(quán)利要求6所述的一種增強的虛擬儀器測量軟件計量支持裝置，其特征在于， 所述外部殼體以封緘方式進行外殼保護。
【文檔編號】G06F21/12GK104217141SQ201410449810
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年9月4日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月4日
【發(fā)明者】徐欽桂, 于兵, 黃培燦, 林火榮 申請人:東莞理工學(xué)院, 深圳市瀛博威科技有限責(zé)任公司