涉密文件信息管理系統研究

發布時間：2023-01-03 13:30

學位論文獨創性聲明 I

學位論文使用授權聲明 I

摘要 II

ABSTRACT III

目錄 1

前言 1

第一章需求分析 4

1.1市場需求及現狀分析 4

1.2同類產品調研 5

1.2.1普通文件柜 5

1.2.2 保密文件柜 6

123基于RFID技術的文件柜 7

1.3產品定位 8

1.4設計原則 9

1.5小結 9

第二章總體設計方案 10

2.1設計思路與技術原理 10

2.2關鍵技術 11

2.2.1二維碼技術 11

2.2.2嵌入式技術 12

2.2.3數據庫技術 12

2.3總體方案 13

2.3.1系統主要功能 13

2.3.2系統組成 14

2.3.3使用流程 15

2.3.4使用過程說明 17

2.4小結 17

第三章文件存取記錄器設計 18

3.1功能設計 18

3.2結構及接口設計 18

3.3硬件設計 20

3.3.1硬件需求分析 20

3.3.2硬件平臺的選擇 20

3.3.3 硬件資源應用 21

3.3.4硬件電路設計 22

3.4軟件設計 24

3.4.1開發環境 24

3.4.2軟件主流程設計 25

3.4.3初始化模塊 26

3.4.4數據導出模塊 27

3.5小結 28

第四章涉密文件信息管理系統軟件設計 29

4.1功能設計 29

4.2硬件組成 29

4.3軟件操作流程 30

4.4軟件模塊說明 31

4.5軟件實施 32

4.5.1開發環境 32

4.5.2層次結構 34

4.5.3主要程序模塊 36

4.5.4軟件界面 38

4.6小結 41

結論 43

參考文獻 44

作者簡介、發表文章及研究成果目錄 46

致謝 47

物聯網(Internet of Things, IOT)最早是1999年由美國麻省理工學院提出的。在物聯網概念提出初期，物聯網是指物品信息按約定的通信協議與互聯網相結合，使物品信息實現智能化識別和管理,從而形成物品信息互聯網絡,技術發展前期主要依托射頻識別(Radio Frequency Identification ， RFID)技術。隨著技術的發展和應用日益廣泛，物聯網的涵義不斷豐富。現在的物聯網不僅能實現對物品信息的感知、識別、控制,還能將物品信息進行智能化處理,從而從形成高智能的決策方案。物聯網把所有物品通過射頻識別(RFID)、紅外感應器、全球定位系統(GPS)、激光掃描器等各類信息傳感設備或敏感器件,按照約定協議與互聯網連接起來,進行信息交換和通信,實現物與物、物與人之間的信息交互,最終提供智能化識別、定位、跟蹤、監控和管理服務,是通信網和互聯網的拓展應用和網絡延伸。

物聯網的技術的核心是互聯網技術,以互聯網技術為基礎,不斷進行技術延伸和應用擴展,物品管理方式不斷向信息化、電子化、人性化、智能化方向發展,新的技術打破了產品設計與產品管理的設計思路。在物品上添加或配置智能設備,以此為信息切入點,將智能設備聯網,從而實現人與物、物與物在任何時間和地點的的信息交換。互聯網時代將管理系統與產品分開,物品的存放基本靠人工完成,人對物品的管理再通過數據中心、個人電腦等管理設備完成。而在物聯網時代,物品、管理系統與網絡整個在一起,減少了人工操作,方便了物品的信息管理和監控,同時通過制定嚴格的認證手續, 使物品的管理流程更加規范。

涉密單位對于涉密載體的管理都有著嚴格而規范的管理規定。通過實際調研發現, 在涉密機構中,一般的涉密文件信息管理系統對電子文件基本實現了全流程管理,但是缺少對涉密紙質文件的存放、流轉、銷毀管理,缺少對涉密載體文件的存放位置管理, 特別是對紙質文件的控制基本靠人工填寫表格完成,過程較為復雜。據此現狀,市場需要一種適合管理涉密紙質文件的專用管理系統,優化管理過程。

針對目前管理現狀,綜合運用計算機、二維碼、通訊等方面技術,通過成熟的軟、硬件開發技術,設計并開發一套涉密文件信息管理系統,作為對電子涉密文件信息管理系統的有效補充和完善,既可以加強涉密文件的管理,又可簡化涉密文件的使用流程, 減少人為管理的失誤,提高工作效率。二維碼技術的使用,為涉密紙質文件的使用和管理帶來了便利,使得管理更加人性化、智能化、信息化。

經市場調研,市場上應用最多的涉密文件信息管理系統對于電子文件管理較為合理全面,但是對于紙質文件及其它涉密載體的管理較少,基本采用文件柜分類存放及人工登記相結合的方式進行管理。普通文件柜雖然使用方便,應用廣泛,但是與信息系統沒有接口,智能化程度低；而另一種用于存儲極為貴重文件的智能控制文件柜,雖然功能齊全,但價格昂貴,應用較少。為減少涉密紙質文件管理中的人工參與,提高自動化程度,特開發一套專用于涉密機構,與涉密機構現有文件管理系統相配合、與現有涉密紙質文件管理流程完全匹配、價位合理、實用性較強的系統。涉密文件信息管理系統針對文件管理現狀，綜合運用計算機、二維碼、通訊等方面的技術，將文件與管理系統有機結合，優化和補充涉密文件管理過程。在系統設計中盡量減少保密節點；減少人工操作，使用方便，操作簡單；成本適中，易推廣。系統可應用于保密文件管理，檔案管理等相關領域，具有廣闊的市場前景。

研制涉密文件信息管理系統的意義有：

（1）減少涉密紙質文件管理中的人工參與，提高自動化程度；

（2）規范涉密紙質文件管理過程，提高監管力度；

（3）提高涉密紙質文件存放、查找效率；

（4）實現涉密紙質文件記錄自動生成。

在涉密文件信息管理系統設計中，充分考慮涉密單位應用的實際情況，一方面考慮操作的便捷性，另一方面考慮到涉密單位已有的涉密文件管理規定及現有設備情況，設計的系統易于移植到現有管理體系中。

本文的主要研究的技術如下：

（1）嵌入式系統研究。嵌入式系統的應用非常廣泛。本研究基于ALIENTEK STM32 開發板，掌握嵌入式系統的工作方式。研究嵌入式通訊技術及數據存儲技術，確保文件存取記錄器使用時具有便捷性和可靠性。搭建文件存取記錄器系統的軟、硬件開發環境，掌握嵌入式內核的配置、外圍電路的設計、外圍驅動和主程序軟件設計。

（2） ACCESS數據庫研究。通過對ACCESS數據庫的學習和研究，了解其工作原理。根據涉密文件信息管理系統的需求，構建符合要求的數據庫結構。掌握通過 LabVIEW對ACCESS數據庫進行常規操作的方法，實現涉密文件信息管理系統對數據庫的查詢、添加、刪除和修改等功能。

（3）圖形界面開發平臺研究。通過 LabVIEW 進行圖形界面開發。通過對 LabVIEW 的學習和研究，了解其工作原理和開發方法。根據涉密文件信息管理系統的需求，設計界面的組織結構關系，并通過程序的編寫以及與數據庫的聯系，實現其相應控件的功能。

本文主要研究的涉密紙質文件管理子系統針對文件管理現狀，應用物聯網設計理念，綜合運用計算機、二維碼、通訊等方面的技術，將文件與管理系統有機結合，優化和補充涉密文件管理過程。涉密紙質文件管理子系統是涉密文件信息管理系統的一部分，是其補充和完善，子系統包含涉密紙質文件的存放、流轉、歸檔、外攜、銷毀的閉環管理過程。主要安排如下：

（1）市場調研：本論文研究的是專業性、特殊性較強的系統，主要應用領域窄、專業性要求高、實

用性要求高，需要大量的市場調研工作。

（2）需求分析：本論文的目的是制作處一套實用性較強的系統，并應用于涉密機構中，需要在大量

的市場調研之后，將需求轉化為可實現的設計內容及設計指標，進行需求分析工作。

(3)系統總體設計：

本論文所研究的內容是一個系統，需要對系統進行總體設計，明確系統的組成和功能、組成設備的結構、功能、軟件系統設計平臺和功能需求等。

(4)文件存取記錄器設計：

文件存取記錄器作為涉密文件信息管理系統的重要組成設備，具有需要應用嵌入式開發技術，具有小型化、安全、保密等要求。文件存取記錄器對普通用戶的文件狀態實時獲取。用戶存入文件時，記錄存入時間、文件編號；用戶取出文件時，記錄取出時間、文件編號；記錄數據可導出到涉密文件信息管理系統中。設計包括軟件設計和硬件設計兩部分。

(5)涉密文件信息管理系統

涉密文件信息管理系統是根據當前涉密機構實際調研需求而開發的一套高可靠、高安全和低成本的涉密文件物聯網系統。系統可對涉密電子信息管理系統進行完美補充，為用戶提供涉密紙質文檔集中存儲、管理、文件防泄密控制、文件安全外發、文件銷毀控制一系列實用、有效的管理功能，具有安全、易用、易管理的特點，真正實現了涉密電子和紙質文件的封閉式、全流程管理。

涉密文件信息管理系統對各臺文件存取記錄器的信息進行匯總處理，自動生成個人文件存放記錄表、單份文件流轉記錄表；可增加外來文件的信息記錄，同時打印編碼對應二維碼標簽；對流出文件去向進行記錄；可批量存入已打印文件的編號、所有人等信息。設計時需充分考慮涉密單位應用的實際情況，一方面考慮操作的便捷性，另一方面考慮到涉密單位已有的涉密文件管理規定及現有設備情況，設計的系統易于移植到現有管理體系中。

第一章需求分析

涉密文件包括確定密級的文件資料、圖表、刊物、教材等。涉密文件管理主要指文件的收發、傳遞、歸檔和銷毀等過程的管理。涉密文件管理主要目標：實現涉密文件在前后環節的可信交接,交接記錄可查詢、可追溯、可保存；盡量減少涉密文件流轉時間, 實現文件高效傳遞。傳統的涉密文件流轉通過人工填寫表格實現,效率低下,記錄查找困難,不能直觀反映文件的當前狀態。因此加強涉密文件管理方面的研究具有重要意義。本論文的目的是研發一套實用性較強的系統,并應用于涉密機構中,需要進行大量的市場調研。本章對涉密文件管理信息系統市場需求、現狀進行了分析,對同類產品進行了市場調研,從而得出本系統設計中應注意的問題,對系統產品進行了定位。

1.1市場需求及現狀分析

涉密文件的管理包括收文、發文和日常管理三個主要環節。

（ 1 ）收文環節的管理

收文管理包括檢查、登記、批辦、傳遞等步驟。收到涉密文件后,首先要檢查涉密文件封皮的狀態,看是否有損壞或修復的痕跡,需要在回執單上簽署接收人姓名、接收時間。其次,在專門的密件流轉登記簿上登記收到的密件,登記項目包括密級、編號、份數、制作日期、來源、接收時間、接收人。第三,將密件交由上級領導處理,認真進行擬辦,提出合理的意見,再由分管領導根據擬辦意見對密件處理作出決定。需要慎重選擇可靠的承辦部門和承辦人員擬辦意見,同時,知密的范圍要盡量小。辦理中若實在需要其他部門及人員的協助,必須向其提供信息時,必須首先向其聲明保密原則,并在得到幫助的前提下盡可能地告知其最小的秘密信息量。第四,密件必須由專人傳遞并負責跟蹤密件的整個辦理過程,密件在同一個人手中停留的時間不能太長,傳遞文件的文書人員應該做到及時送達,及時傳閱,并監督辦理過程。

（2）發文環節的管理

發文環節包括草擬、審核、簽發、復核、繕印、用印、登記、分發等程序。草擬文件時,有保密事項后應當馬上做標記,并劃定密級、編號,限制秘密文件的范圍。文件密級一經制定,不得降低密級。審核、簽發與復核是對文件內容的把關,通過層層監控使企業的秘密在產生階段就得到很好的保護,以減少后患。密件繕印要在專門的機要文件部門進行,秘密文件的原稿與繕印稿都要注意保密,同時還要注意在繕印過程中留下來的一些印壞了的廢棄文件,這些廢棄文件必須用碎紙機處理,并且必須登記。需要用印的文件要加蓋發文機關或企業領導人的印章,一般應由負責人親自加蓋,企業有特殊規定的除外。要限制文件的發放范圍和數量,待發的公文要進行封裝,負責密件工作的文書人員應當認真清點密件的印數,核對要發往的機關部門,裝封后加蓋密級章,貼上密封條加蓋密封章,通過機要交通或專人發送。

（ 3 ）涉密文件的日常管理

首先，應根據信息的敏感性和重要性將企業信息劃分為不同等級，設定不同的知密范圍，限制信息的傳播途徑，積極主動的防止信息泄露。其次，應明確涉密人員的范圍、權限和責任，嚴格控制秘密文件的傳播范圍。第三，在庫房管理中，可確立多人負責和有限職責的原則，采用分割組合方法保管存儲秘密文件。密件存儲必須鎖入保密文件柜。第四，在涉密人員借閱管理中，要規定借閱范圍、時間和簽閱手續，管理者要跟蹤密件的流動，最好借閱者就在機要室或閱文室查閱該文件，有特殊情況的也要當天借當天還。文件的復制要有規定和限制，原則上不應允許復制。秘密文件辦完要及時歸檔，妥善保管。

為確保秘密文件的安全，對于廢棄的文件，必須使用文件粉碎機，將廢棄文件徹底銷毀，使文件無法復原，以免競爭對手從中分析出本企業的競爭動向。

經調研，在涉密紙質文件管理中各環節存在的主要問題如下：

(1)文件存放：涉密機構一般使用帶密碼鎖的文件柜加強存放管理，這種文件柜與中心數據服務器是分離的；少部分文件柜實現了遠程監控，含有遠程攝像頭監控、溫度震動檢測報警等功能，有控制模塊與中心數據服務器連接，但是價格較為昂貴，在金融、政府等機構用于保管極重要的文件。

(2)文件歸檔：保密管理規定，涉密文件資料應當由單位或部門及時交卷歸檔，實際操作中完全靠人工。

(3)文件留存、流轉：一般是通過建立個人留存涉密文件資料臺賬，文件流轉時，需要手工填寫臺賬。據實際測試，手工填寫一條臺賬信息耗時1 分鐘，而使用二維碼掃描槍記錄耗時僅為 1 秒鐘。

據此現狀，市場需要一種適合管理涉密紙質文件的專用管理系統，優化管理過程。

1.2同類產品調研

1.2.1文件存取記錄方式調研

市場上應用最多的普通文件柜和保密文件柜雖然使用方便，應用廣泛，但是與信息系統沒有接口，智能化程度低；而另一種用于存儲極為貴重文件的智能控制文件柜，雖然功能齊全，但價格昂貴，應用較少。對紙質文件的管理基本采用人工填表方式完成，過程較為復雜且缺少對文件的存放、流轉、銷毀狀態的有效管理。

1. 普通文件柜

（ 1 ）介紹：

目前文件柜因鎖不同而分為以下幾種：

1）機械密碼鎖應用廣泛,不需要電源,而且比較穩定、耐用。但是操作不夠方便、文件柜打開慢、修改密碼需要專業人員；

2）電子密碼鎖需要電源,穩定和耐用性不如機械密碼,但是其操作快、修改密碼比較簡單；

3）卡式鎖可以用自己的卡來開柜門；

4）指紋鎖,是把指紋識別技術運用到文件柜上,保密性強,易用。

（ 2 ）優缺點分析：

1）優點：價格便宜；使用方便,應用廣泛。

2）缺點：文件歸類、存放、查找完全依靠人工,效率低；與信息系統沒有接口。

2. 保密文件柜符合保密標準的保密文件柜柜體的要求至少滿足以下條件：

（ 1 ）柜體應是加厚鋼板

（ 2 ）互扣式摺邊結構

（ 3 ）內藏式防撬門

（ 4）三方向多點設計（天地鎖）指紋保密柜因為指紋技術的不普及,目前生產者較少。保密柜與保險柜有相似之處,又有區別,簡單區別如下：保密柜的要求是文件保密,即對每次開鎖有明確記錄,保險柜重視物品的安全,假定某重要機密文件存放在保險柜，而被人偷拍，復印再放回原處，從跡象上看文件仍然存放在保險柜，可是文件信息卻已泄漏。保密柜要求開鎖記錄，既可以輕易的判斷是否信息已經泄密。保密文件柜廣泛應用于政府機關、軍隊、銀行、院校和大中型企業的技術部門和檔案部門。比如存放高考試卷、技術研發文檔、國家機密文件等。

目前符合保密要求的保密柜主要是國家保密局下屬單位研發和生產的金城、國保等品牌。

3. 智能文件柜

圖 1- 2 文件柜效果圖

（1）介紹：

RFID證書文件管理系統使用超高頻RFID技術[1]-[6],在文件柜中安裝超高頻RFID 讀取器及數據采集終端（配備人員卡片讀取器），在每張文件上貼附超高頻 RFID 電子標簽,當人員刷卡驗證權限后打開文件柜,文件被取出或放回時,數據采集終端實時獲取文件異動信息及操作人員,使用 3G/GPRS 無線網絡傳送至后端系統數據中心,達到文件實時監控、智能管理的目的。

智能文件柜組成如下圖所示：

圖 1- 3 文件柜組成示意圖

（2）優缺點分析： 1）優點：能實時查詢文件狀態，實時監控文件位置。

2）缺點：價格高；技術不成熟；管理漏洞：RFID標簽與文件分開生成，需要人工粘貼到文件上，存在一定的管理漏洞；市場推廣受限：由于保密規定，使用RFID及無線通訊技術的產品無法在一些涉密單位應用。

1.2.2涉密文件信息管理系統調研

隨著信息化的不斷發展，電子文件成為現代社會信息資源的重要載體。互聯網日益發達，如何對涉密電子文件進行管理，防止核心信息泄露，已引起國家及企事業單位的高度重視。而目前，在涉密電子文件管理方面，多集中于文件加密方面的研究，以解決文件泄密問題。文件加密包括主動加密，全盤加密和透明加解密。主動加密和全盤加密不能防止操作者主動泄密；透明加解密能保證加密的安全可靠，正受到廣泛的關注。文件加密存儲，能夠達到防止內部泄密的目的。

涉密電子文件的管理技術，是面向涉密行業的高可靠的信息安全管理技術。通過對用戶各類數據的集中存儲，使得在終端不存儲任何形式的數據；對存儲到服務器中的數據進行加密防護、分組分級的授權管理，防止泄密及越權訪問；結合身份認證，審批，外發，審計等方法，實現涉密電子文件全面的管控。

總體而言，目前涉密機構對于涉密文件信息的管理主要是對電子信息的管理，對電子信息的研究也較多，對于涉密文件的管理主要靠人工和文件柜完成。少量采用 RFID 技術管理的涉密文件信息管理應用較少，因為其對數據加密算法要求較高，僅采用普通 RFID 技術無法滿足涉密機構的保密要求。

1.3產品定位

經市場調研，市場上應用的普通文件柜和保密文件柜雖然使用方便，應用廣泛，但是與信息系統沒有接口，智能化程度低；而另一種用于存儲極為貴重文件的智能控制文件柜，雖然功能齊全，但價格昂貴，應用較少。市場上應用的涉密文件信息管理系統絕大多數都是對電子涉密文件信息的管理，對于紙質的涉密文件采用人工管理和保密柜完成。

基于以上市場調研,將本產品定位如下：

（1）產品定義：一套專用于涉密機構,與涉密機構現有文件管理系統相配合、與現有涉密紙質文件管理流程完全匹配、價位合理、實用性較強的子系統。

（2）產品應用范圍：涉密機構,用于涉密機構的紙質文件管理；根據實際需求擴大到對涉密機構其它涉密實體載體的管理。

1.4設計原則

在涉密文件信息管理系統的研發方案的設計過程中,需要注意以下幾個原則：

（1）保密規定：所用技術、操作流程必須符合安全保密管理規定。

（2）可操作性和易用性：設計可操作性和易用性較強,便于對現有系統軟硬件進行改造。

（3）性價比：投入合理,性價比高。

（4）實用性：文件存取記錄器應安裝于文件柜之內,外形小巧,便于拆裝,同時具備相應的通訊接口。

（5）可擴展性：由于用戶需求會不斷增多,后續可能會有增加功能或共享數據庫等要求,因此本系統的設計開發需要充分考慮到系統的擴展是否方便。

（6）穩定性、可靠性：設計過程中需要在考慮文件存取記錄器在實際應用中的基礎上,遵循硬件設計原則,選擇性能可靠的元器件；周全考慮可能出現的異常情況,并通過軟件進行合理處理,減少系統故障,以增強其穩定性和可靠性,保證其能長時間連續工作。

（7）安全性：必須保證數據的安全性,確保不會因為斷電等原因出現數據的丟失。

1.5小結

本章對市場需求及現狀進行了說明分析,對市場的用于存取涉密信息的文件柜產品以及現有的涉密文件信息管理系統進行了調研,文件柜主要分為普通文件柜、保密文件柜、智能文件柜,存在性能不能滿足涉密文件信息管理要求及不滿足涉密管理規定的情況；涉密文件信息管理系統主要是針對電子涉密信息的管理,對于紙質的涉密文件管理自動化水平低,主要依靠人工完成。針對這種市場需求,提出了產品的定位及設計原則, 為后續系統設計及產品設計提供依據。

第二章總體設計方案

2.1設計思路與技術原理本研究在對涉密機構進行大量的調研[16]-[24]的基礎上,梳理研究的目的、系統功能和實現方法。本系統目的在于針對涉密機構的管理規定,實現對涉密紙質文件的全流程管理，實現管理的自動化，減少人工參與。系統采用LabVIEW為開發平臺，開發涉密文件信息管理系統；選取嵌入式系統及外圍電路組成文件存取記錄器,實現對于文件存放的存儲功能。

系統由涉密文件信息管理系統軟件和多臺文件存取記錄器組成。 1）涉密文件信息管理系統

涉密文件信息管理系統對各臺文件存取記錄器的信息進行匯總處理，自動生成個人文件存放記錄表、單份文件流轉記錄表；可增加外來文件的信息記錄，同時打印編碼對應二維碼標簽；對流出文件去向進行記錄；可批量存入已打印文件的編號、所有人等信息。

硬件組成：涉密計算機，通過USB接口與二維碼掃描槍相連；通過USB接口或串口與二維條碼打印機相連，通過光盤將編碼數據存入電腦；普通計算機通過 USB 接口或串口與數據存儲器相連，匯總數據后，可以將數據刻盤。

軟件部分主要包含模塊：用戶認證模塊、文件存取記錄器初始設置模塊、數據批量導入模塊、新增文檔信息記錄模塊、文件存取記錄器數據導入模塊、文件銷毀記錄模塊、文件外攜模塊。

涉密計算機

2）文件存取記錄器

文件存取記錄器對普通用戶的文件狀態實時獲取。用戶存入文件時，記錄存入時間、文件編號；用戶取出文件時，記錄取出時間、文件編號；記錄數據可導出到涉密文件信息管理系統中。

硬件組成：擬采用單片機開發板制作樣機，硬件部分包括電源模塊、鍵盤模塊、串口通訊模塊、存儲模塊等。

軟件組成：軟件功能通過對單片機編程實現，功能模塊包括通訊模塊、存儲模塊、數據打包模塊、鍵盤模塊等。

2.2關鍵技術

2.2.1二維碼技術

本系統中每一份文件都有唯一的文件編號，二維碼包含了文件編號信息，可使用二維碼掃描槍對文件進行身份識別。系統中包含對二維碼進行編碼和識別的技術。

二維條碼（二維碼[7]-[15]）是用某種特定的幾何圖形按一定規律在平面（二維方向）分布的黑白相間的圖形記錄數據符號信息的。二維碼是 DOI（ Digital Object Unique Identifier，數字對象唯一識別符）的一種。在代碼編制上巧妙地利用構成計算機內部邏輯基礎的“0”、“1”比特流的概念，使用若干個與二進制相對應的幾何形體來表示文字數值信息，通過圖象輸入設備或光電掃描設備自動識讀以實現信息自動處理。在許多種類的二維條碼中，常用的碼制有： Data Matrix,MaxiCode, Aztec,QR Code, Vericode,PDF417,Ultracode, Code 49,Code 16K 等。

QR碼的“QR”是Quick Response的縮寫。這種二維碼能夠快速讀取，與之前的條形碼相比，QR碼能存儲更豐富的信息，包括對文字、URL地址和其他類型的數據加密。QR碼1994年由日本Denso-Wave公司發明，QR碼的標準JIS X 0510在1999年1 月發布，而其對應的ISO國際標準IS0/IEC18004,則在2000年6月獲得批準。根據 Denso Wave公司的網站資料,QR碼是屬于開放式的標準,QR碼的規格公開，而由Denso Wave公司持有的專利權益，則不會被執行。除了標準的QR碼之外，也存在一種稱為 “微型QR碼”的格式，是QR碼標準的縮小版本，主要是為了無法處理較大型掃描的應用而設計。微型QR碼同樣有多種標準，最高可儲存35個字元。

因其不再使用線性掃描的方式工作，而是使用紅外光增強的攝像頭工作，直接對鏡頭拍攝到的圖像中的QR碼圖像進行軟件識別，所以對反射角度的要求降低了。二維碼掃描器甚至能對液晶屏幕上顯示的條碼進行“掃描”（識別）（但垂直位于屏幕上的條碼上方時容易因自帶紅外光源在屏幕上的反光而影響識別），所以可以直接掃描到手機等屏幕上顯示的條碼。

QR 碼呈正方形，只有黑白兩色。在 4個角落的其中 3個，印有較小，像“回”字的的正方圖案。這 3 個是幫助解碼軟件定位的圖案，使用者不需要對準，無論以任何角度掃描，資料仍可正確被讀取。

二維碼是一種比一維碼更高級的條碼格式。一維碼只能在一個方向（一般是水平方向）上表達信息，而二維碼在水平和垂直方向都可以存儲信息。一維碼只能由數字和字母組成，而二維碼能存儲漢字、數字和圖片等信息，因此二維碼的應用領域要廣得多。 2.2.2嵌入式技術

本系統中的文件存取記錄器采用了嵌入式技術。嵌入式是一種專用的計算機系統，作為裝置或設備的一部分。大多數嵌入式系統都是由單個程序實現整個控制邏輯。嵌入式技術應用廣泛，所有帶有數字接口的設備，如手表、微波爐、錄像機、汽車等，都使用嵌入式系統。在物聯網時代，嵌入式技術更是必不可少的技術，將該技術與需要檢測的設備相結合，獲取信息后，再傳輸到網絡中綜合信息處理，就構成了物聯網[23]-[30]。

嵌入式系統是硬件和軟件的集合體，它包括硬件和軟件兩部分。它以實際應用為目標、以計算機技術為基礎，軟硬件均可按照不同的需求進行設計和修改。它主要用在應用系統對功能、可靠性、成本、體積、功耗和應用環境都有特殊要求的條件下。嵌入式系統具有內核小、專用性強、使用范圍極為廣泛、可靠性要求高、系統精簡和高實時性、具有固化在非易失性存儲器中的代碼等優點，隨著嵌入式芯片的不斷發展，其芯片體積更小、芯片的性能更高、操作系統的功能更加強大，因此被廣泛應用在人們的日常生活中。

由于系統設計中對于文件存儲記錄器的體積、能耗、可靠性、安全性、功能都有要求，設計中應用嵌入式技術，設計一套綜合軟硬件于一體的專用系統可以滿足設計要求。在當前嵌入式市場中，基于ARM核的微控制器芯片不但占據了高端微控制器市場的大部分市場份額，同時也逐漸向低端微控制器應用領域擴展，ARM微控制器的低功耗、高性價比，向傳統的單片機等微控制器提出了挑戰。由于使用單片機等8、16位控制器進行檢測和控制存在較大的限制，如數據儲存空間小、難以進行圖形界面開發、可擴展性低等，而利用 ARM 嵌入式開發技術則足以克服這些缺點，若能針對需求抓住機遇，將基于ARM嵌入式開發技術應用該領域，將大大提高產品的市場競爭力，為安全產品市場注入一股新的生命力。

2.2.3數據庫技術

本系統中的對于涉密文件的管理采用了數據庫技術。

數據庫，可視為電子化的文件柜——存儲電子文件的處所，用戶可以對文件中的數據進行新增、截取、更新、刪除等操作。在經濟管理的日常工作中，常常需要把某些相關的數據放進這樣的“倉庫”，并根據管理的需要進行相應的處理。例如，企業或事業單位的人事部門常常要把本單位職工的基本情況（職工號、姓名、年齡、性別、籍貫、

工資、簡歷等）存放在表中，這張表就可以看成是一個數據庫。有了這個"數據倉庫"就可以根據需要隨時查詢某職工的基本情況，也可以查詢工資在某個范圍內的職工人數等等。應用數據庫技術，這些工作都能在計算機上自動進行，極大的方便了公司進行人事管理工作。此外，在財務管理、倉庫管理、生產管理中也需要眾多的這種"數據庫"，使其可以利用計算機實現財務、倉庫、生產的自動化管理。

數據庫是依照某種數據模型組織起來并存放二級存儲器中的數據集合。這種數據集合具有如下特點：盡可能不重復，以最優方式為某個特定組織的多種應用服務，其數據結構獨立于使用它的應用程序，對數據的增、刪、改、查由統一軟件進行管理和控制。從發展的歷史看，數據庫是數據管理的高級階段，它是由文件管理系統發展起來的。

主要特點：

⑴ 實現數據共享

數據共享包含所有用戶可同時存取數據庫中的數據，也包括用戶可以用各種方式通過接口使用數據庫，并提供數據共享。

⑵ 減少數據的冗余度

同文件系統相比，由于數據庫實現了數據共享，從而避免了用戶各自建立應用文件。減少了大量重復數據，減少了數據冗余，維護了數據的一致性。

⑶ 數據的獨立性

數據的獨立性包括邏輯獨立性（數據庫中數據庫的邏輯結構和應用程序相互獨立）和物理獨立性（數據物理結構的變化不影響數據的邏輯結構）。

⑷ 數據實現集中控制

文件管理方式中，數據處于一種分散的狀態，不同的用戶或同一用戶在不同處理中其文件之間毫無關系。利用數據庫可對數據進行集中控制和管理，并通過數據模型表示各種數據的組織以及數據間的聯系。

⑸數據一致性和可維護性，以確保數據的安全性和可靠性

主要包括：①安全性控制：以防止數據丟失、錯誤更新和越權使用；②完整性控制：保證數據的正確性、有效性和相容性；③并發控制：使在同一時間周期內，允許對數據實現多路存取，又能防止用戶之間的不正常交互作用。

⑹ 故障恢復

由數據庫管理系統提供一套方法，可及時發現故障和修復故障，從而防止數據被破壞。數據庫系統能盡快恢復數據庫系統運行時出現的故障，可能是物理上或是邏輯上的錯誤。比如對系統的誤操作造成的數據錯誤等。

2.3總體方案

2.3.1 系統主要功能

系統的主要功能有：

（1）系統自動生成個人文件存放記錄表，表單內容包括所有人、時間、存放文件的編號、名稱，表單可以按時間段進行打印；

（2）系統自動生成單份文件流轉記錄表，表單可以按時間段進行打印；

（3）可增加外來文件的信息記錄，同時打印出編碼對應二維碼標簽；

（4）可對外攜文件去向信息、文件銷毀進行記錄。

2.3.2 系統組成

系統由涉密文件信息管理系統軟件、數據匯總軟件和N臺文件存取記錄器組成。

表 2-1 系統組成表

產品使用者具體功能

（1 ）通過掃描槍錄入文件編號。

（2）用戶存入文件時，記錄存入時間、文件編號；

（3）用戶取出文件時，記錄取出時間、文件編號；

（4）記錄數據可通過特制 U 盤導出到涉密文件信息管理系統中。

2.3.3 使用流程

系統的使用流程示意圖如下圖所示。

以編號001號的一份文件為例，編號為300的甲在9.10號接收到001號文件，需要暫時存入自己的文件柜中，甲打開個人文件柜，打開文件存取記錄器，按下記錄器“存入”按鍵，再用掃描槍掃描文件上的二維碼后，二維碼掃描槍自動采集到文件編號信息，甲的記錄器中自動生成一條記錄，記錄內容包括時間、文件號、人員編號和存入操作，記錄甲對于編號 001 文件的存入操作。當甲需要從個人文件柜中取出文件時，再打開文件存取記錄器，按下記錄器“取出”按鍵，用掃描槍再次掃描文件上的二維碼，二維碼掃描槍自動采集文件編號信息，甲的記錄器中自動生成一條記錄，記錄內容包括時間、文

第二章總體設計方案

件號、人員編號和取出操作，記錄甲對于編號001文件的取出操作。若甲需要將此文件移交給乙，則乙在將文件存入乙的文件柜時執行與甲類似的存入操作過程，乙的記錄器中便會自動生成一條記錄乙對于編號001文件的存入操作，表明此時001文件在乙處。普通用戶在每月都進行類似日常操作。

月末時，普通用戶需要將文件記錄器中的數據導出，并移交給專門的保密管理員進行匯總。數據導出時，將特制U盤連接到記錄器上，按下記錄器的“數據導出”按鍵，數據便導出到U盤中，交由保密員拷貝出數據，并統一刻盤后交給超級管理員導入涉密系統中。

超級管理員將各個保密員手中的U盤數據匯總，通過運行涉密文件信息管理系統軟件，將數據導入數據庫中。軟件自動完成信息匯總，處理數據后生成兩類表單：一類是單份文件流轉表單，包括此份文件的文件名、密級、打印時間和流轉記錄，流轉記錄由各條員工存取文件的記錄組成，記錄文件在員工間的流轉軌跡；另一類是個人存儲文件的列表，內容包括某員工柜中存留的所有文件的文件名、密級、打印時間和存入時間。

2-2使用流程示意圖

2.3.4使用過程說明

系統的使用人分為普通用戶、部門保密員、高級保密員三類。這三類用戶的使用過程說明如下：

（1）普通用戶：

1）存入文件：打開柜門，按下“存入”按鈕，掃描文件二維碼，設備保存存入時間、

文件編號；

2）取出文件：打開柜門，按下“取出”按鈕，掃描文件二維碼，設備保存取出時間、

文件編號；

3）數據導出：設備與小型存儲器（特制U盤）通過“數據導出接口”連接，按下按鈕，導出數據。每月操作一次。

（ 2）部門保密員：

每月將本部門的小型存儲器（特制U盤）收齊，上交至高級保密員。

（ 3）高級保密員：

1）對各臺文件存取記錄器的信息進行匯總處理，將信息數據刻盤，從普通計算機導入涉密網絡；

2）按時間段按需打印個人文件存放記錄表、單份文件流轉記錄表；

3）增加外來文件的信息記錄，同時打印出編碼對應的二維碼標簽；

4）對流出文件去向進行記錄；

5）對銷毀文件去向進行記錄；

6）批量存入已打印文件的編號、密級、所有人等信息。

2.4小結

本章根據市場需求，依據產品定位和設計原則，對涉密文件信息管理系統進行了總體設計，明確了設計思路與技術原理，提出了系統實現的主要功能，對系統組成和使用流程進行梳理，對使用過程進行了說明。

第三章文件存取記錄器設計

3.1功能設計

文件存取記錄器的主要功能有：

（ 1）存儲員工的身份信息，包括身份編號和姓名信息，用于識別用戶身份。

（2）具有三種工作模式：存入模式、取出模式、通訊模式。

（3）存入模式和取出模式中，由掃描槍掃描文件二維碼獲得文件編號，自動生成個人文件存放記錄，并將該記錄存入記錄器中；

（4）與上位機通訊：記錄器通過數據導出口可與上位機進行通訊，通過與上位機連接，對上位機發出的指令作出相應。上位機發送用戶姓名和編號給記錄器，記錄器接收后進行存儲；上位機發出刪除文件存取數據的指令，記錄器接收后對指定數據進行刪除；上位機發出刪除用戶姓名和編號的指令，記錄器接收后對指定數據進行刪除。

（5）與特制U盤通訊：記錄器通過數據導出口可與特制U盤進行通訊，將記錄器中存儲的文件存取信息導出到特制U盤中。

3.2結構及接口設計

圖 3- 1 結構示意圖

接口說明：

（1）數據導出口：用于將記錄數據導出到特制U盤中。指示燈閃亮表示正在導出, 停止閃亮表示導出結束。在記錄器初始化時，此接口還與計算機相連，通過計算機端的用戶軟件對文件存取記錄器進行數據清空、寫入用戶名和ID號等初始化設置。

（2）掃描槍接口：用于連接掃描槍，接收掃描槍數據。

（ 3）存入指示燈：燈亮表示設備處于存入模式；燈滅表示設備處于其它模式。

（4）取出指示燈：燈亮表示設備處于取出模式；燈滅表示設備處于其它模式。

（5）電源指示燈：燈亮表示電源接通，燈滅表示電源斷開。

文件存取記錄器中的掃描槍選用 Motorola_DS6708 型號，如下圖所示，可以通過

USB和串口連接記錄器或電腦，支持多種類型的二維碼識別。

圖 3- 2 掃描槍

摩托羅拉MOTO DS6708掃描器具有強大的功能，它將條形碼掃描、基于服務器的解析代理功能集成于一體。用戶能夠讀取多種類型條形碼并進行轉換。因為解析在掃描儀內完成，輸出由用戶控制，所以此掃描儀可以說是即插即用，不需初始設置就可以同鍵盤、鼠標等輸入設備一樣在所有環境中使用。

摩托羅拉 DS6708 手持二維掃描槍的特征及優點：

（1）嵌入式和基于服務器的分析代理：它使用戶能夠讀取美國驅動程序的許可證上的 PDF-417 條形碼并將該信息用于眾多應用，包括自動填充信用卡或忠誠卡表單、年齡驗證或退貨監控表單。

（2）很大的分辨率： 1.3 兆像素相機可處理圖像、條形碼和文檔。

（3）組合功能:支持所有主要ID、PDF、郵政和2D碼制。

（4） RSM （遠程掃描儀管理）：通過從中央位置實現遠程管理降低IT支出。

（5）設計堅固耐用：可承受多次跌落，將停機時間降至最短。

（6）鋼化玻璃出射窗：增強了可視效果。

（7）多板載接口和通用電纜：確保了與未來技術的兼容性。

（8）全向掃描，很寬的工作范圍：不必將商品與掃描儀對齊，減少了培訓時間和成本。

（9）免提 Intellistand （可選）：實現投射掃描，可在免持與手持兩種模式之間自動切換。

掃描槍參數如下表所示。

表 3-1 掃描槍參數表

光源： 650nm可見激光二極管

掃描速度： 187 次/秒

掃描寬度： 120MM

掃描景深： 100% 的 UPC/EAN 符號，介于 1 in (2.5 cm)和 14 in.(35 cm)之間

掃描精度： 5mil

外觀顏色：灰色

支持條碼： JAN/UPC/EAN,Codabar，Code39，Code93，Code128，IATA，

工業 25，矩陣 25，交叉 25，中國郵政 25 碼，MSI/Plessey，UK/Plessey， S - Code， Telepen， Tri - Optic,MSI Plessey

二維條碼機型可識讀所有的二維條碼和郵政編碼PDF417、microPDF417、

MaxiCode, DataMatrix (ECC 200)、Composite Codes 和 QR Code

抗震測試： 1.5m自由墜落至水泥地板不會有任何功能性破壞

防塵/防濺級別： IP42

接口類型： Kyeboard Wedge，RS232C，USB(HID)

掃描器尺寸： 6.55英寸高x 2.82英寸寬x 4.72英寸厚

操作溫度： -5?50°C

存儲溫度： -20 ?60C

操作濕度： 20%?80%（無冷凝）

存儲濕度： 10%?90%（無冷凝）

環境光線：熒光：最大3000lux日光：最大50000lux

雷射安全

性： CDRH Class II, IEC Class 2

EMC認證：符合 UL1950、CSA C22.2 No. 950、EN60950/IEC950

選配件：支架，USB線，串口線

適用場合：運輸商業醫藥衛生生產/物流政府/辦公

3.3硬件設計

3.3.1硬件需求分析

經分析，硬件應滿足的要求如下：

（ 1 ）采用單片機作為核心，功耗較低，保證更換一次電池至少正常使用2 個月；

（2）通過串口與掃描槍相連，輸入二維碼編號；

（3）通過標準USB接口或特殊接口與數據存儲器（特制U盤）連接；

（4）數據未導出前，數據存儲到單片機Flash中，斷電后不擦除。

3.3.2硬件平臺的選擇

通過文件存取記錄器的需求分析，考慮到ARM處理器的各種優點、系統在功能和性能實現上的需要，以及可擴展性，硬件平臺選擇以ARM為MCU的開發板。在開發、調試階段，選擇ALENTEK STM32開發板作為開發平臺，該平臺有豐富的資源，便于之后的功能擴展。

ALENTEK STM32 開發板選擇 STM32F103 系列中的 STM32F103ZETT6 作為 MCU，該芯片擁有的資源包括： 64KB SRAM、 512KB FLASH、 2個基本定時器、 4個通用定時器、2個高級定時器、3個SPI、2個IIC、5個串口、1個USB、1個CAN、3個12 位ADC、1個12位DAC、1個SDIO接口、1個FSMC接口以及112個通用IO 口。該芯片是STM32F103中功能與資源較豐富的芯片。

開發板資源豐富，同時開發板應用的MCU有各種檔位的芯片供選擇，程序移植非常靈活，能滿足系統需求，因此本研究使用ALENTEK STM32開發板進行文件存取記

3.3.3硬件資源應用

本設備中應用到的主要硬件資源有：

1）指示燈2個：紅、綠燈各1個。

2）串口 2 個：一個串口用于接收掃描槍傳回的文件編號數據，一個串口用于和計算機進行通訊。

3）按鍵3個：分別用于選擇進入存入、取出和通訊模式。

圖 3- 4 MCU 模塊

2)按鍵模塊

本模塊用于完成按鍵操作，由于設備中所需按鍵較少，因此采用獨立按鍵的設計方

VCC3.3 KEY UP

T % K I f

圖 3- 5 按鍵模塊

3）指示燈模塊

本模塊的指示燈使用發光二極管完成指示功能。

圖 3- 6 指示燈模塊

4）通訊模塊

本模塊采用SP3232和CH340G搭建電路，通過STM32的串口實現數據收發，完成記錄器和特制U盤以及上位機電腦之間的通訊功能。

RS局麻L

圖 3- 7 串口模塊

圖3- 8 USB串口模塊

3.4軟件設計

3.4.1開發環境

軟件開發環境為Keil yVision4，使用C語言開發。

Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發系統，與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。Keil提供了包括C編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調試器等在內的完整開發方案，通過一個集成開發環境(uVision)將這些部分組合在一起。運行 Keil 軟件需要 WIN98、 NT、 WIN2000、 WINXP 等操作系統。

C51工具包的整體結構，uVision與Ishell分別是C51 for Windows和for Dos的集成開發環境(IDE),可以完成編輯、編譯、連接、調試、仿真等整個開發流程。開發人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。然后分別由C51及C51編譯器編譯生成目標文件(.OBJ)。目標文件可由LIB51創建生成庫文件，也可以與庫文件一起經 L51連接定位生成絕對目標文件(.ABS)。ABS文件由OH51轉換成標準的Hex文件，以供調試器dScope51或tScope51使用進行源代碼級調試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調試，也可以直接寫入程序存貯器如EPROM中。

2009年2月發布Keil pVision4，Keil pVision4引入靈活的窗口管理系統，使開發人員能夠使用多臺監視器，并提供了視覺上的表面對窗口位置的完全控制的任何地方。新的用戶界面可以更好地利用屏幕空間和更有效地組織多個窗口，提供一個整潔，高效的環境來開發應用程序。新版本支持更多最新的ARM芯片，還添加了一些其他新功能。

2011年3月ARM公司發布最新集成開發環境RealView MDK開發工具中集成了最新版本的Keil uVision4，其編譯器、調試工具實現與ARM器件的最完美匹配。

Keil ^Vision的主要優點有：1、Keil C51生成的目標代碼效率非常之高，多數語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發大型軟件時更能體現高級語言的優勢。2、與匯編相比，C語言在功能上、結構性、可讀性、可維護性上有明顯的優勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用C來開發，體會更加深刻。

3.4.2軟件主流程設計

軟件主流程如下圖所示。

圖3-9軟件主流程圖

系統初始化后，系統開始檢測是否有按鍵按下進行模式選擇，若判斷存入鍵按下，則進入存入模式；若判斷取出鍵按下，則進入取出模式；若判斷數據導出鍵按下，則進入數據導岀模式。

進入存入模式后，程序打開通訊接口 1之后，等待接收掃描槍經串口返回的二維碼數據，即文件的編號信息，當完整接收一幀數據后，將接收到的這幀數據連同當前的時間以及存入狀態一起存入Flash中，作為一條記錄進行保存。

進入取出模式后，程序打開通訊接口 1之后，等待接收掃描槍經串口返回的二維碼數據，即文件的編號信息，當完整接收一幀數據后，將接收到的這幀數據連同當前的時

間以及取出狀態一起存入Flash中，作為一條記錄進行保存。進入通訊模式后，程序打開通訊接口 2后，程序根據通訊口接收到的數據作出相應的響應，完成相應的功能。

3.4.3初始化模塊

在主流程中，初始化模塊的軟件流程圖如下：

圖 3- 10 軟件初始化流程圖

系統初始化，主要是對系統時鐘、延時函數、中斷設置、串口、狀態指示燈、蜂鳴

器、按鍵、 RTC 和數據進行初始化設置。因為 STM32 的外設較多，內部結構非常復雜，在同一個電路中，若全部外設都使用系統時鐘這么高的頻率，將產生較高功耗，是沒有必要的。同時，抗電磁干擾的能力也會越弱，所以STM32的時鐘系統不像51單片機一樣使用單個系統時鐘就可以，而是一個比較復雜的時鐘系統。

CM3內核的處理器，內部包含了一個SysTick定時器，SysTick是一個24位的倒數計數定時器，當計到0時，將從RELOAD寄存器中自動重裝載定時初值。只要不把它在SysTick控制及狀態寄存器中的使能位清除，就永不停息。延時函數就是利用STM32 內部的SysTick來實現延時，既不占用中斷，也不會占用系統定時器。對于狀態指示燈、蜂鳴器、按鍵的初始化主要是對其對應I/O 口進行初始化。

STM32的實時時鐘（RTC）是一個獨立的定時器。STM32的RTC模塊擁有一組連續計數的計數器，在相應軟件配置下，可提供時鐘日歷的功能。修改計數器的值可以重新設置系統當前的時間和日期。RTC正常工作的一般配置步驟如下：

1）使能電源時鐘和備份區域時鐘。

2）取消備份區寫保護。

3）復位備份區域，開啟外部低速振蕩器。

4）選擇RTC時鐘，并使能。

5）設置RTC的分頻，以及配置RTC時鐘。

6）更新配置，設置RTC中斷。

7）編寫中斷服務函數。

3.4.4數據導出模塊

圖3-11數據導出模塊流程圖

程序進入通訊模式后，程序打開串口，若未收到通訊數據則一直等待上位機的通訊數據；若收到通訊數據，則在接收整幀數據后，開始判斷通訊信息的含義。

若收到的是上傳ID和姓名信息的指令，則程序去Flash存儲姓名和信息的位置讀取

ID 和姓名數據，將數據打包按照通訊協議的格式發送至上位機；

若收到的是設置ID和姓名信息的指令，則程序將ID和姓名信息暫存在緩存中，對儲存原信息的Flash進行擦除操作，以做好寫入準備，之后將緩存中的ID和姓名信息寫入約定的Flash中，最后按照通訊協議的格式回復上位機設置成功；

若收到的是讀取單條數據并上傳指令，則程序先根據條數和存取記錄的存儲格式計算指令在Flash中的地址，讀取此條信息存入緩存中，按照通訊協議的格式回復上位機相應條數的數據內容；

若收到的是擦除ID和姓名信息的指令，則程序將儲存有ID和姓名信息的Flash頁進行刪除操作，操作成功后按照通訊協議的格式回復上位機擦除ID和姓名成功；

若收到的是擦除信息數據指令，則程序將儲存有信息數據的全部Flash頁進行依次刪除操作，待全部操作成功后，按照通訊協議的格式回復上位機擦除信息數據指令成功；

若收到的指令不屬于通訊協議規定的任何一種指令，則繼續等待上位機發送通訊數據。

3.5小結

本章對文件存取記錄器進行了詳細的設計，設計內容包括功能設計、結構及接口設計、硬件設計、軟件設計。其中硬件設計主要包括需求分析、平臺選型、資源應用內容及硬件電路的設計；軟件設計包括軟件開發環境介紹、軟件主流程設計，重點介紹了初始化模塊及數據導出模塊，數據導出模塊是文件存取記錄器軟件設計中較為重要的部分。

通過本章內容介紹，完成了文件存取記錄器的詳細設計，多個文件存取記錄器作為涉密文件信息的載體，這些信息將進一步匯總到涉密文件信息管理系統中。

第四章涉密文件信息管理系統軟件設計

4.1 功能設計

涉密文件信息管理系統軟件的主要功能有：

（1）身份識別：登陸系統需要對用戶名和密碼進行驗證，驗證正確后才可以進入系統，各用戶對應不同的權限。

（2）用戶管理：超級管理員可以對普通用戶進行增刪、權限管理。

（3）數據匯總：

通過導入打印文件的信息以及用戶存取記錄儀中的信息，并通過文件編號對兩者進行關聯，系統可自動生成個人文件存放記錄表，內容包括某員工柜中存留的所有文件的文件名、密級、打印時間和存入時間；系統可自動生成單份文件流轉記錄表，包括此份文件的文件名、密級、打印時間和流轉記錄，流轉記錄由各條員工存取文件的記錄組成，記錄文件在員工間的流轉軌跡。

（4）記錄器信息管理：可通過連接記錄器，向記錄器發送用戶名和編號信息，以便確認記錄器的所屬人；可通過連接記錄器，向記錄器發送刪除信息的指令，將記錄器的數據清除；可通過連接記錄器，向記錄器發送刪除用戶名和編號信息的指令，將記錄器的用戶名和編號信息清除。

（5）外攜文件、銷毀文件的記錄：可對外攜文件去向信息、文件銷毀進行記錄。

4.2 硬件組成

考慮到涉密文件管理的要求，涉密文件信息管理系統分為兩部分硬件組成。

組成一：普通計算機，通過 USB 接口或串口與普通計算機相連，匯總數據后，可以將數據刻盤。由于文件存取記錄器中僅存有導出數據的時間、記錄器編號（普通用戶編號）、本月內的數據記錄（時間、文件編號、存或取），并不涉及具體涉密文件的名稱以及內容，所以內容不涉密，可以由普通計算機進行匯總。涉密信息管理規定普通計算機和涉密計算機必須物理隔離，因此普通計算機還需具有刻盤功能，可以通過光盤將匯總的數據導入到涉密計算機中。

組成二：涉密計算機，通過USB接口與二維碼掃描槍相連；通過USB接口或串口與二維條碼打印機相連，通過光盤將編碼數據存入電腦。編碼數據通過光盤，導入涉密計算機中，通過文件編號與打印系統中的文件信息進行匹配，從而生成新的數據庫，匯合之后，形成需要的數據表格。

圖 4- 1 硬件組成

特制U盤或者光盤中的數據如下所示，含信息有：導出數據的時間、記錄器編號（普通用戶編號）、本月內的數據記錄（時間、文件編號、存或取）。

4.3軟件操作流程

軟件操作流程如下圖所示：

圖4-3軟件操作流程

雙擊軟件圖標進入操作界面，首先要進行用戶合法性認證,需要輸入登錄用戶名和登錄密碼，系統根據數據庫中存儲的數據將校驗輸入的信息與進行比對，比對通過后，進入程序主界面。用戶此時可以點擊按鈕進入各功能模塊進行操作，完成功能操作。 4.4軟件模塊說明

該軟件部分主要包含以下工作模塊：

(1)用戶認證模塊：

用戶輸入用戶名和密碼，軟件將輸入的用戶名及密碼與數據庫中已經存儲的用戶名和密碼進行比對，比對通過后即可登陸軟件開始使用。比對的同時，軟件在該數據庫中獲取當前用戶的權限，并將此次成功登錄軟件的時間記錄到數據庫中。若用戶名存在，登錄密碼錯誤，軟件將在數據庫中累加一次登錄失敗的次數，當超過三次時，該用戶將被鎖定，需要超級管理員來解除鎖定，以保證賬戶安全。

(2)文件存取記錄器初始設置模塊：

文件存取記錄器是專人專用的，其內部應存儲有個人用戶的基本信息，并且為了記錄文件存儲時間，記錄器內部應有準確的時鐘信息。本功能模塊的作用就是設置單個文件存取記錄器的編號、姓名信息；初始化設置單個文件存取記錄器的時間。該功能模塊是通過

（3）批量導入模塊：該模塊用來批量導入文件名、文件編號、密級、所屬人等信息。數據源自打印系統。

（4）新增文檔信息記錄模塊：該模塊用來增加錄入外來文檔的記錄，同時打印出相應二維碼貼紙，二維碼與外來

文檔一一對應，貼于外來文件上，用于與內部文件一起統一管控；

該模塊也可手動增加公司內部文件，手動錄入文件名、文件編號、密級、所屬人等信息，用于單份文件增加時的文件管理。

（5）文件存取記錄器數據導入模塊：該模塊將文件存取記錄器的數據導入到軟件數據庫中，模塊運行時需要用戶選擇文

件存取記錄器數據所在的文件夾，系統將在此文件夾下搜索數據文件，搜索到后按照文件存取記錄器數據文件的格式，將數據按照分類條目增加到軟件數據庫中。

（6）文件銷毀記錄模塊：該模塊供保密管理員使用，當工作人員需要銷毀涉密紙質文件時，需要提出申請，

審批通過后，交由保密管理員。由保密管理員登錄系統，手動錄入或二維碼掃描輸入待銷毀文件的編號，完成對銷毀過程的記錄。

（7）文件外攜模塊：該模塊供保密管理員使用，當工作人員需要外出攜帶涉密文件時，需要網上提交外

出攜帶的申請，由各級領導審批通過后，將涉密文件交給保密管理員登記。保密管理員手動錄入或二維碼掃描輸入待銷毀文件的編號，對文件外攜相關信息進行記錄，記錄信息包括攜帶的單位和接收人等信息。

4.5軟件實施

4.5.1開發環境

軟件使用LabVIEW 2012進行開發，開發語言為G語言。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrumentation Engineering Workbench，實驗室虛擬儀器工程平臺）是由美國國家儀器公司所開發的圖形化程序編譯平臺，程序最初是由其發明者杰夫•考度斯基（Jeff Kodosky）于1986年在蘋果電腦上發表的。在發表初期， LabVIEW 是專門為了儀器自動控制所設計，隨著應用發展，逐漸成為一種高級編程語言。圖形化程序與傳統編程語言相比，其獨特之處在于，采用"數據流"的概念，使得程序設計者在流程圖構思的同時進行程序的編寫，兩個過程可以同步進行。

與C語言一樣，LabVIEW也是通用的編程系統，有一個能夠勝任任何編程任務的豐富的函數庫。LabVIEW的函數庫包括數據采集、GPIB、串口控制、數據分析、數據顯示及數據存儲，等等。 LabVIEW 也有傳統的程序調試工具，如設置斷點、單步執行等等，還能很直觀的動態顯示程序及其子程序（子VI）的結果，非常便于程序的調試。

LabVIEW（Laboratory Virtual Instrument Engineering Workbench）是一種用圖標代替文本行創建應用程序的圖形化編程語言。傳統文本編程語言根據語句和指令的先后順序決定程序執行順序，而LabVIEW則采用數據流編程方式，程序框圖中節點之間的數據流向決定了 VI及函數的執行順序。VI指虛擬儀器，是LabVIEW的程序模塊。

LabVIEW 提供很多外觀與傳統儀器（如示波器、萬用表）類似的控件，可用來方便地創建用戶界面。用戶界面在LabVIEW中被稱為前面板。使用圖標和連線，可以通過編程對前面板上的對象進行控制。這就是圖形化源代碼，又稱G代碼。LabVIEW的圖形化源代碼在某種程度上類似于流程圖，因此又被稱作程序框圖代碼。

圖形化的程序語言，又稱為“G”語言。使用這種語言編程時，基本上不寫程序代碼，取而代之的是流程圖或框圖。它盡可能利用了技術人員、科學家、工程師所熟悉的術語、圖標和概念，因此， LabVIEW 是一個面向最終用戶的工具。它可以增強你構建自己的科學和工程系統的能力，提供了實現儀器編程和數據采集系統的便捷途徑。使用它進行原理研究、設計、測試并實現儀器系統時，可以大大提高工作效率。

利用LabVIEW，可產生獨立運行的可執行文件，它是一個真正的32位/64位編譯器。像許多重要的軟件一樣，LabVIEW提供了 Windows、UNIX、Linux、Macintosh的多種版本。

4.5.2 數據庫

在利用LabVIEW開發應用軟件時，采用數據庫是高效利用和組織數據的方法。但是 LabVIEW 本身不具備數據庫訪問功能，需要借助中間件等方法來輔助實現。例如，可以考慮使用NI公司附加的LabVIEW SQL Toolkit工具包進行數據庫訪問，也可以利用Active X功能，調用Microsoft ADO控件，利用SQL語言實現數據庫的訪問，還可以利用LabSQL完成訪問。

LabSQL是一個免費的，由LabVIEW用戶開發的、跨平臺的、LabVIEW數據庫訪問工具包，它支持Windows操作系統中基于OBDC的數據庫的訪問，包括Assess，SQL Server， Oracle 等等。 LabSQL 的優點是易于理解，易于操作，只需要簡單編程，就可以在LabVIEW中實現數據庫的訪問，執行各種SQL查詢，對記錄進行各種操作。

Microsoft Access是一種關系式數據庫，關系式數據庫由一系列表組成，表又由一系列行和列組成，每一行是一個記錄，每一列是一個字段，每個字段有一個字段名，字段名在一個表中不能重復。以一個“產品”表為例， “產品”表由 10 個記錄組成，一個記錄占一行，每一個記錄由產品ID、產品名稱、庫存量、訂貨量、單價和折扣率6個字段組成。“產品ID”是字段名，其下面的1, 2等是字段的值。表與表之間可以建立關系（或稱關聯，連接），以便查詢相關聯的信息。Access數據庫以文件形式保存，文件的擴展名是 DB。

Access 數據庫由六種對象組成，它們是表、查詢、窗體、報表、宏和模塊：

/ 表(Table)——表是數據庫的基本對象，是創建其他5種對象的基礎。表由記錄組成，記錄由字段組成，表用來存貯數據庫的數據，故又稱數據表。

/查詢(Query)——查詢可以按索引快速查找到需要的記錄，按要求篩選記錄并能連接若干個表的字段組成新表。

/窗體(Form)——窗體提供了一種方便的瀏覽、輸入及更改數據的窗口。還可以創建子窗體顯示相關聯的表的內容。窗體也稱表單。

/報表(Report)——報表的功能是將數據庫中的數據分類匯總，然后打印出來，以便分析。

/ 宏(Macro) 宏相當于DOS中的批處理，用來自動執行一系列操作。Access

列出了一些常用的操作供用戶選擇，使用起來十分方便。

/模塊(Module——模塊的功能與宏類似，但它定義的操作比宏更精細和復雜，用戶可以根據自己的需要編寫程序。模塊使用Visual Basic編程。

本研究中采用LabSQL實現了對ACCESS數據庫的訪問，并遵循以下幾個操作原則:

/連接數據源，并確定對數據源的所有更改是否成功或發生；

/指定訪問數據源的命令，同時可帶變量和參數；

/執行一個SQL命令，如瀏覽、修改、插入、刪除來實現對數據庫的查詢、更新、修改和刪除操作；

/對數據庫所有的操作完成以后，應終止、注銷同數據源的連接，以便釋放系統資源。

4.5.3層次結構

使用Lab VIEW 2012新建工程，工程名為“文件管理系統”，擴展名為.lvproj。該工程包含若干個子VI,如下圖所示。其中“涉密文件信息管理系統.vi”為主VI。

Gear E『ro<刪i ex_C o r redt E r r o?匚 hpin,¥i List Directory and LLBs.vi Recursive Ale List活 Space Con1：lantvi subDisplayMessage.wi VISA C^nfJgure Serial Po*t VISA CanGgure Serial Port (JnstrJ.vi 說3 Configure Serial Part (Serial TnstrJ.vi 乩些孟上HLvi

2,魚看丈冊冋陽 4,SSW^vi

5,記鍛鼻磚袈需

ADO Connerton Close.vi

ADO Connection Gtrat諒

ADO Connection Dettroyivi

ADD 匚onnertian ExMute.ui

ADO Connection Open-w

ADD Reccrdset De&tFD^.vi ADD Recc detfide.vi

圖 4- 4 軟件工程

本工程的VI層次結構如下圖所示:

圖 4- 5 軟件 VI 層次結構

4.5.4主要程序模塊

應用LabVIEW開發工具設計的軟件模塊，采用G語言繪制數據流圖的形式完成程序功能。涉密文件信息管理系統的主要程序模塊包含在主VI下，各個模塊包含于主VI 中，由主VI進行調用。各主要程序模塊可以作為獨立的VI運行，即方便了程序調試，又方便了后續系統功能調整。主要程序模塊包括“記錄器管理”模塊、 “查看個人記錄”模塊、 “查看文件流向”模塊等。

主VI “涉密文件信息管理系統.vi”的程序框圖如下圖所示，用戶登錄界面和主程序呈順序結構，主程序采用事件結構，當事件發生時，執行該事件框圖中的程序。

圖4- 6主VI '涉密文件信息管理系統.vi”的程序框圖

主程序中每個事件又通過調用相應的獨立子 VI 來完成相應功能。以下為三個典型的子VI程序框圖：

(1)“記錄器管理”模塊：該模塊為獨立子VI,與主VI 一樣，也采用事件結構，每隔 100 毫秒，事件結構檢測是否有相應的事件產生，本程序中主要判斷是否有相應的按鈕事件產生，事件發生則執行相應的程序流程。程序框圖如下圖所示：

圖 4- 7 “記錄器管理”模塊程序框圖

(2)“查看個人記錄”模塊：該模塊為獨立子VI,與主VI 一樣，也采用事件結構, 事件結構檢測是否有相應的事件產生，本程序中主要判斷是否有相應的按鈕事件產生，事件發生則執行相應的程序流程。程序框圖如下圖所示：

圖 4- 8 “查看個人記錄”模塊程序框圖

(3)“查看文件流向”模塊：該模塊為獨立子VI,與主VI 一樣，也采用事件結構，事件結構檢測是否有相應的事件產生，本程序中主要判斷是否有相應的按鈕事件產生，事件發生則執行相應的程序流程。本程序中從數據庫中搜索并處理數據，再顯示在界面上，程序框圖如下圖所示：

圖 4- 9 “查看文件流向 ”模塊程序框圖

4.5.5軟件界面

（1）系統登陸界面:下圖所示為系統登陸界面，輸入用戶名和密碼后，點擊“確定” 按鈕，程序將進行用戶名和密碼的檢驗，驗證通過后方可使用。當同一用戶名超過三次

檢驗錯誤，該用戶將被鎖定，由超級管理員才能解除鎖定并重置密碼。

圖 4- 10 系統登陸界面

(2)主界面：涉密文件信息管理系統主界面如下圖所示，通過點擊按鈕進入相應功能模塊。

圖 4- 11 主界面

3)查看個人記錄界面：通過輸入搜索條件，從數據庫中搜索數據并顯示。

圖 4- 12 查看個人記錄界面

4）文件銷毀界面：通過掃描槍掃描文件二維碼或鍵盤輸入文件編號，輸入文件編

號后，從數據庫中搜索到此份文件并將文件標記為銷毀狀態，由保密管理人員負責銷毀。

文件銷毀

文

圖 4- 13 文件銷毀界面

（5）導入數據界面：用戶選擇數據所在文件夾，點擊確定按鈕，程序自動將文件夾內所有數據文件導入數據庫中。

圖 4- 14 導入數據界面

（6）導入記錄器數據界面：用戶選擇數據所在文件夾，點擊確定按鈕，程序自動將文件夾內所有數據文件導入數據庫中。說明信息欄用于實時顯示導入狀態。

圖 4- 15 導入記錄器數據界面

4.6小結

本章主要對涉密文件信息管理系統進行了詳細說明，內容包括功能詳細設計、硬件組成、系統軟件的操作流程說明等內容。軟件采用模塊化設計，按照功能對各模塊進行分開設計，各模塊耦合性低，可以獨立運行，方便系統功能的增加和刪除。4.5 節軟件實施部分介紹了軟件的開發環境、層次結構，并對主要的程序模塊進行了詳細介紹，對軟件界面設計進行了展示和說明。

結論

本研究針對目前涉密文件信息管理的現狀，綜合運用在物聯網領域的傳感技術、數據傳輸技術和計算機網絡技術，通過成熟的軟、硬件開發技術，設計并開發一套涉密文件信息管理系統，作為對電子涉密文件信息管理系統的有效補充和完善，既可以加強涉密文件的管理，又可簡化涉密文件的使用流程，減少人為管理的失誤，提高工作效率。二維碼技術的使用，為涉密紙質文件的管理和使用帶來了極大的方便，從而實現管理的智能化、信息化、人性化。

通過本研究，充分應用了嵌入式系統，掌握了嵌入式系統的工作方式、內核的配置、編譯以及應用程序的編寫與移植；熟悉了 ACCESS 數據庫，了解其工作原理，掌握了通過 LabVIEW 對 ACCESS 數據庫進行常規操作的方法，實現涉密文件信息管理系統對數據庫的查詢、添加、刪除和修改等功能；通過LabVIEW進行圖形界面開發，通過對 LabVIEW 的學習和研究，了解了它的工作原理和開發方法，完成程序的編寫，與數據庫建立了聯系，實現了相關控件的功能。

本研究充分考慮涉密單位應用的實際情況，一方面考慮操作的便捷性，另一方面考慮到涉密單位已有的涉密文件管理規定及現有設備情況，設計的系統易于移植到現有管理體系中，具有較強的實用性。

本系統雖然已經達到了預期效果，能夠較好實現涉密文件信息的管理任務，但還存在以下若干問題有待進一步改進：

1•工作流程有待優化，自動化程度有待加強。設計中需要人工手動將涉密U盤信息導入涉密文件信息管理系統的數據庫中，若有可靠的加密算法，可以考慮采用無線自動的方式進行數據傳輸，對可靠的加密算法進行研究是有待進一步考慮解決的問題。

2.設備小型化、工程化有待繼續研究。目前采用記錄器和掃描槍分開的設計方式，將硬件和掃描槍集成設計，有利于減小文件存取記錄器的體積，更有利于市場應用推廣。

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