1 系统功能要求
(1)系统要能识别从计算机任何一个USB端口接入的移动存储设备，如U盘等设备。对于非存储类的USB设备，如：USB接口的打印机、扫描仪等，不能误判作移动存储设备。
(2)锁屏。一旦有U盘接入，系统能立即响应，并做出相应的处理。用一个无标题、无边框、无关闭按钮、最大化显示的窗体覆盖在所有窗体和任务栏的前面实现锁屏。
(3)封锁键盘。封锁键盘就是使用户键盘上的键失效,尤其是一些特殊功能组合键,如：Ctrl-Alt-Delete、Alt-Tab、Alt-Esc、Alt-F4、Windows-Key。
(4)关闭任务栏和开始菜单。
(5)封锁状态解锁。系统有提供给系统管理员或监考人员解锁的功能，解锁时要输入特定的解锁密码。
(6)解锁密码管理功能。系统提供由系统管理员使用的密码维护、修改、重置和忘记密码的处理功能。
2 系统总体设计
2.1 系统组成
系统主要由USB端口监视系统和密码维护系统两部分组成。其组成结构如图1所示。
2.2 USB端口实时监视系统组成结构USB端口实时监视系统由核心模块、USB端口监视模块、屏幕、键盘加锁模块、键盘解锁模块、记录/读取系统USB使用状态模块、密码解锁处理模块和重启处理模块组成。其组织结构如图2所示。
2.3 密码维护系统组成结构密码维护系统由密码修改和使用初始密码两部分组成。如图3所示。
密码修改提供给管理员修改维护解锁密码。遗忘解锁密码时，先使用初始密码功能将解锁密码设置为初始密码，然后再修改成指定密码。该系统为一个相对独立的子系统，由系统管理员掌管使用。
3 USB端口监视系统设计
为了不和考试系统争抢资源，系统被设计成后台运行方式，以中断方式获取机器USB端口状态变化。采用进程保护技术进行系统自我保护，使系统在运行时不被考生强行终止，提高了系统的安全性。当考生在考试过程中插入U盘时，系统自动弹出锁屏窗体，并在窗体中显示考生已使用U盘的提示信息。锁住键盘，记录U盘的状态信息，即使考生拨掉U盘，系统自锁也不撤消。若考生用RESET开关强行重启机器或强行关机后再开机，当Windows系统启动完成后，系统仍然处于自锁状态。只有当监考老师用解锁命令和解锁密码解锁后，系统才恢复到正常状态。
3.1 USB端口监视模块设计
USB端口监视模块是系统的核心模块之一，也是系统的重要模块。设计流程如图4所示。
系统运行后，模块即进入工作状态，为了尽量少占用系统资源，模块以中断方式获取机器USB端口状态变化，一旦发现端口接入USB移动存储设备随即进行处理。当发现端口有USB设备接入后，随即读取此设备的设备类型特征码。根据其设备类型特征码判断此设备是否是USB移动存储设备。如果是移动存储设备，则调用其后续模块。否则，不做处理。
3.2 锁屏设计
锁屏模块是使系统呈现在考生面前的模块。设计流程如图5所示。
模块被调用后，首先隐藏任务栏，关闭开始菜单，然后以白色、无边框、无标题栏、无关窗体控制按钮的窗体形式显示在所有窗体的最前面,遮盖住Windows的任务栏,并在窗体中央显示“正在使用USB设备... 系统自锁。请与监考老师联系”字样，提示考生由于插入了U盘从而系统自锁了。3.3 锁键盘设计
锁键盘模块的执行结果呈现在考生面前的是键盘处于失效。本模块被调用后，将封锁键盘上的所有字母键、功能键和组合键，唯一开放的键是F12键，是输入解锁密码的入口键。
其功能是：
(1)封锁键盘上的所有单键，只留F12键。
(2)封锁Ctrl-Alt-Delete组合键，禁止打开Windows任务管理器。
(3)封锁Windows-Key(微软键)，禁止打开开始菜单。
(4)封锁Alt-F4组合键，禁止用此键关闭本程序。
(5)封锁Alt-Tab、Alt-Esc组合键，禁止切换任务窗体。
在封锁键盘模块设计中使用到了钩子(Hook)技术。系统使用键盘钩子截获键盘消息，在钩子函数中判断键盘消息中的键是否需要屏蔽键，如果需要屏蔽键，则不将此消息发送到窗体，从而达到屏蔽键盘的目的。由于系统需要屏蔽的键中有Windows-Key，而使用普通的键盘钩子不能捕捉到Windows-Key键。所以系统使用了底层键盘钩子，即全局键盘钩子。
安装键盘钩子：
[DllImport("user32", EntryPoint = "SetWindowsHookExA", CharSet = CharSet.Ansi, SetLastError = true, ExactSpelling = true)]
public static extern int SetWindowsHookEx(int idHook, // 钩子的类型，即其处理的消息类型。
GlobalKeyboardProcDelegate lpfn, // 如果dwThreadId参数为0 或是一个由别的进程创建的线程的标识，lpfn必须指向DLL中的钩子子程。
int hMod, // 应用程序实例的句柄。标识包含lpfn所指的子程的DLL。
int dwThreadId);
其中：GlobalKeyboardProcDelegate是处理键盘钩子截获的键盘消息的代理函数。设计如下：
public int GlobalKeyboardProc(int nCode, int wParam, ref KBDLLHOOKSTRUCT lParam)
{
bool keyEven = false;
switch (wParam)
{
case WM_KEYDOWN:
case WM_KEYUP:
case WM_SYSKEYDOWN:
case WM_SYSKEYUP:
keyEven = (((lParam.vkCode == 0x09) && (lParam.
flags == 0x20)) | // Alt+Tab
((lParam.vkCode == 0x1B) && (lParam.flags ==
0x20)) | // Alt+Esc
((lParam.vkCode == 0x1B) && (lParam.flags ==
0x00)) | // Ctrl+Esc
((lParam.vkCode == 0x5B) && (lParam.flags ==
0x01)) | // Left Windows Key
((lParam.vkCode == 0x5C) && (lParam.flags ==
0x01)) | // Right Windows Key
((lParam.vkCode == 0x73) && (lParam.flags ==
0x20)) | // Alt+F4
);
break;
}
if (keyEven == true)
{
return 1;
}
else
{
return CallNextHookEx(0, nCode, wParam, ref lParam);
}
}
卸载键盘钩子：
[DllImport("user32", EntryPoint = "UnhookWindowsHookEx", CharSet = CharSet.Ansi, SetLastError = true, ExactSpelling = true)]
public static extern int UnhookWindowsHookEx(int hHook);
转到下一个钩子：
[DllImport("user32",EntryPoint="CallNextHookEx", CharSet=
CharSet.Ansi, SetLastError=true,ExactSpelling= true)]
public static extern int CallNextHookEx(int hHook, int nCode, int wParam, ref KBDLLHOOKSTRUCT lParam);
4 系统自身保护及运行
由于考生在考试过程中的作弊现象时有发生，因此监考和作弊考生是一对不可避免的矛盾，相互存在着一
定斗智斗勇现象。系统在一定程度上也充当了监考的角色，因此它就需要具有一定的自身保护能力，而不被考生终止运行。系统采用如下几种保护：
(1)用户终止保护
系统被设计成一个后台运行系统，运行后不显示任何窗体，只在系统的托盘中显示一个图标，而且不提供右击弹出菜单和双击显示主程序窗体的功能。从而使考生不能直接终止本程序，实现终止保护。
(2)进程保护
采用了进程保护技术，使得在Windows的任务管理器中无法终止本进程。防止考生在使用U盘前先终止本进程。
(3)卸载保护
系统在第一次运行时会自动在添加/删除程序列表中找到自己的列表项，并将其隐藏起来，这样本系统就无法从Windows中卸载。
系统目前已经运行在本校进行的“试点高校网络教育部分基础课程统一考试”的客户端上，取得了良好的效果。该系统不但能运行在网络考试客户端上，也可以运行于各种无纸化考试系统的客户端上。系统目前还有一些不足之处需要改进，如目前只是单机版，过程状态数据没有记录，不利于监考老师的集中管理，还有待于升级成网络版。
参考文献
[1] 李英伟.USB2.0原理与工程开发(第2版)[M].北京:国防工业出版社，2007
[2] 陈启美，丁传锁.计算机USB接口技术[M]. 南京:南京大学出版社，2003.
[3] 薛园园. USB应用开发技术大全[M].北京: 人民邮电出版社，2007.
[4] 肖踞雄，翁铁成. USB技术及应用设计[M].北京:清华大学出版社，2003.
