鞏雪潔

(1.合肥工業(yè)大學(xué)，安徽 合肥230009；2.安徽電子職業(yè)技術(shù)學(xué)院，安徽 蚌埠236000)

0 引言

隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)、科學(xué)技術(shù)和信息技術(shù)的發(fā)展，安全防盜已成為社會(huì)問(wèn)題。隨著大眾生活水平和對(duì)生活質(zhì)量要求的提高，對(duì)于家庭安全的考慮也越來(lái)越多，也有越來(lái)越多的家庭使用各種不同的防盜門(mén)去保護(hù)自己的安全?；跐L碼加密的無(wú)線(xiàn)遙控技術(shù)目前已經(jīng)發(fā)展的相當(dāng)成熟，滾碼加密技術(shù)在汽車(chē)防盜系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用，但應(yīng)用于防盜門(mén)鎖系統(tǒng)還很少見(jiàn)。嵌入式是一種專(zhuān)用的計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，作為裝置或設(shè)備的一部分。通常，嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)控制程序存儲(chǔ)在ROM中的嵌入式處理器控制板,本文描述了一種基于滾碼加密技術(shù)及嵌入式技術(shù)的無(wú)線(xiàn)遙控防盜門(mén)鎖系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用電子身份認(rèn)證方式，安全性高，解決了鑰匙被盜配的問(wèn)題，也解決了固定編碼電子密碼鎖的不足，同時(shí)針對(duì)用戶(hù)在遙控器全部丟失或損壞無(wú)法開(kāi)門(mén)的問(wèn)題給予應(yīng)對(duì)方案，提高系統(tǒng)的方便實(shí)用性。

1 滾動(dòng)碼技術(shù)

Keeloq技術(shù)是一種復(fù)雜的非線(xiàn)性加密算法，keeloq也是滾動(dòng)碼技術(shù)的專(zhuān)利產(chǎn)品。它是為克服傳統(tǒng)的固定編碼系統(tǒng)缺點(diǎn)開(kāi)發(fā)的，是一種多變化，抗截獲、高可靠新型的加解密技術(shù)。它的原始代碼雖相同，但傳輸代碼前采用了先進(jìn)的非線(xiàn)性位加密技術(shù)，由加密算法及非易失同步參數(shù)產(chǎn)生滾動(dòng)編碼。這樣，每次發(fā)送編碼都是惟一的、不規(guī)則的，且不重復(fù)。正因?yàn)樗?、傳輸?shù)膭?dòng)態(tài)編碼僅一次性有效，編碼間無(wú)相關(guān)性，無(wú)法預(yù)測(cè)、跟蹤、截取、破譯，從而有效克服傳統(tǒng)固定編碼缺點(diǎn)，提供強(qiáng)大、可靠的加密、認(rèn)證性能，保密性極高，可應(yīng)用于各種保密系統(tǒng)，具有較高安全防盜價(jià)值的場(chǎng)所等。

本方案所使用的編碼芯片是美國(guó)Microchip公司推出的HCS301編碼器。

1.1 HCS301編碼原理(加密密鑰產(chǎn)生)

HCS301在使用之前，必須產(chǎn)生一個(gè)唯一的加密密鑰。密鑰產(chǎn)生過(guò)程（圖1）。

圖1 密鑰產(chǎn)生過(guò)程和滾動(dòng)碼產(chǎn)生圖

由制造商代碼和編碼器序列號(hào)一起經(jīng)密鑰生成算法形成唯一的加密密鑰，然后寫(xiě)入片內(nèi)EEPROM。制造商代碼，長(zhǎng)度為64Bit，每一個(gè)制造商均不相同。制造商代碼是整個(gè)系統(tǒng)安全的關(guān)鍵，應(yīng)規(guī)范管理、保存。如制造商代碼泄密，則整個(gè)系統(tǒng)沒(méi)有任何安全性可言。編碼器序列號(hào)為28Bit，對(duì)應(yīng)于每一個(gè)編碼器，可作為用戶(hù)碼。

1.2 HCS301編碼過(guò)程

由原代碼、加密密鑰及同步碼等經(jīng)Keeloq算法加密后，產(chǎn)生32Bit高度保密的滾動(dòng)代碼。由于Keeloq算法的復(fù)雜性和16位同步碼每次傳輸時(shí)都要更新，故每次傳輸代碼都和上一次的代碼完全不同。只有在傳輸216次后才可能重復(fù)，以每天傳送10次代碼計(jì)算，時(shí)間間隔為18年之久。

1.3 HCS301的工作流程

HCS301編碼芯片的基本工作流程如圖2。

圖2 HCS301編碼芯片的基本工作流程

1.4 滾動(dòng)碼解碼原理

解碼器必須具有兩種功能：

1）“學(xué)習(xí)”功能，主要是學(xué)習(xí)并記憶編碼器的一些主要特征；

2）解碼功能，即能解密經(jīng)滾碼加密的滾動(dòng)碼，并能跟蹤滾動(dòng)過(guò)程。

“學(xué)習(xí)”過(guò)程

只有經(jīng)過(guò)學(xué)習(xí)注冊(cè)過(guò)的編碼器才能被解碼器識(shí)別。

滾碼學(xué)習(xí)功能包括：“學(xué)習(xí)”新的編碼器的信息和清除以前學(xué)習(xí)過(guò)的編碼器的資料。

編碼器只能學(xué)習(xí)與自己的廠商代碼相同的編碼器的信息?！皩W(xué)習(xí)”時(shí),先按下解碼器上的“學(xué)習(xí)”鍵,并在規(guī)定時(shí)間內(nèi)按下編碼器的任意按鍵。若在規(guī)定的時(shí)間內(nèi)沒(méi)有接收到數(shù)據(jù),或者接收到數(shù)據(jù),但數(shù)據(jù)經(jīng)校驗(yàn)不正確,則認(rèn)為學(xué)習(xí)失敗,應(yīng)重新學(xué)習(xí)。若長(zhǎng)按“學(xué)習(xí)”按鍵超過(guò)8.2s,則解碼器將擦除全部的編碼器的存儲(chǔ)值。所有的編碼器必須從新學(xué)習(xí)才能被識(shí)別。

解碼器接收到一次發(fā)送后,立即檢查該編碼器是否已被學(xué)習(xí),如果是,則進(jìn)行解碼過(guò)程。由生成的密鑰對(duì)滾動(dòng)碼部分進(jìn)行解密,用鑒別位來(lái)判斷解密是否有效,如果以上通過(guò),則對(duì)同步值進(jìn)行判斷。同步值判斷也通過(guò)后,才將接收到的按鍵值輸出。

如果編碼器的廠商代碼與解碼器的廠商代碼不同，則它無(wú)法在解碼器上“登記注冊(cè)”。即使它的序列號(hào)與正在使用的一個(gè)解碼器的序列號(hào)相同，解碼器也無(wú)法對(duì)它發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行正確解密(加密密鑰與解密密鑰不同)，從而將其發(fā)送來(lái)的數(shù)據(jù)視為無(wú)效的數(shù)據(jù)。這說(shuō)明即使非法用戶(hù)可以從空中截獲正在使用的編碼器的傳輸碼，可以分析出該編碼器對(duì)應(yīng)的序列號(hào)，但由于無(wú)法得到加密密鑰(即使獲取該編碼器，也不能讀出廠商代碼或加密密鑰)，因此，也無(wú)法產(chǎn)生能被解碼器識(shí)別的滾動(dòng)加密編碼。這就是系統(tǒng)可以防止遙控器被復(fù)制的原理。

2 防盜門(mén)鎖系統(tǒng)

防盜門(mén)鎖系統(tǒng)有用戶(hù)遙控器和接收解碼控制系統(tǒng)兩部分組成。

遙控器是這個(gè)系統(tǒng)的控制端，在這個(gè)系統(tǒng)中起著重要的作用。所有的遙控器必須在接收解碼控制系統(tǒng)“學(xué)習(xí)”之后才可以使用，沒(méi)有經(jīng)過(guò)“學(xué)習(xí)”的遙控器不能被接收解碼控制系統(tǒng)識(shí)別。

系統(tǒng)采用無(wú)線(xiàn)射頻遙控方式實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)收發(fā)，信息采用滾碼加密技術(shù)加密，保證了系統(tǒng)的安全及方便性。用戶(hù)可以在距離接收系統(tǒng)20米的范圍內(nèi)的任何位置操作門(mén)鎖，也可在室內(nèi)直接按開(kāi)關(guān)按鈕控制開(kāi)關(guān)門(mén)。

系統(tǒng)支持門(mén)外“學(xué)習(xí)”功能，解決了丟失遙控器不能開(kāi)門(mén)的問(wèn)題。用戶(hù)可以在門(mén)外的鍵盤(pán)輸入6位密碼，若密碼正確，則允許“學(xué)習(xí)”新的遙控器，若三次輸入密碼均不正確，則不允許再輸入密碼并報(bào)警。用戶(hù)通過(guò)門(mén)內(nèi)鍵盤(pán)能自己設(shè)定或修改密碼，以防止密碼被再次使用，提高系統(tǒng)的安全性。

2.1 系統(tǒng)功能

1）系統(tǒng)性能必須安全、穩(wěn)定、可靠。

2）防盜門(mén)鎖系統(tǒng)有遙控器和遙控接收系統(tǒng)兩部分組成。

3（遙控器有開(kāi)門(mén)、關(guān)門(mén)兩個(gè)按鍵，體積小，便于用戶(hù)攜帶，用戶(hù)可以在距離門(mén)20米的范圍內(nèi)操作門(mén)鎖。遙控器必須登記注冊(cè)后才能使用，數(shù)據(jù)采用滾碼加密傳輸，保證系統(tǒng)的安全性。

4）門(mén)外設(shè)有固定鍵盤(pán)，用于在門(mén)外通過(guò)輸入密碼復(fù)制遙控器，以解決用戶(hù)在丟失所有遙控器后，無(wú)法打開(kāi)門(mén)鎖的煩惱。

5）門(mén)內(nèi)也設(shè)有固定鍵盤(pán)，方便用戶(hù)再室內(nèi)設(shè)定和修改密碼。

6）在斷電情況下，原設(shè)定密碼及相關(guān)信息不丟失。

7）系統(tǒng)應(yīng)配備顯示器件，以方便人機(jī)交互。

8）系統(tǒng)具有語(yǔ)音提示及報(bào)警功能。

9）系統(tǒng)使用可充電電池供電時(shí)也能長(zhǎng)時(shí)間使用；還應(yīng)配備市電接口。

2.2 AT89S52的選擇

CPU是整個(gè)無(wú)線(xiàn)遙控系統(tǒng)接收部分的核心。本系統(tǒng)選用Atmel公司生產(chǎn)的8位高性能低功耗CMOS單片機(jī)AT89S52作為整個(gè)系統(tǒng)的控制中心。

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS 8位單片機(jī)，片內(nèi)含8KB ISP（In-system programmable）的可反復(fù)擦寫(xiě)1000次的Flash只讀程序存儲(chǔ)器、該器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)制造、兼容標(biāo)準(zhǔn)MCS-51指令系統(tǒng)及80C51引腳結(jié)構(gòu)。片內(nèi)集成了通用的8位CPU和ISPFlash為存儲(chǔ)單元，可為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、高性?xún)r(jià)比的解決方案。

［1］王京滬.基于門(mén)鎖用可編碼遙控學(xué)習(xí)的滾碼接收器[P].中國(guó)專(zhuān)利.200420086 265.X，2005，12，7.