基于滚码加密及AT89S52的防盗门锁系统研究

巩雪洁

(1.合肥工业大学，安徽 合肥230009；2.安徽电子职业技术学院，安徽 蚌埠236000)

0 引言

随着社会经济、科学技术和信息技术的发展，安全防盗已成为社会问题。随着大众生活水平和对生活质量要求的提高，对于家庭安全的考虑也越来越多，也有越来越多的家庭使用各种不同的防盗门去保护自己的安全。基于滚码加密的无线遥控技术目前已经发展的相当成熟，滚码加密技术在汽车防盗系统中得到了广泛的应用，但应用于防盗门锁系统还很少见。嵌入式是一种专用的计算机系统，作为装置或设备的一部分。通常，嵌入式系统是一个控制程序存储在ROM中的嵌入式处理器控制板,本文描述了一种基于滚码加密技术及嵌入式技术的无线遥控防盗门锁系统，该系统使用电子身份认证方式，安全性高，解决了钥匙被盗配的问题，也解决了固定编码电子密码锁的不足，同时针对用户在遥控器全部丢失或损坏无法开门的问题给予应对方案，提高系统的方便实用性。

1 滚动码技术

Keeloq技术是一种复杂的非线性加密算法，keeloq也是滚动码技术的专利产品。它是为克服传统的固定编码系统缺点开发的，是一种多变化，抗截获、高可靠新型的加解密技术。它的原始代码虽相同，但传输代码前采用了先进的非线性位加密技术，由加密算法及非易失同步参数产生滚动编码。这样，每次发送编码都是惟一的、不规则的，且不重复。正因为所生成、传输的动态编码仅一次性有效，编码间无相关性，无法预测、跟踪、截取、破译，从而有效克服传统固定编码缺点，提供强大、可靠的加密、认证性能，保密性极高，可应用于各种保密系统，具有较高安全防盗价值的场所等。

本方案所使用的编码芯片是美国Microchip公司推出的HCS301编码器。

1.1 HCS301编码原理(加密密钥产生)

HCS301在使用之前，必须产生一个唯一的加密密钥。密钥产生过程（图1）。

图1 密钥产生过程和滚动码产生图

由制造商代码和编码器序列号一起经密钥生成算法形成唯一的加密密钥，然后写入片内EEPROM。制造商代码，长度为64Bit，每一个制造商均不相同。制造商代码是整个系统安全的关键，应规范管理、保存。如制造商代码泄密，则整个系统没有任何安全性可言。编码器序列号为28Bit，对应于每一个编码器，可作为用户码。

1.2 HCS301编码过程

由原代码、加密密钥及同步码等经Keeloq算法加密后，产生32Bit高度保密的滚动代码。由于Keeloq算法的复杂性和16位同步码每次传输时都要更新，故每次传输代码都和上一次的代码完全不同。只有在传输216次后才可能重复，以每天传送10次代码计算，时间间隔为18年之久。

1.3 HCS301的工作流程

HCS301编码芯片的基本工作流程如图2。

图2 HCS301编码芯片的基本工作流程

1.4 滚动码解码原理

解码器必须具有两种功能：

1）“学习”功能，主要是学习并记忆编码器的一些主要特征；

2）解码功能，即能解密经滚码加密的滚动码，并能跟踪滚动过程。

“学习”过程

只有经过学习注册过的编码器才能被解码器识别。

滚码学习功能包括：“学习”新的编码器的信息和清除以前学习过的编码器的资料。

编码器只能学习与自己的厂商代码相同的编码器的信息。“学习”时,先按下解码器上的“学习”键,并在规定时间内按下编码器的任意按键。若在规定的时间内没有接收到数据,或者接收到数据,但数据经校验不正确,则认为学习失败,应重新学习。若长按“学习”按键超过8.2s,则解码器将擦除全部的编码器的存储值。所有的编码器必须从新学习才能被识别。

解码器接收到一次发送后,立即检查该编码器是否已被学习,如果是,则进行解码过程。由生成的密钥对滚动码部分进行解密,用鉴别位来判断解密是否有效,如果以上通过,则对同步值进行判断。同步值判断也通过后,才将接收到的按键值输出。

如果编码器的厂商代码与解码器的厂商代码不同，则它无法在解码器上“登记注册”。即使它的序列号与正在使用的一个解码器的序列号相同，解码器也无法对它发送来的数据进行正确解密(加密密钥与解密密钥不同)，从而将其发送来的数据视为无效的数据。这说明即使非法用户可以从空中截获正在使用的编码器的传输码，可以分析出该编码器对应的序列号，但由于无法得到加密密钥(即使获取该编码器，也不能读出厂商代码或加密密钥)，因此，也无法产生能被解码器识别的滚动加密编码。这就是系统可以防止遥控器被复制的原理。

2 防盗门锁系统

防盗门锁系统有用户遥控器和接收解码控制系统两部分组成。

遥控器是这个系统的控制端，在这个系统中起着重要的作用。所有的遥控器必须在接收解码控制系统“学习”之后才可以使用，没有经过“学习”的遥控器不能被接收解码控制系统识别。

系统采用无线射频遥控方式实现数据收发，信息采用滚码加密技术加密，保证了系统的安全及方便性。用户可以在距离接收系统20米的范围内的任何位置操作门锁，也可在室内直接按开关按钮控制开关门。

系统支持门外“学习”功能，解决了丢失遥控器不能开门的问题。用户可以在门外的键盘输入6位密码，若密码正确，则允许“学习”新的遥控器，若三次输入密码均不正确，则不允许再输入密码并报警。用户通过门内键盘能自己设定或修改密码，以防止密码被再次使用，提高系统的安全性。

2.1 系统功能

1）系统性能必须安全、稳定、可靠。

2）防盗门锁系统有遥控器和遥控接收系统两部分组成。

3（遥控器有开门、关门两个按键，体积小，便于用户携带，用户可以在距离门20米的范围内操作门锁。遥控器必须登记注册后才能使用，数据采用滚码加密传输，保证系统的安全性。

4）门外设有固定键盘，用于在门外通过输入密码复制遥控器，以解决用户在丢失所有遥控器后，无法打开门锁的烦恼。

5）门内也设有固定键盘，方便用户再室内设定和修改密码。

6）在断电情况下，原设定密码及相关信息不丢失。

7）系统应配备显示器件，以方便人机交互。

8）系统具有语音提示及报警功能。

9）系统使用可充电电池供电时也能长时间使用；还应配备市电接口。

2.2 AT89S52的选择

CPU是整个无线遥控系统接收部分的核心。本系统选用Atmel公司生产的8位高性能低功耗CMOS单片机AT89S52作为整个系统的控制中心。

AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS 8位单片机，片内含8KB ISP（In-system programmable）的可反复擦写1000次的Flash只读程序存储器、该器件采用Atmel公司的高密度、非易失性存储技术制造、兼容标准MCS-51指令系统及80C51引脚结构。片内集成了通用的8位CPU和ISPFlash为存储单元，可为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、高性价比的解决方案。

［1］王京沪.基于门锁用可编码遥控学习的滚码接收器[P].中国专利.200420086 265.X，2005，12，7.