基于跳碼技術的無線密碼鎖設計

1、    基于跳碼技術的無線密碼鎖設計0引言無線電子鎖系統(tǒng)相比傳統(tǒng)機械鎖系統(tǒng)具有無接觸性、方便快捷、易于管理等優(yōu)點，伴隨著RF器件的價格逐步降低和各種數(shù)控系統(tǒng)的集成化要求，無線電子鎖在更多的領域得到了應用。早期的無線電子鎖系統(tǒng)，鑰匙向鎖發(fā)送的或者是沒有加密的固定密碼，或者是經(jīng)過PT2262，VD5026等編碼芯片編碼的密碼，但這些方式產(chǎn)生的密碼都是固定的內(nèi)容，且長度較短(一般不超過16位)，入侵者只要利用"拷貝重發(fā)"或者"掃描跟蹤"等方0 引言    無線電子鎖系統(tǒng)相比傳統(tǒng)機械鎖系統(tǒng)具有

2、無接觸性、方便快捷、易于管理等優(yōu)點，伴隨著RF器件的價格逐步降低和各種數(shù)控系統(tǒng)的集成化要求，無線電子鎖在更多的領域得到了應用。早期的無線電子鎖系統(tǒng)，鑰匙向鎖發(fā)送的或者是沒有加密的固定密碼，或者是經(jīng)過PT2262，VD5026等編碼芯片編碼的密碼，但這些方式產(chǎn)生的密碼都是固定的內(nèi)容，且長度較短(一般不超過16位)，入侵者只要利用"拷貝重發(fā)"或者"掃描跟蹤"等方法就可輕而易舉地破解，因此這樣的方案都應用于對安全性要求不高的場合。    為滿足對更高安全性的要求，本文提出一種基于"跳碼"的無線鎖解決方案。所謂跳

3、碼，是指鑰匙每次向鎖發(fā)送的密碼都是唯一而隨機的，入侵者無法預測，即使記錄了原來的開鎖密碼也不能用于下次開鎖，因此安全性極高。1 跳碼的軟件實現(xiàn)    目前跳碼的實現(xiàn)多借助于專用的處理器硬件，如Microchip的HCSXXX系列，美國MACRSTAR公司的TR13XX，ACM公司的ACM1330E系列，這些產(chǎn)品都是專利產(chǎn)品，內(nèi)部算法對外不公開。設計者要想使用這些產(chǎn)品，必須學習新的處理器，并且付出一定的專利費。這里提出一種跳碼的完全軟件實現(xiàn)，使用合適的普通單片機就可運行這種跳碼軟件。    跳碼的實現(xiàn)核心是非線性加密算法，利用32位非線

4、性反饋移位寄存器(NLFSR)和64位密鑰組成的加密單元，可實現(xiàn)對輸入32位二進制數(shù)據(jù)的加密，加密后的輸出是32位二進制隨機數(shù)。輸入有一位變化，加密后的輸出統(tǒng)計上將有一半以上的位發(fā)生變化，具有相當高的隨機性。圖1是跳碼加密和解密的示意圖：    注意，對于同一套加密系統(tǒng)，加密單元和解密單元的64位密鑰是相同的，且是不公開的，這是典型的私鑰加密系統(tǒng)。11 加密單元    依據(jù)上圖，加密時，將欲加密的32位二進制數(shù)據(jù)X存入32位移位寄存器(shift register，SR)中，選取32位SR的1、9、20、26、31位和固定32位二進制

5、數(shù)據(jù)OX3A5C742E組成非線性函數(shù)(NLR)的輸入，NLR的輸出、SR的0、16位、以及64位密鑰移位寄存器(keyFSR)移位后的0位，這些位數(shù)據(jù)異或(XOR)后產(chǎn)生的1bit數(shù)據(jù)作為32位SR的31位。循環(huán)此操作528輪后，32位SR 中的數(shù)據(jù)即為X經(jīng)加密后的跳碼數(shù)據(jù)Y。這里給出用VC60對該加密算法的實現(xiàn)：   12 解密單元    跳碼解密單元是加密單元的逆操作。依據(jù)圖3，解密時，將欲解密的32位二進制跳碼Y存入32位SR中，選取32位SR的0、8、19、25、30位和固定32位二進制數(shù)據(jù)OX3A5C742E組成非線性函數(shù)

6、NLR的輸入，NLR的輸出、SR的15、31位、以及64位key FSR移位后的15位，這些位數(shù)據(jù)異或(XOR)后產(chǎn)生的1bit數(shù)據(jù)作為32位SR的0位。循環(huán)此操作528輪后，32位SR中的數(shù)據(jù)即為解密后的數(shù)據(jù)X。這里給出用VC60對該解密算法的實現(xiàn)：13 跳碼加解密算法在單片機中的實現(xiàn)    上述跳碼算法，即加密函數(shù)Encrypt()和解密函數(shù)Decrypt()，接收的參數(shù)為32位無符號整數(shù)和64位無符號整數(shù)，返回的是32位無符號整數(shù)。單片機大多是8位機，其編譯開發(fā)環(huán)境所定義的同樣數(shù)據(jù)類型的長度與PC機有所不同，如unsigned int在PC上定義為32位無符號二進制數(shù)，而在單片機上常定義為1