汽車防盜系統(tǒng)簡介

1、SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)背 景 介 紹20世紀(jì)90年代初：在射頻識別領(lǐng)域（RFID-Radio Frequency Identification)領(lǐng)域，數(shù)據(jù)采集的實用技術(shù)獲得突破性進(jìn)展;1994年，福特公司在其歐洲生產(chǎn)的ESCORT車上首先配備了基于RFID的汽車防盜系統(tǒng);1995年，基于控制點火系統(tǒng)的汽車防盜系統(tǒng)成為所有在歐洲銷售的家用轎車的標(biāo)準(zhǔn)配置，汽車失竊率降低90%，并逐漸推廣到世界各個范圍；SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)系統(tǒng)基本原理系統(tǒng)基本原理基本原理：基本原理：利用射頻技術(shù)，實現(xiàn)非接觸式或遙控式的鑰匙鑒別；利

2、用數(shù)字加密技術(shù)，實現(xiàn)EMS ECU和IMMO.ECU之間的加密通訊；EMS ECU識別來自IMMO.ECU的信息，進(jìn)而來控制點火和噴油。SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)系統(tǒng)基本組成系統(tǒng)基本組成防盜系統(tǒng)的基本組成包括四個部分:發(fā)動機(jī)控制ECU (EMS ECU)防盜控制ECU (Immobilizer ECU)發(fā)送器 (Transponder)診斷器 (Tester)根據(jù)防盜控制ECU的集成程度，防盜系統(tǒng)有兩種結(jié)構(gòu)形式：1 防盜控制ECU作為一個獨立的器件；2 將防盜控制ECU中的單片機(jī)控制功能集成到車內(nèi)某一器件單片機(jī)內(nèi)，僅將信號收發(fā)器獨立出來。SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)系統(tǒng)基本組成（結(jié)構(gòu)

3、一）系統(tǒng)基本組成（結(jié)構(gòu)一）ECU: Electronic Control Unit(電子控制器)EMS: Engine Management System(發(fā)動機(jī)管理系統(tǒng))Immo: Immobilizer(防盜器) 發(fā)動機(jī)控制器EMS ECU診斷儀Tester防盜控制器Immo ECU發(fā)送器Transponder收發(fā)器TransceiverSJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖(結(jié)構(gòu)一結(jié)構(gòu)一)Power接收解碼器接收解碼器模擬口模擬口串行口串行口防盜防盜 ECUMicrocontroller密密 鑰鑰加密單元加密單元隨機(jī)數(shù)生成器隨機(jī)數(shù)生成器鑰匙密碼鑰匙密碼發(fā)動機(jī)控制發(fā)動機(jī)控制E

4、CU(EMS)Microcontroller密密 鑰鑰加密單元加密單元隨機(jī)數(shù)生成器隨機(jī)數(shù)生成器發(fā)送器發(fā)送器SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)系統(tǒng)基本組成（結(jié)構(gòu)二）系統(tǒng)基本組成（結(jié)構(gòu)二） 發(fā)動機(jī)控制器EMS ECU收發(fā)器Transceiver發(fā)射應(yīng)答器Transponder診斷儀TesterSJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)系統(tǒng)原理圖系統(tǒng)原理圖(結(jié)構(gòu)二結(jié)構(gòu)二)PowerTransponder(EMS ECU)Microcontroller密鑰密鑰加密單元加密單元隨機(jī)數(shù)生成器隨機(jī)數(shù)生成器收發(fā)器收發(fā)器模擬口模擬口串行口串行口SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)主要器件說明主要器件說明發(fā)送器（Transpon

5、der）：非接觸式無源型電源管理模塊數(shù)據(jù)加調(diào)解調(diào)模塊控制邏輯模塊計 算模 塊存 儲單 元CLSJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)主要器件說明主要器件說明收發(fā)器（Transceiver）：收 發(fā) 器天線驅(qū)動模塊解調(diào)模塊TXRX控制邏輯單元控制器寄存器振蕩器串行通訊口XTAL1DINDOUTCLKXTAL2SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)主要器件說明主要器件說明感應(yīng)耦合電路：感應(yīng)耦合電路：防盜ECU利用感應(yīng)耦合電路進(jìn)行能量的傳送和數(shù)據(jù)通訊。UR1U1Uq1UL1UC1I1UL2I2Uq2IC2IR2SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)寫入: 一般采用ASK(Amplitude shift keying)技

6、術(shù)，通過通、斷天線實現(xiàn)在確定時期內(nèi)的振幅變化。主要器件說明主要器件說明寫入信號參考示意圖SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)讀取: 采用AM/PM(Amplitude modulation and Phase modulation)技術(shù)。通過感應(yīng)發(fā)送器切換電源開關(guān)導(dǎo)致的線圈電壓變化讀取數(shù)據(jù)。主要器件說明主要器件說明信號讀取參考示意圖SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜參考圖防盜參考圖SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)主要器件說明主要器件說明診斷儀（TESTER）：除完成正常的汽車電子設(shè)備的診斷功能之外，還具備匹配新鑰匙、新控制單元功能，此外高級的診斷儀還具備部分發(fā)動機(jī)匹配功能，執(zhí)行單元檢測等功能。S

7、JTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜加密說明防盜加密說明1相互認(rèn)證式（Mutual authentication）： 識別主客體均有固定密碼和加解密算法，通訊過程利用隨機(jī)數(shù)加密，識別客體只有在確認(rèn)主體發(fā)送的密碼正確后，才發(fā)送自身儲存密碼。2質(zhì)詢應(yīng)答式（Request-response）：由識別主體發(fā)送質(zhì)詢信號，識別客體根據(jù)接收到的質(zhì)詢信號返回相應(yīng)的加密數(shù)據(jù)?？捎幸韵聝煞N方式不含解密算法加密含解密算法加密SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜防盜ECU相互認(rèn)證示意圖相互認(rèn)證示意圖 加加 密密 傳傳 輸輸鎖密碼鎖密碼鑰匙密碼鑰匙密碼隨機(jī)數(shù)隨機(jī)數(shù)鑰匙標(biāo)志碼鑰匙標(biāo)志碼比比 較較鎖密碼鎖密碼 鑰匙密碼鑰匙密

8、碼隨機(jī)數(shù)發(fā)生器隨機(jī)數(shù)發(fā)生器鎖密碼鎖密碼鑰匙密碼鑰匙密碼加加 密密解解 密密單單 元元防盜防盜ECU (鎖鎖)喚醒信號喚醒信號鎖密碼鎖密碼 鑰匙密碼鑰匙密碼鑰匙標(biāo)志碼鑰匙標(biāo)志碼發(fā)送器發(fā)送器(鑰匙鑰匙)加加 密密解解 密密單單 元元SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜防盜ECU相互認(rèn)證流程圖相互認(rèn)證流程圖防盜ECU發(fā)送器發(fā)送請求信號、充電發(fā)送器身份號加密接收器密碼解密接收器密碼并核實，若錯誤則停止加密發(fā)送器密碼解密并核實發(fā)送器密碼發(fā)送加密接收器密碼防盜ECU相互認(rèn)證流程圖：SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)比比 較較密密 碼碼隨機(jī)數(shù)生成器隨機(jī)數(shù)生成器 加密單元加密單元防盜防盜ECU應(yīng)答信號應(yīng)答信號鑰

9、匙識別碼鑰匙識別碼質(zhì)詢信號質(zhì)詢信號防盜防盜ECU質(zhì)詢質(zhì)詢-應(yīng)答式鑒別示意圖應(yīng)答式鑒別示意圖鑰匙識別碼鑰匙識別碼發(fā)送器發(fā)送器加密單元加密單元密密 碼碼喚醒信號喚醒信號SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)無解密算法方式：比較算法結(jié)果識別主體生成隨機(jī)數(shù)A識別客體采用相同密鑰的同一加密算法隨機(jī)數(shù)發(fā)送隨機(jī)數(shù)C喚醒隨機(jī)數(shù)D返回防盜防盜ECU質(zhì)詢質(zhì)詢-應(yīng)答式鑒別流程圖應(yīng)答式鑒別流程圖SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜防盜ECU質(zhì)詢質(zhì)詢-應(yīng)答式鑒別流程圖應(yīng)答式鑒別流程圖識別主體識別客體采用對應(yīng)的解密算法得到固定碼B隨機(jī)數(shù)+固定碼A比較A,B喚醒隨機(jī)數(shù)D加密算法含解密算法方式：SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜

10、系統(tǒng)的運行管理防盜系統(tǒng)的運行管理初始狀態(tài)初始狀態(tài)：出廠初期，已經(jīng)過軟硬件測試，僅有自身的特征碼，尚未記錄其它關(guān)聯(lián)部件信息。運行狀態(tài)運行狀態(tài)：內(nèi)部已記錄其它關(guān)聯(lián)部件特征信息，只有在核實上游部件后，才進(jìn)行與下游部件的通訊。禁止?fàn)顟B(tài)禁止?fàn)顟B(tài)：遭到非法侵入或其它意外，不向外發(fā)送任何信息。功能中止?fàn)顟B(tài)功能中止?fàn)顟B(tài)：僅針對EMS ECU，防盜功能關(guān)閉。所有狀態(tài)變換過程均在指定儀器下進(jìn)行。狀態(tài)變換過程取決于各部件之間預(yù)設(shè)的通訊協(xié)議。狀態(tài)說明狀態(tài)說明:SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜系統(tǒng)的運行管理防盜系統(tǒng)的運行管理狀態(tài)變換狀態(tài)變換1 EMS ECU：禁止?fàn)顟B(tài)初始狀態(tài)運行狀態(tài)防盜功能中止?fàn)顟B(tài)任何有效信息學(xué)習(xí)

11、結(jié)束特殊指令特殊指令特殊指令特殊指令SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)2 防盜防盜ECU：禁止?fàn)顟B(tài)學(xué)習(xí)結(jié)束惡意行為特殊指令初始狀態(tài)運行狀態(tài)任何有效信息防盜系統(tǒng)的運行管理防盜系統(tǒng)的運行管理SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)發(fā)送器狀態(tài)變換發(fā)送器狀態(tài)變換3 發(fā)送器：發(fā)送器：初始狀態(tài)運 行 狀態(tài)特殊命令不 可 返回 運 行狀態(tài)特殊命令SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜防盜ECU主要故障與原因主要故障與原因防盜防盜ECU主要故障：主要故障：線圈開路線圈短路信號太弱故障可能原因：故障可能原因：溫度、濕度影響、線圈老化、或意外情況。SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)防盜防盜ECU的診斷和維修的診斷和維修防盜防盜

12、ECU診斷：診斷：當(dāng)前的防盜ECU內(nèi)部的收發(fā)器Transceiver均可對上述故障進(jìn)行診斷并設(shè)置相應(yīng)的標(biāo)志位，并可以通過診斷儀讀取。防盜防盜ECU維修維修：所有防盜控制單元中的組成器件均為一次性的，維修時原則上采取更換新器件并重新匹配的原則。SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)當(dāng)前防盜主要發(fā)展方向當(dāng)前防盜主要發(fā)展方向1 遠(yuǎn)程遙控遠(yuǎn)程遙控將Immobilization 和RKE（remote keyless entry）結(jié)合利用GPS或手機(jī)基站進(jìn)行遠(yuǎn)程定位，報警，制停。2 智能控制智能控制內(nèi)部加密算法可編程，更加安全更加人性化設(shè)計，儲存車主某些特定需要（空調(diào)溫度，電動座椅位置等）SJTU上海交通大學(xué)

13、上海交通大學(xué)當(dāng)前防盜主要發(fā)展方向當(dāng)前防盜主要發(fā)展方向1 集成遙控門鎖功能的發(fā)送器：集成遙控門鎖功能的發(fā)送器：運算單元控制邏輯電 源 管 理加密發(fā)送器模塊加密發(fā)送器模塊滾動碼發(fā)生器調(diào)制模塊控制邏輯RC振蕩器用戶接口遙控控制模塊遙控控制模塊命令按鈕高頻發(fā)射器發(fā)發(fā) 送送 器器非接觸式接口EEPROM發(fā)射天線SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)當(dāng)前防盜主要發(fā)展方向當(dāng)前防盜主要發(fā)展方向2 集成單片機(jī)的發(fā)送器集成單片機(jī)的發(fā)送器：運算單元控制邏輯電 源 管 理加密發(fā)送器模塊加密發(fā)送器模塊發(fā)送器接口定時器中斷控制RC振蕩器I/O口RISC控制器控制器命令按鈕高頻發(fā)射器發(fā)發(fā) 送送 器器非接觸式接口EEPROM發(fā)射天線8位RISCRAM4K ROM擴(kuò)展口SJTU上海交通大學(xué)上海交通大學(xué)汽車防盜發(fā)展進(jìn)程汽車防盜發(fā)展進(jìn)程1996Read onlyIntegrated receiverR/WImm