一种新型电子安全密码锁的设计

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1、万方数据电子科技《电子技术》2003年第8期一————————————————————————————————————————————————————一————种新型电子安全密码锁的设计西南科技大学信息与控制工程学院(621010)曾高荣胡宇中国工程物理研究院电子工程研究所(621900)高杨叶鸿摘要文章介绍了一种新型电子安全密码锁的应用背景、基本功能要求；根据一种新型的编码状态机耦合工作原理，建立了电子锁的结构模型，给出了系统设计方案、硬件设计与单片机程序流程。关键词电子密码锁安全性状态机单片机将意外事故或人为破坏可能造成重大灾难

2、性后果的系统称为“要害系统(high—consequencesys—tefn)”。要害系统的“保证性(surety)”包括安全性(safety)、可靠性(reliability)和保安性(security)，内涵非常丰富。电子安全密码锁是一类针对“要害系统”的安全保险器件，其设计概念及应用与常见的保安密码锁有所不同。从系统设计观点看，电子安全密码锁是一个实体域定义的概念，比较机械安全密码锁，具有设计／实现简便、密码装定灵活、制造成本低廉等优点。每一位解锁意图码(intentcode)在安全密码锁内部引发的试图解锁动作，可称为安全密码

3、锁的“解锁事件(unlockingevent)”。一个“解锁事件”序列包含一系列有序的“解锁事件”。电子安全密码锁由开启意图码驱动，仅当开启意图码与设定的安全密码完全匹配时，方可逐步开启密码锁。基于“解锁事件”概念思考，电子安全密码锁应具备如下基本功能：(1)逐位解锁解锁过程的“事件”序列特性决定了它内部状态机的多步步进特性；(2)单次试开“解锁事件”是单向不可逆的，因此，安全密码锁内部应含误码锁定组件；(3)可复位为便于成品测试或适当提高输入误码容错能力，“解锁事件”序列在一定条件下可中断并复位，因此锁内部可设计复位组件；(4)密

4、码鉴别通过后，给出可靠的控制信号。1基本原理与系统设计1．1基本原理基于两组编码状态机的耦台逻辑设计。图1为一对耦合编码状态机的示例。图中AssemblyA、AssemblyB是两个相互独立的状态机，小圆圈对应状态机的某个确定状态，圈内4bit长的二进制字串为该状态的编码。图中弧线为状态转移线，是单向不可逆的；弧线上的数字为对应44A鹞emblyAAssemblyBSt日自e4St啦5图1一个锁芯编码状态机的示例的状态转换序号。两组状态机在输入解锁意图码的驱动下单向分时步进，当输入错误的意图码时，两组状态机耦合时出现干涉。实现用两组

5、状态机在该接触点的编码作逻辑“与”运算，结果是否为“0000”来判断。若非“0000”，将立即给出自毁信号，使电子安全密码解锁不能继续工作，从而实现了其“误码锁定”功能。输入一位正确的解锁意图码，就能得到一次正确的耦合运算(“与”)结果(“0000”)，逐位鉴别均通过，意味着解锁成功，同时输出一个控制信号。状态机AssemblyA、腌emblyB的通用编码设计方孛国悖蠢嚣6挂p}乃钉ⅣⅣ．9∞9"．∞m?∞¨¨l黻万方数据(电子技术》2003年8期电子科技——————一————————————————————————————————

6、——————————————————————————～法较为复杂，将另文论述。图l示例对应的24位解锁密码序列为“ABBB—BAAABAAABBAABBBABAABAAAAB”，其中“A”、“B”各十二个，任一“A”表示：A状态机前进一步得到一个新状态，并与B集的当前状态进行逻辑“与”运算，运算结果若非“0000”，即意味着输人的意图码必然与装顶密码不符合，将导致电子安全密码锁的锁定；若为“0000”，可继续步进相应的状态机，进入下一步鉴别。符号“B”的含义与“A”对称。可见，上述示例中两个状态机的耦合(“与”)运算结果才与解锁密码

7、序列有对应关系。采用“二维迷宫映射”方法，可以方便、明了地表示这种对应关系．如图2所示。例如，图2中“A1”表示状态机A的第一个状态，从图1中可知：A1=1000；同理可知，B1=00lO；则Al＆Bl=0000，可进行下一步鉴别。若输入的下一个意图码为B，将进入(A1，B2)耦合状态，其耦合运算结果Al＆B2=1000，已在图2中的相应格点中给出，由于运算结果非“0000”，将导致电子安全密码锁锁定。若在(Al，B1)耦合状态时输入的下一个意图码为A，则进入(A2，B1)耦合状态，耦合运算结果为“0000”，该步密码鉴别通过并可进

8、行下一步鉴别。图2示例的两组状态机耦合情况1．2系统设计电子安全密码锁系统基于单片机开发，硬件系统原理框图如图3所示。2硬件设计采用Atmel公司AvR90S8535单片机作为系统的微控制器，主要从以下几方面考虑：(1)AvR高性能低