動態(tài)密碼電子鎖的設(shè)計(jì)

劉守兵

（東華大學(xué)，上海 201620）

隨著電子商務(wù)的發(fā)展，特別是奢侈品網(wǎng)上交易的發(fā)展，快遞運(yùn)輸?shù)陌踩找嬉鹑藗兊年P(guān)注。常見的電子密碼鎖，一般只有固定的密碼，容易遭到暴力破解，不能滿足快遞運(yùn)輸?shù)男枰１疚臄M設(shè)計(jì)一種每次開鎖需輸入不同密碼的電子密碼鎖，以防止密碼被暴力破解，并可以根據(jù)開鎖代碼判斷快遞運(yùn)輸狀態(tài)。

1 設(shè)計(jì)要求

（1）共5位密碼，每位密碼的取值范圍為 0～9。

（2）系統(tǒng)根據(jù)開鎖次數(shù)、電子鎖序號、開機(jī)隨機(jī)數(shù)動態(tài)生成密碼。

（3）5位密碼輸入不完全正確時(shí)，報(bào)警30 s，重新生成開機(jī)隨機(jī)數(shù)并顯示，生成新的密碼，用戶需要新的密碼才能打開密碼鎖。

（4）鍵入的 5位密碼完全正確時(shí)，LED閃爍 10 s，電子鎖開鎖。

（5）電子鎖上鎖后，顯示上鎖隨機(jī)數(shù)，用戶正確輸入密碼前，用戶不能重新生成隨機(jī)數(shù)。

（6）由于電子鎖運(yùn)行過程中，需要輪換顯示上鎖隨機(jī)數(shù)、開鎖隨機(jī)數(shù)以及用戶輸入的密碼，因此，電子鎖需要有一位數(shù)碼管顯示相應(yīng)的功能符。

（7）成本要比較低，硬件和軟件要盡可能簡潔可靠，便于批量生產(chǎn)[1]。

2 設(shè)計(jì)思路及軟硬件實(shí)現(xiàn)

根據(jù)總體設(shè)計(jì)要求分析，該電子鎖電路需要的I/O口線少于15個(gè)。若設(shè)計(jì)得當(dāng)，程序不超過8 KB，所需的RAM少于256×8 bit。所以可選擇質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的 AT89C52，而且不需要外接程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器及其他擴(kuò)展部件。外圍電路主要由LED、鍵盤輸入顯示電路、繼電器驅(qū)動電路、揚(yáng)聲器等組成。其硬件框圖如圖1所示。

圖1 動態(tài)密碼電子鎖硬件框圖

電子鎖上鎖后，數(shù)碼管顯示5位上鎖代碼，此代碼由2位開鎖次數(shù)和3位隨機(jī)數(shù)隨機(jī)組成。每次上鎖，由于開鎖次數(shù)和生成的隨機(jī)數(shù)不同，所以每次上鎖的上鎖代碼也不同。上鎖后，上鎖代碼存入E2PROM，正確開鎖前，不允許重復(fù)獲取上鎖代碼。第一次按開鎖鍵，數(shù)碼管顯示5位開鎖代碼，此代碼由前兩位的開鎖次數(shù)代碼和后三位的隨機(jī)數(shù)組成。如果開鎖代碼顯示的次數(shù)代碼與上鎖代碼顯示的上鎖次數(shù)代碼不同，客戶可以拒收或聯(lián)系賣家。第二次按開鎖鍵，進(jìn)入密碼輸入程序，客戶可以按移位鍵和數(shù)字增加鍵輸入計(jì)算所得的密碼。全部密碼輸入完畢后，用戶第三次按下開鎖鍵，系統(tǒng)驗(yàn)證輸入密碼是否正確，如正確，開鎖，綠色 LED閃爍 10 s；若密碼錯(cuò)誤，蜂鳴器報(bào)警30 s后，重新顯示新的開鎖代碼，需要輸入最新生成的密碼。用戶需要密碼超時(shí)，重新顯示開鎖代碼，用戶需要輸入新的密碼。整個(gè)系統(tǒng)程序框圖如圖2所示。

圖2 動態(tài)密碼電子鎖的軟件流程圖

3 上鎖代碼、開鎖代碼的生成程序

為了保證程序運(yùn)行過程中可以根據(jù)需要隨時(shí)顯示不同的隨機(jī)數(shù)，本程序在定時(shí)器中斷程序放置一個(gè)遞增變量作為種子，以調(diào)用strand（）程序初始化隨機(jī)數(shù)程序。然后調(diào)用rand（）產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)。

上鎖隨機(jī)數(shù)由3位隨機(jī)數(shù)和2位開鎖次數(shù)代碼組成。在本系統(tǒng)中采用隨機(jī)數(shù)的個(gè)位、十位、百位和開鎖次數(shù)的個(gè)位、十位組成。系統(tǒng)取得這5個(gè)數(shù)字后，根據(jù)其和格式化這5個(gè)數(shù)字，生成上鎖隨機(jī)數(shù)。其程序流程圖如圖3所示。

開鎖隨機(jī)數(shù)由3位隨機(jī)數(shù)和2位開鎖次數(shù)代碼組成。為了方便客戶根據(jù)開鎖次數(shù)判斷快遞運(yùn)輸狀態(tài)，開鎖代碼的首兩位為開鎖次數(shù)的十位和個(gè)位。后三位為隨機(jī)數(shù)百位、十位和個(gè)位。

圖3 上鎖代碼程序流程圖

4 密碼驗(yàn)證程序

電子鎖系統(tǒng)運(yùn)行過程中，每次用戶輸入密碼后，系統(tǒng)首先根據(jù)上鎖隨機(jī)數(shù)、開鎖隨機(jī)數(shù)、開鎖次數(shù)、電子鎖序列號生成密碼，然后與用戶輸入的密碼匹配。密碼輸入正確，開鎖，發(fā)光管閃爍，并初始化參數(shù)，運(yùn)行電子鎖再次上鎖。若密碼輸入錯(cuò)誤，報(bào)警30 s，在報(bào)警的過程中，不接收任何按鍵輸入，而是產(chǎn)生新的開鎖隨機(jī)數(shù)并顯示，用戶需要輸入最新產(chǎn)生的密碼才能開鎖。其程序流程圖如圖4所示。

圖4 密碼驗(yàn)證程序流程圖

5 管理系統(tǒng)程序

管理系統(tǒng)主要由數(shù)據(jù)庫、商家發(fā)貨管理程序、買家收貨系統(tǒng)組成。數(shù)據(jù)庫主要用來存儲上鎖代碼、序列號、商家信息、電子鎖編碼信息和買家信息，商家發(fā)貨后，登錄管理系統(tǒng)，輸入發(fā)貨商品所用電子鎖編碼信息和上鎖代碼以及買家ID。對應(yīng)買家登錄后，系統(tǒng)提示買家收貨以及商品所用電子鎖的開鎖代碼首兩位數(shù)字。收到貨物后，買家檢查開鎖代碼是否符合系統(tǒng)提示，若正確，登錄管理系統(tǒng)，輸入開鎖代碼，獲取密碼開鎖；若錯(cuò)誤，直接拒收，或聯(lián)系賣家處理。

動態(tài)密碼電子鎖可以根據(jù)開鎖次數(shù)、電子鎖序列號動態(tài)生成密碼，每次開鎖需要輸入不同的密碼才能開鎖，不能暴力破解開鎖密碼，滿足了快遞運(yùn)輸安全性的要求。同時(shí)硬件簡潔可靠，符合系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求。

[1]董繼成.一種新型安全的單片機(jī)密碼鎖[J].電子技術(shù)，2004（3）：58-60.