試論加密傳感器的設(shè)計(jì)方案和實(shí)際應(yīng)用

都靈全

摘 要：隨著現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，出租車逐漸成為了人們出行的重要交通工具。但是由于技術(shù)和管理等方面存在漏洞，導(dǎo)致出租車的計(jì)價(jià)管理困難。為了實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車計(jì)價(jià)的有效管理，就必須要加強(qiáng)技術(shù)研究?，F(xiàn)有出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)存在漏洞是導(dǎo)致出租車管理混亂的一個(gè)重要原因。加密傳感器的使用，能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)的優(yōu)化，提高出租車計(jì)價(jià)的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：出租車計(jì)價(jià)器；加密裝置；解碼器；密碼寫入裝置

在出租車計(jì)價(jià)器設(shè)計(jì)中使用加密傳感器技術(shù)，是為了避免計(jì)價(jià)作弊等問題，保護(hù)消費(fèi)者的利益。比如，某些不法分子利用空車牌設(shè)計(jì)的缺陷，在乘客上車之前，汽車已經(jīng)提前進(jìn)入了計(jì)價(jià)狀態(tài)。在乘客上車之后，司機(jī)只需要按倒空車牌，就可以置入預(yù)先的計(jì)價(jià)里程，侵害了消費(fèi)者的利益。事實(shí)上，出租車計(jì)價(jià)器作弊的方式還有很多，這不僅降低了計(jì)價(jià)器計(jì)價(jià)的可靠性，而且也給統(tǒng)一管理工作增加了難度。雖然我國計(jì)量部門已經(jīng)采取了措施，實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)價(jià)器的統(tǒng)一安裝，但是設(shè)計(jì)本身的缺陷讓很多不法分子鉆了空子，出租車司機(jī)私自更改計(jì)價(jià)傳感器的行為較為普遍。

1 出租車傳感器加密算法模型

通過對(duì)出租車計(jì)價(jià)器作弊行為的分析可知，傳感器所發(fā)送的計(jì)算脈沖沒有加密是導(dǎo)致出租車計(jì)價(jià)器計(jì)價(jià)漏洞的根本原因。加密傳感器在出租車計(jì)價(jià)器中的使用就是要實(shí)現(xiàn)對(duì)計(jì)算脈沖的加密，實(shí)現(xiàn)脈沖的加密傳輸，解碼后再傳遞給計(jì)價(jià)器，實(shí)現(xiàn)了計(jì)價(jià)器的有效計(jì)價(jià)。置換表是所有算法模型中最簡(jiǎn)單的一種，但是在出租車計(jì)價(jià)器中使用的效果卻較好。在置換表中，不同的信號(hào)脈沖對(duì)應(yīng)表中的一個(gè)偏移量，偏移量所對(duì)應(yīng)的值就構(gòu)成了加密文件。在加密傳感器中，加密和解密工作都需要用到置換表，而且由于其結(jié)構(gòu)較為簡(jiǎn)單，加密和解密的速度都很快。

在具體設(shè)計(jì)中，首先要以置換表為依據(jù)，將出租車電子傳感器中的所有計(jì)價(jià)脈沖信號(hào)都轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制數(shù)，這就實(shí)現(xiàn)了對(duì)計(jì)價(jià)脈沖信號(hào)的加密。然后加密后的脈沖信號(hào)將會(huì)發(fā)送給特定的解碼器，當(dāng)解碼器接收到加密脈沖信號(hào)后，會(huì)對(duì)加密文件和原有的密碼進(jìn)行比較，判斷傳感器所發(fā)送信號(hào)的有效性。如果解碼器判斷傳感器所發(fā)送的脈沖信號(hào)有效，那么就會(huì)向計(jì)價(jià)器發(fā)送計(jì)價(jià)脈沖信號(hào)，否則不發(fā)送。

在這個(gè)模型中，只有解碼器中的固有密碼和加密脈沖相同時(shí)，計(jì)價(jià)器才能夠開始計(jì)價(jià)，否則將無法計(jì)價(jià)。在統(tǒng)一管理工作中，計(jì)量部門可以通過改變加密協(xié)議、加密密碼等方式，實(shí)現(xiàn)對(duì)出租車計(jì)價(jià)的有效管理。

2 出租車計(jì)價(jià)器加密傳感器的設(shè)計(jì)

2.1 出租車加密傳感器的構(gòu)成

加密裝置、解碼器以及密碼寫入裝置共同構(gòu)成了加密傳感器。加密器的主要工作是接收計(jì)價(jià)脈沖信號(hào)，當(dāng)加密器檢測(cè)到脈沖信號(hào)發(fā)生變化后，就會(huì)將加密信號(hào)發(fā)送給解碼器。解碼器的主要作用就在接收到加密文件后，通過比較、判斷等環(huán)節(jié)，實(shí)現(xiàn)對(duì)加密脈沖信號(hào)的判斷和解碼。同時(shí)，解碼器也可以接受密碼寫入裝置輸入的信號(hào)。因?yàn)榧用苎b置會(huì)接收到來自加密裝置和密碼寫入裝置兩方面的信息，因此，解碼器會(huì)有一個(gè)識(shí)別功能，能夠辨別信號(hào)的類型。通常情況下，解碼器會(huì)通過判斷所接受第一個(gè)數(shù)據(jù)刪除的類型，來判斷信號(hào)的類型。如果第一組數(shù)據(jù)不是字符，那么將會(huì)和解密器中的密碼進(jìn)行比較，如果相同就會(huì)將脈沖信號(hào)發(fā)送給計(jì)價(jià)器。如果第一組數(shù)據(jù)是字符，那么就認(rèn)為是密碼寫作裝置所發(fā)送的信號(hào)，解碼器會(huì)將其保存到E2PROM中作為固定的密碼。圖1為加密傳感器的系統(tǒng)構(gòu)成，從圖中可以看出加密裝置、解碼器和密碼寫入裝置的基本關(guān)系。

圖1 加密傳感器系統(tǒng)構(gòu)成

密碼寫入裝置的主要作用就是為了方便計(jì)量部門的密碼修改工作。首先，識(shí)別出密碼寫入裝置中所設(shè)定的密碼，當(dāng)檢測(cè)到按鍵被按下后，同步的字符就會(huì)發(fā)送給解碼器。最后，由解碼器對(duì)比和分析后，存儲(chǔ)為固定密碼。

2.2 加密器設(shè)計(jì)

加密器是加密傳感器中的重要組成部分，加密器的固定密碼采用的二進(jìn)制數(shù)，通常是由16個(gè)數(shù)字組成，但是表現(xiàn)時(shí)則采用5位十進(jìn)制的數(shù)字表示。在發(fā)送脈沖信號(hào)時(shí)，1～9發(fā)送與其數(shù)值相等的脈沖而0則發(fā)送10個(gè)脈沖。脈沖是有固定格式的，脈沖的高電平時(shí)間為15us，低電平時(shí)間為10us。在實(shí)際工作中，要求發(fā)送每一個(gè)數(shù)字的時(shí)間要小于255us。加密器具體的工作流程如圖2所示：

2.3 解碼器設(shè)計(jì)

解碼器在整個(gè)加密傳感器中起到了接收密碼寫入裝置和加密器所輸入信號(hào)的作用，同時(shí)還能夠判斷信號(hào)的類型，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行不同的處理。解碼器在設(shè)計(jì)中主要包含了兩方面內(nèi)容：

第一，密碼存儲(chǔ)。串行E2PROM具有體積小、功耗低以及改寫便捷等特點(diǎn)，在出租車加密傳感器中使用較為廣泛。I2C總線是串行E2PROM總線的一種形式之一，I2C又稱之為內(nèi)部集成線路總線，在數(shù)據(jù)傳輸過程中采用了SCL、SDA兩種方式，這兩種數(shù)據(jù)傳輸方式的特點(diǎn)就在于接口較為簡(jiǎn)單。這種總線模式在目前出租車計(jì)價(jià)器加密傳感器中的應(yīng)用較為普遍。

第二，密碼接收。數(shù)據(jù)接收功能是解碼器的基本功能，在實(shí)際工作中，要確保數(shù)據(jù)讀取的準(zhǔn)確性，就必須要使用正確的方式接收密碼，尤其強(qiáng)調(diào)密碼接收的時(shí)序。傳感器發(fā)送信號(hào)的最小時(shí)間是20ms，因此，密碼發(fā)送的時(shí)間是決定解碼器接收時(shí)間的主要因素。在這種模式下，能夠?qū)⒂?jì)價(jià)脈沖的發(fā)送時(shí)間控制在最短時(shí)間內(nèi)。在具體的解碼工作中，解碼器首先讀取E2PROM中保存著的固定密碼，然后在寄存器中對(duì)數(shù)據(jù)的類型進(jìn)行判斷。比對(duì)后，如果顯示密碼正確，那么在GP0引腳上就會(huì)發(fā)送高脈沖，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)計(jì)價(jià)器的計(jì)價(jià)。但是如果接收到的信號(hào)是密碼寫入裝置發(fā)送來的，那么解碼器就會(huì)接收這幾個(gè)數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)寫入到00h-04h中，完成后改程序即終止。

2.4 密碼寫入裝置設(shè)計(jì)

密碼寫入裝置是由計(jì)量部門控制的，具有修改密碼的作用，因此，要求發(fā)送的時(shí)序和加密器一致。為了實(shí)現(xiàn)解碼器對(duì)脈沖信號(hào)的有效判斷，就必須要在發(fā)送新密碼之前，先發(fā)送一個(gè)同步字符。在具體設(shè)計(jì)中，設(shè)置了5個(gè)小數(shù)字鍵，方便密碼的設(shè)置和修改。這5個(gè)小數(shù)字鍵分別代表的是個(gè)位到萬位的數(shù)據(jù)。

在密碼寫入裝置中，還設(shè)置了一個(gè)開關(guān)，用于設(shè)置密碼的啟動(dòng)功能，會(huì)產(chǎn)生由高到低的跳變。當(dāng)單片機(jī)在檢測(cè)到變化時(shí)，就會(huì)開始發(fā)送新密碼。密碼寫入裝置的工作流程如圖3所示：

3 結(jié)束語

加密傳感器在出租車計(jì)價(jià)器中的使用，不僅提高了出租車計(jì)價(jià)的準(zhǔn)確性，而且方便了計(jì)量部門對(duì)出租車計(jì)價(jià)的管理。將加密傳感技術(shù)應(yīng)用于出租車計(jì)價(jià)系統(tǒng)中，首先就要建立一個(gè)加密模型，在這個(gè)加密模型的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)對(duì)加密裝置、解碼器以及密碼寫入裝置的設(shè)計(jì)。

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