新型RKE系統設計

第29卷第11期煤炭技術(shù)Vol.29,No.112010年11 期Coal TechnologyNovember,2010新型RKE系統設計常淑華(吉林農業(yè)科技學(xué)院信息工程學(xué)院，吉林吉林132101)摘要:給出了一種高安全性的 RKE系統設計方案。首先設計出能夠滿(mǎn)足性能要求的RF收發(fā)器;在算法安全性分析研究的基礎上，設計出-套有效的安全通信協(xié)議,并給出軟件實(shí)現流程;最后,對設計的RKE系統進(jìn)行測試分析。測試結果表明,該系統具有更高的安全性和更好的通訊性能。關(guān)鍵詞:遠程無(wú)鑰匙進(jìn)入系統;安全系統;射頻技術(shù)中圖分類(lèi)號:U46191文獻標識碼:A文章編號:1008- -8725( 2010)11-0135-02Design of New RKE SystemCHANG Shu-hua(School of Information Engineering, Jilin Agricultural Science and Technology College, Jilin 132101, China)Abstract:Presents a solution of a high- -security RKE system. Fixst, we design a RF transceiverwhich meets the performance requirements; then we design a set of effective securitycommunication protocol based on the analysis and research of algorithm security and give thesoftware process; finally, we test and analyze the RKE system. Test results show that the systemhas improved security and better communication performnance.Key words;RKE; security system; RFATiny45,射頻發(fā)射器為ATMEL公司低輸人電流高輸出功率0引言的射頻發(fā)射芯片T5754。發(fā)射器的天線(xiàn)采用環(huán)狀印制板天線(xiàn),直接設置在PCB上。發(fā)射過(guò)程為:發(fā)射按鍵喚醒CPU,遠程無(wú)鑰匙進(jìn)人系統(Remote Keyless Entry ,RKE)作為CPU檢測鍵值確定發(fā)送指令,加密后把數據輸送到射頻發(fā)射新型汽車(chē)的一-種性能和汽車(chē)零件市場(chǎng)的一種產(chǎn)品，受到人們器,將信號發(fā)送出去。原理圖如圖2所示,PB1發(fā)送基帶信的廣泛喜愛(ài)。在北美,RKE系統在新車(chē)中的安裝率超過(guò)80%、號，控制射頻芯片的幅度調制,PB2為控制射頻芯片的使能歐洲超過(guò)70%,在我國具有廣泛的市場(chǎng)潛力。由于RKE系統信號。使用無(wú)線(xiàn)通信技術(shù)，無(wú)線(xiàn)信道中通信數據安全性就成為系統的關(guān)鍵。針對當前已有RKE系統安全強度不足的情況,文中基于發(fā)射消息有效性以及接收消息合法性的安全設計要求，提出了具有更高安全性能的RKE系統方案，并給出了系統的硬件實(shí)現和軟件流程。最后,對該系統進(jìn)行了測試分析。圖2發(fā)射器1系統架構1.2車(chē)內接收器簡(jiǎn)單的說(shuō)，RKE系統是由鑰匙發(fā)射器和車(chē)內接收器2部接收器由CPU、射頻接收器、控制模塊組成。接收器的分組成。系統在鑰匙中集成了RF發(fā)射器,發(fā)射器發(fā)送數據CPU采用的是ATMEL公司的低功耗快速8位單片機AT-消息到汽車(chē)中的接收器，接收器譯碼并控制車(chē)門(mén)的開(kāi)關(guān),系mega88,射頻接收芯片為ATA5724。接收天線(xiàn)采用普通的桿統的架構如圖I所示。系統工作的無(wú)線(xiàn)鏈路載波頻率各有不狀天線(xiàn)。接收過(guò)程為:射頻接收芯片將接收到的ASK調制數同,在美國和日本采用315MHz,歐洲采用433.92MHz,該系.據解調為基帶數據,CPU將基帶數據解密得到有效的控制指令,然后交給控制模塊執行。原理圖如圖3所示, PB4接收射統采用433.92MHz。頻芯片的基帶數據, PB2負責CPU與射頻芯片的同步。2軟件設計@H圖1 RKE 系統架構2.1協(xié)議設計1.1 鑰匙發(fā)射器安全性是RKE系統主要考慮的因素，要保障其高安全發(fā)射器由按鍵、CPU射頻發(fā)射器、電池組成。發(fā)射器的性,系統設計需要滿(mǎn)足以下4占要求.①1個(gè)接收器只能由CPU采用的是ATMEL公司的一款低功耗快速8位單片機有限中國煤化工意2條消息都應是不YHCNMHG收稿日期:2010- 04-15;修訂日期:2010-08-02作者簡(jiǎn)介:常淑華( 1969-),女,吉林長(cháng)嶺人,吉林農業(yè)科技學(xué)院信息工程學(xué)院實(shí)驗師,碩士,實(shí)驗室主任,研究方向:計算機科學(xué)與技術(shù)及實(shí)驗室管理?！?36某炭技術(shù)第29卷4端命令指示燈_時(shí)種射頻摟收器圖3接收器同的;③接收器應該忽略已經(jīng)使用過(guò)的消息;④即使以前的消息內容已經(jīng)知道,從這些已知信息來(lái)推斷發(fā)射器將要發(fā)送的下一條消息也是不可能的。由此,可以得到滿(mǎn)足安全性要口出中口求的RKE系統通信協(xié)議示意圖，如圖4所示。(a)發(fā)射端主流程(b)發(fā)射端中斷流程m&C”許圍6發(fā)射端軟件流程件流程如圖7所示。|發(fā)射機-提收機| 初始化圍4 RKE 安全系統AES( Advanced Encryption Standard)加密算法要求輸人的明文分組長(cháng)度為128位，輸出的密文分組長(cháng)度也為128中位。密鑰的長(cháng)度是可選的,可以是128,192和256位,相應迭<價(jià)h> ”代的輪次分別是10, 12和14次，處于對計算時(shí)間和功耗的考慮,我們選用128位的密鑰,而這是足以有效抵抗窮舉攻擊的.AES加密和解密算法的輸入都是- -個(gè)128 bit的數據塊,這個(gè)數據塊被編排為一個(gè)稱(chēng)作狀態(tài)矩陣(State aray)的唱4x4字節矩陣，在每一輪加密或解密時(shí)都要對這個(gè)狀態(tài)矩陣進(jìn)行運算AES的輪變換以及每一步均作用在狀態(tài)矩陣圄7接收端軟件流程上,在加密或解密的最后-輪,這個(gè)狀態(tài)矩陣被變回為1283實(shí)驗結果與分析位的線(xiàn)性數據塊,密鑰類(lèi)似地也要被變?yōu)樽止澋木仃囆问骄W(wǎng)。AES算法無(wú)論是安全性還是計算復雜度上都比DES算法要通過(guò)實(shí)驗測試，該系統在無(wú)遮蔽的情況下通信距離可達好,所以最終采用AES作為該系統的加密算法。35 m,而在普通障礙物阻擋的情況下,通信距離略有縮短,為下面闡述MAC的生成過(guò)程:ID,順序計數值，命令,共930 m左右。由實(shí)驗我們得知在滿(mǎn)足系統低功耗的前提下,決個(gè)字節,先將它們拓展成16個(gè)字節(在后邊補加1個(gè)"1”和定通 信距離的關(guān)鍵在于射頻電路部分的阻抗匹配。該系統的s5個(gè)“0”),也即128位,作為AES的明文輸人,然后通過(guò)預安全性能主要取決于A(yíng)ES算法的安全強度，而AES算法對先設定的密鑰進(jìn)行AES加密,得到16字節的密文,取密文所 有已知的攻擊具有免疫性,其安全性遠遠高于DES算法，的前6個(gè)字節作為MAC,見(jiàn)圖5。并且由于A(yíng)ES算法設計簡(jiǎn)單,代碼緊湊,使得該系統在安全C巴14工序1數佤4工而李07工拓展學(xué)節( ]強度增加的前提下,滿(mǎn)足系統的低功耗要求。當發(fā)射器(AT-tiny45+RF發(fā)射器)工作在8MHz處于發(fā)射狀態(tài)時(shí),其消耗的AES平均電流大約為10mA，處在睡眠模式下消耗的平均電流約Ca ] Co 100rten)口為0.3uA.而一次的發(fā)射時(shí)間大約為10ms, 假設-天按鍵100次,對于普通的200mAh的鋰電池可用20a左右,考慮電團5 MAC 生成示意團池漏電流的存在,發(fā)射器的電池- -般正常實(shí)用3a左右。2.2發(fā)射端軟件設計4結束語(yǔ)發(fā)射器大部分時(shí)間處在睡眠模式，等待外部按鍵中斷。當有鍵按下時(shí),CPU(ATtiny45 )將會(huì )把ID .命令.順序計數值給出了- .種高安全性的RKE系統設計方案，該系統在作為明文進(jìn)行AES加密，計算出MAC并組織發(fā)射數據。然安全性 、收發(fā)距離、可靠性以及低功耗:具有明顯的優(yōu)勢,另后CPU打開(kāi)射頻發(fā)射器,通過(guò)串行方式將數據輸送出去,發(fā)外采用的ATMEL,的處理器和射頻芯片有著(zhù)很高的性?xún)r(jià)比.送完畢后,順序計數值加一同時(shí)關(guān)閉射頻發(fā)射器.重新回到這些使得該系統具有廣闊的應用前景。睡眠模式。軟件流程如圖6所示。參考文獻: .2.3 接收端軟件設計[]“中國煤化工設計切儀器僅表學(xué)報，接收端同樣大部分時(shí)間處在睡眠模式，等待數據的到來(lái)。當接收到一-個(gè)有效的射頻信號時(shí),射頻接收器喚醒CPU[2MHCNMHG系統(RKE)方案和VKSP(ATmega88)，同時(shí)將射頻信號變?yōu)榛鶐盘柊l(fā)送到CPU。[3)石云. 基于KEFLOQ技術(shù)的車(chē)庫門(mén)禁系統川現代電子技術(shù)，CPU分析數據,計算MAC,驗證數據的合法性,如果合法則2008,31(15): 144-145.148.執行相應的動(dòng)作,不合法則不予理睬,最后回到睡眠模式。軟(責任編輯張欣)