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(tǒng)設計常淑華(吉林農(nóng)業(yè)科技學院信息工程學院，吉林吉林132101)摘要:給出了一種高安全性的 RKE系統(tǒng)設計方案。首先設計出能夠滿足性能要求的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,并給出軟件實現(xiàn)流程;最后,對設計的RKE系統(tǒng)進行測試分析。測試結(jié)果表明,該系統(tǒng)具有更高的安全性和更好的通訊性能。關(guān)鍵詞:遠程無鑰匙進入系統(tǒng);安全系統(tǒng);射頻技術(shù)中圖分類號: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)射器的天線采用環(huán)狀印制板天線,直接設置在PCB上。發(fā)射過程為:發(fā)射按鍵喚醒CPU,遠程無鑰匙進人系統(tǒng)(Remote Keyless Entry ,RKE)作為CPU檢測鍵值確定發(fā)送指令,加密后把數(shù)據(jù)輸送到射頻發(fā)射新型汽車的一-種性能和汽車零件市場的一種產(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。在北美,RKE系統(tǒng)在新車中的安裝率超過80%、號，控制射頻芯片的幅度調(diào)制,PB2為控制射頻芯片的使能歐洲超過70%,在我國具有廣泛的市場潛力。由于RKE系統(tǒng)信號。使用無線通信技術(shù)，無線信道中通信數(shù)據(jù)安全性就成為系統(tǒng)的關(guān)鍵。針對當前已有RKE系統(tǒng)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(tǒng)方案，并給出了系統(tǒng)的硬件實現(xiàn)和軟件流程。最后,對該系統(tǒng)進行了測試分析。圖2發(fā)射器1系統(tǒng)架構(gòu)1.2車內(nèi)接收器簡單的說，RKE系統(tǒng)是由鑰匙發(fā)射器和車內(nèi)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(tǒng)在鑰匙中集成了RF發(fā)射器,發(fā)射器發(fā)送數(shù)據(jù)CPU采用的是ATMEL公司的低功耗快速8位單片機AT-消息到汽車中的接收器，接收器譯碼并控制車門的開關(guān),系mega88,射頻接收芯片為ATA5724。接收天線采用普通的桿統(tǒng)的架構(gòu)如圖I所示。系統(tǒng)工作的無線鏈路載波頻率各有不狀天線。接收過程為:射頻接收芯片將接收到的ASK調(diào)制數(shù)同,在美國和日本采用315MHz,歐洲采用433.92MHz,該系.據(jù)解調(diào)為基帶數(shù)據(jù),CPU將基帶數(shù)據(jù)解密得到有效的控制指令,然后交給控制模塊執(zhí)行。原理圖如圖3所示, PB4接收射統(tǒng)采用433.92MHz。頻芯片的基帶數(shù)據(jù), PB2負責CPU與射頻芯片的同步。2軟件設計@H圖1 RKE 系統(tǒng)架構(gòu)2.1協(xié)議設計1.1 鑰匙發(fā)射器安全性是RKE系統(tǒng)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(tǒng)設計需要滿足以下4占要求.①1個接收器只能由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作者簡介:常淑華( 1969-),女,吉林長嶺人,吉林農(nóng)業(yè)科技學院信息工程學院實驗師,碩士,實驗室主任,研究方向:計算機科學與技術(shù)及實驗室管理。●136某炭技術(shù)第29卷4端命令指示燈_時種射頻摟收器圖3接收器同的;③接收器應該忽略已經(jīng)使用過的消息;④即使以前的消息內(nèi)容已經(jīng)知道,從這些已知信息來推斷發(fā)射器將要發(fā)送的下一條消息也是不可能的。由此,可以得到滿足安全性要口出中口求的RKE系統(tǒng)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(tǒng)AES( Advanced Encryption Standard)加密算法要求輸人的明文分組長度為128位，輸出的密文分組長度也為128中位。密鑰的長度是可選的,可以是128,192和256位,相應迭<價h> ”代的輪次分別是10, 12和14次，處于對計算時間和功耗的考慮,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128 bit的數(shù)據(jù)塊,這個數(shù)據(jù)塊被編排為一個稱作狀態(tài)矩陣(State aray)的唱4x4字節(jié)矩陣，在每一輪加密或解密時都要對這個狀態(tài)矩陣進行運算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,這個狀態(tài)矩陣被變回為1283實驗結(jié)果與分析位的線性數(shù)據(jù)塊,密鑰類似地也要被變?yōu)樽止?jié)的矩陣形式網(wǎng)。AES算法無論是安全性還是計算復雜度上都比DES算法要通過實驗測試，該系統(tǒng)在無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(tǒng)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的生成過程:ID,順序計數(shù)值，命令,共930 m左右。由實驗我們得知在滿足系統(tǒng)低功耗的前提下,決個字節(jié),先將它們拓展成16個字節(jié)(在后邊補加1個"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(tǒng)的s5個“0”),也即128位,作為AES的明文輸人,然后通過預安全性能主要取決于AES算法的安全強度，而AES算法對先設定的密鑰進行AES加密,得到16字節(jié)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個字節(jié)作為MAC,見圖5。并且由于AES算法設計簡單,代碼緊湊,使得該系統(tǒng)在安全C巴14工序1數(shù)佤4工而李07工拓展學節(jié)( ]強度增加的前提下,滿足系統(tǒng)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,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- -般正常實用3a左右。2.2發(fā)射端軟件設計4結(jié)束語發(fā)射器大部分時間處在睡眠模式，等待外部按鍵中斷。當有鍵按下時,CPU(ATtiny45 )將會把ID .命令.順序計數(shù)值給出了- .種高安全性的RKE系統(tǒng)設計方案，該系統(tǒng)在作為明文進行AES加密，計算出MAC并組織發(fā)射數(shù)據(jù)。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打開射頻發(fā)射器,通過串行方式將數(shù)據(jù)輸送出去,發(fā)外采用的ATMEL,的處理器和射頻芯片有著很高的性價比.送完畢后,順序計數(shù)值加一同時關(guān)閉射頻發(fā)射器.重新回到這些使得該系統(tǒng)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報，接收端同樣大部分時間處在睡眠模式，等待數(shù)據(jù)的到來。當接收到一-個有效的射頻信號時,射頻接收器喚醒CPU[2MHCNMHG系統(tǒng)(RKE)方案和VKSP(ATmega88)，同時將射頻信號變?yōu)榛鶐盘柊l(fā)送到CPU。[3)石云. 基于KEFLOQ技術(shù)的車庫門禁系統(tǒng)川現(xiàn)代電子技術(shù)，CPU分析數(shù)據(jù),計算MAC,驗證數(shù)據(jù)的合法性,如果合法則2008,31(15): 144-145.148.執(zhí)行相應的動作,不合法則不予理睬,最后回到睡眠模式。軟(責任編輯張欣)