一种汽车无钥匙系统及其通信加密方法.pdf

本发明公开的一种汽车无钥匙系统，包括感应遥控器，用于感应主控机构发出的低频感应信号以及发送遥控操作指令信号；主控机构，用于响应感应遥控器的信号并做相应的处理操作；执行机构，用于执行主控机构发出的操作命令，以驱动对应的电气器件动作；感应遥控器和主控机构相连接，主控机构还和执行机构及车内的原车电路相连接。对本发明汽车无钥匙系统的通信加密方法，首先进行感应遥控器与主控机构学习过程，再进行感应遥控器与主控机构通信过程。本发明汽车无钥匙系统及其通信加密方法，解决了目前汽车开关车门锁的繁琐性以及此系统中通信的安全隐患问题。

1.  一种汽车无钥匙系统，其特征在于，包括
感应遥控器(1)，用于感应主控机构(2)发出的低频感应信号以及发送遥控操作指令信号；
主控机构(2)，用于响应感应遥控器(1)的信号并做相应的处理操作；
执行机构(3)，用于执行主控机构(2)发出的操作命令，以驱动对应的电气器件动作；
所述的感应遥控器(1)和主控机构(2)相连接，主控机构(2)还和执行机构(3)及车内的原车电路(4)相连接。

2.  一种应用于权利要求1所述汽车无钥匙系统的通信加密方法，所述的汽车无钥匙系统包括相连接的感应遥控器(1)和主控机构(2)，主控机构(2)还和执行机构(3)及车内的原车电路(4)相连接，其特征在于，首先进行感应遥控器(1)与主控机构(2)学习过程，再进行感应遥控器(1)与主控机构(2)通信过程，具体按以下步骤进行：
1)感应遥控器(1)与主控机构(2)学习过程：
感应遥控器(1)学习过程：
步骤1：感应遥控器(1)产生随机数A和随机数B，随机数A作为密钥元素，随机数B作为同步码并存储；
步骤2：将厂商代码、序列号、步骤1得到的随机数A通过密钥生成算法生成密钥1，存储密钥1，密钥生成算法选用阵迭代、置换或非线性表结合中的一种；
步骤3：根据厂商代码、序列号、同步码生成数据明文，用步骤2得到的密钥1对数据明文加密，产生加密数据包1；将步骤1得到的随机数A与加密数据包1顺序连接，作为数据包1，发送给主控机构(2)；
步骤4：将同步码加1产生新的同步码；
步骤5：将厂商代码、序列号结合步骤4得到的新同步码构成新数据明文，用步骤2得到的密钥1对新数据明文加密，得到加密数据包2，将序列号与加密数据包2顺序连接，作为数据包2，发送给主控机构(2)；
主控机构(2)学习过程：
步骤1：接收数据包1，提取未加密的数据段，即随机数A；
步骤2：接收数据包2，提取未加密的数据段，即序列号；
步骤3：将厂商代码、步骤1得到的随机数A、步骤2得到的序列号通过密钥生成算法生成密钥2，存储密钥2，密钥生成算法选用阵迭代、置换或非线性表结合中的一种；
步骤4：用步骤3得到的密钥2分别解密数据包1和数据包2，得到数据包1的数据明文和数据包2的数据明文；
步骤5：根据步骤4得到的数据包1的数据明文和数据包2的数据明文，判断加密是否成功，若数据包1数据明文中的厂商代码和数据包2数据明文中的厂商代码相同，且与主控机构(2)的厂商代码一致，则继续，否则学习失败；若数据包1数据明文中的序列号和数据包2数据明文中的序列号不相同，则学习失败，否则继续；若数据包2数据明文中的同步码比数据包1数据明文中的同步码大1，则学习成功，否则学习失败；学习成功后把数据包1数据明文和数据包2数据明文中相同的序列号、步骤3中生成的密钥2和数据包2数据明文中的同步码进行存储；
2)感应遥控器(1)与主控机构(2)通信过程：
感应遥控器(1)通信过程：
步骤1：确定要发送的数据信息；
步骤2：将要发送的数据信息、同步码组成明文，用感应遥控器(1)学习过程中步骤2生成的密钥1加密生成加密数据包3，将序列号和加密数据包3发送给主控机构(2)；
步骤3：感应遥控器(1)置为接收状态，等待主控机构(2)发回的确认信号或更新同步码数据包；若设定时间内感应遥控器(1)收到主控机构(2)发回的确认信号，则感应遥控器(1)存储的同步码加1后重新存储，一次通信结束；若设定时间内感应遥控器(1)收到主控机构(2)发回的更新同步码数据包，则感应遥控器(1)在接收到新同步码更新数据包后，解密提取新的同步码，将新同步码减1后存储为当前的同步码，把步骤1的数据信息、新存储的当前的同步码组成明文，用感应遥控器(1)学习过程中步骤2生成的密钥1加密该明文生成密文，将序列号和生成的密文发送给主控机构(2)；若设定时间内感应遥控器(1)既没收到主控机构(2)发回的确认信号，也没收到更新同步码的数据包，则重复步骤2的操作；
主控机构(2)通信过程：
步骤1：接收感应遥控器(1)通信过程中步骤2发送的加密数据包3和序列号；
步骤2：判断步骤1接收到的序列号是否学习过，若没学习过，则放弃加密数据包3；若学习过则继续；
步骤3：解密加密数据包3提取相关信息，判断解密后得到的同步码与主控机构(2)学习过程中步骤5存储的同步码的差值，若为1则存储的同步码加1并重新存储，给感应遥控器(1)发送确认信号，并控制执行机构(3)执行相关的操作；否则继续；
步骤4：随机指定一个随机数给感应遥控器(1)作为新同步码，用主控机构(2)学习过程中步骤3生成的密钥2对新同步码和上步得到的相关信息加密，得到加密数据包4，将步骤1接收到的序列号和加密数据包4发送给感应遥控器(1)；
步骤5：把主控机构(2)学习过程中步骤5存储的同步码更新为步骤4随机指定的同步码并存储；
步骤6：主控机构(2)置于接收状态，单次通信结束。

一种汽车无钥匙系统及其通信加密方法
技术领域
本发明属于汽车电子技术领域，涉及一种汽车开关车门锁装置，具体涉及一种汽车无钥匙系统，本发明还涉及该系统的通信加密方法。
背景技术
目前，汽车开关门锁普遍采用按键遥控的高频无线通信方式，具有一定的不便利性(需钥匙、按键)和不安全性(离开车时忘记按键锁门，遥控指令被捕获或破解)。加密方式主要是通过传统的加密模式和较为新兴的KEELOQ滚码加密算法，对于KEELOQ滚码加密算法，首先，其安全性基于出厂密钥和种子码SEED，出厂密钥由出厂序列号和厂商代码、种子码生成(安全模式下)，厂商代码是固定的，序列号、种子码在学习的时候通过明文发送，存在很大的安全隐患，出厂密钥外泄将导致被破解的可能性极大的增加；其次，由于此算法由硬件实现，只能对几个功能按键的加密处理，导致扩展功能较弱，无法用于一般数据加密。
发明内容
本发明的目的是提供一种汽车无钥匙系统，解决了目前汽车开关车门锁的繁琐性以及目前开关门锁系统中通信的安全隐患问题。
本发明的另一目的是提供上述系统的通信加密方法。
本发明所采用的技术方案是，一种汽车无钥匙系统，包括
感应遥控器，用于感应主控机构发出的低频感应信号以及发送遥控操作指令信号；
主控机构，用于响应感应遥控器的信号并做相应的处理操作；
执行机构，用于执行主控机构发出的操作命令，以驱动对应的电气器件动作；
其中的感应遥控器和主控机构相连接，主控机构还和执行机构及车内的原车电路相连接。
本发明的另一技术方案是，一种应用于上述系统的通信加密方法，按以下步骤进行：
1)感应遥控器与主控机构学习过程：
感应遥控器学习过程：
步骤1：感应遥控器产生随机数A和随机数B，随机数A作为密钥元素，随机数B作为同步码并存储；
步骤2：将厂商代码、序列号、步骤1得到的随机数A通过密钥生成算法生成密钥1，存储密钥1，密钥生成算法选用阵迭代、置换或非线性表结合中的一种；
步骤3：根据厂商代码、序列号、同步码生成数据明文，用步骤2得到的密钥1对数据明文加密，产生加密数据包1；将步骤1得到的随机数A与加密数据包1顺序连接，作为数据包1，发送给主控机构；
步骤4：将同步码加1产生新的同步码；
步骤5：将厂商代码、序列号结合步骤4得到的新同步码构成新数据明文，用步骤2得到的密钥1对新数据明文加密，得到加密数据包2，将序列号与加密数据包2顺序连接，作为数据包2，发送给主控机构；
主控机构学习过程：
步骤1：接收数据包1，提取未加密的数据段，即随机数A；
步骤2：接收数据包2，提取未加密的数据段，即序列号；
步骤3：将厂商代码、步骤1得到的随机数A、步骤2得到的序列号通过密钥生成算法生成密钥2，存储密钥2，密钥生成算法选用阵迭代、置换或非线性表结合中的一种；
步骤4：用步骤3得到的密钥2分别解密数据包1和数据包2，得到数据包1的数据明文和数据包2的数据明文；
步骤5：根据步骤4得到的数据包1的数据明文和数据包2的数据明文，判断加密是否成功，若数据包1数据明文中的厂商代码和数据包2数据明文中的厂商代码相同，且与主控机构的厂商代码一致，则继续，否则学习失败；若数据包1数据明文中的序列号和数据包2数据明文中的序列号不相同，则学习失败，否则继续；若数据包2数据明文中的同步码比数据包1数据明文中的同步码大1，则学习成功，否则学习失败；学习成功后把数据包1数据明文和数据包2数据明文中相同的序列号、步骤3中生成的密钥2和数据包2数据明文中的同步码进行存储；
2)感应遥控器与主控机构通信过程：
感应遥控器通信过程：
步骤1：确定要发送的数据信息；
步骤2：将要发送的数据信息、同步码组成明文，用感应遥控器学习过程中步骤2生成的密钥1加密生成加密数据包3，将序列号和加密数据包3发送给主控机构；
步骤3：感应遥控器置为接收状态，等待主控机构发回的确认信号或更新同步码数据包；若设定时间内感应遥控器收到主控机构发回的确认信号，则感应遥控器存储的同步码加1后重新存储，一次通信结束；若设定时间内感应遥控器收到主控机构发回的更新同步码数据包，则感应遥控器在接收到新同步码更新数据包后，解密提取新的同步码，将新同步码减1后存储为当前的同步码，把步骤1的数据信息、新存储的当前的同步码组成明文，用感应遥控器学习过程中步骤2生成的密钥1加密该明文生成密文，将序列号和生成的密文发送给主控机构；若设定时间内感应遥控器既没收到主控机构发回的确认信号，也没收到更新同步码的数据包，则重复步骤2的操作；
主控机构通信过程：
步骤1：接收感应遥控器通信过程中步骤2发送的加密数据包3和序列号；
步骤2：判断步骤1接收到的序列号是否学习过，若没学习过，则放弃加密数据包3；若学习过则继续；
步骤3：解密加密数据包3提取相关信息，判断解密后得到的同步码与主控机构学习过程中步骤5存储的同步码的差值，若为1则存储的同步码加1并重新存储，给感应遥控器发送确认信号，并控制执行机构执行相关的操作；否则继续；
步骤4：随机指定一个随机数给感应遥控器作为新同步码，用主控机构学习过程中步骤3生成的密钥2对新同步码和上步得到的相关信息加密，得到加密数据包4，将步骤1接收到的序列号和加密数据包4发送给感应遥控器；
步骤5：把主控机构学习过程中步骤5存储的同步码更新为步骤4随机指定的同步码并存储；
步骤6：主控机构置于接收状态，单次通信结束。
本发明方法较KEELOQ算法相比，具有以下特点：
1、KEELOQ只能对几个按键加密，不能对数据包加密，每次学习的密钥是固定的，产生密钥的序列号通过明文发送安全性不高，只要厂商代码被破则信息丢失，本发明加随机数后每次学习的密钥是可变的，提高了安全性。
2、KEELOQ密钥是厂商代码+序列号+种子码(安全模式下)产生的，本发明密钥是用厂商代码+序列号+随机数产生，即使厂商代码被破，系统依然安全。
3、本发明加密方法中，在同步码出错的时候由主控机构指定而不是由感应遥控器指定，这就有效的防止了对数据的非法捕获。
4、本发明方法具有一定的通用性，不仅可用于本发明汽车无钥匙系统，还可应用于小型局域网，或需要高度安全的网络系统，应用广泛。
附图说明
图1是本发明汽车无钥匙系统的结构示意图；
图2是本发明通信加密方法中感应遥控器和主控机构的学习流程图；
图3是本发明通信加密方法中感应遥控器和主控机构的通信流程图。
其中，1.感应遥控器，2.主控机构，3.执行机构，4.原车电路，5.MCU模块。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
本发明汽车无钥匙系统的结构，如图1所示，包括相连接的感应遥控器1和主控机构2，主控机构2内有MCU模块5，主控机构2还和执行机构3、原车电路4相互连接。其中感应遥控器1与主控机构2之间的连接通过无线通信实现，主要传输的信号为遥控信号和感应信号，遥控信号包括遥控开门锁、遥控闭门锁、遥控寻车、遥控后备箱；感应信号为感应开门锁与感应闭门锁。遥控信号和感应信号都可实现开关门锁，遥控模式起辅助作用。主控机构2通过I/O端口输出控制信号至执行机构3，同时原车电路4的触发信号输入至主控机构2，由主控机构2对其进行相应的判断处理。
本发明汽车无钥匙系统的工作过程为：车主随身携带的无钥匙感应遥控器1在距汽车2-3米的距离范围内时，感应遥控器1被主控机构2内的MCU模块5所控制的低频发射信号激活，进行ID匹配识别，并用高频数据进行回应，经过多次的相互发射与接收，感应遥控器1与主控机构2的ID匹配通过，则主控机构2会给执行机构3发出相应的开门锁动作指令，实现了无钥匙感应开门。
当汽车停止行驶时，感应遥控器1随车主离开距车3到5米的范围外，主控机构2中的MCU模块5的低频通信侦测到感应遥控器1不在范围内，则执行锁门，并开启防盗状态。若锁门没有成功(如门没关好)，则主控机构2会驱动相应的声光警示，达到提示车门未锁好的目的。当汽车受到超过额定幅度的震动、被非法开车门或被非法启动时，主控机构2将驱动执行相应的声光报警，以及断电路、断油路等动作，以达到防盗的目的。
系统中高频通信使用433MHz的公用频段，低频使用的是125KHz频段，对于高频天线，车内高频模块采用导线式天线，感应遥控器1则采用PCB天线，低频天线都采用电感线圈，通过电感线圈的互感来实现低频数据的传输。同时低频发射信号处在可调时间间隔的定时工作模式，实时侦测有没有感应遥控器1在其范围内。
本发明汽车无钥匙系统的通信加密方法，首先进行感应遥控器1与主控机构2学习过程，再进行感应遥控器1与主控机构2通信过程。
1)感应遥控器1与主控机构2学习过程如图2所示，具体按以下步骤实施：
感应遥控器1学习过程：
步骤1：感应遥控器1产生随机数A和随机数B，随机数A作为密钥元素，随机数B作为同步码并存储；
步骤2：将厂商代码、序列号、步骤1得到的随机数A通过密钥生成算法生成密钥1，存储密钥1，密钥生成算法选用阵迭代、置换或非线性表结合中的一种；
步骤3：根据厂商代码、序列号、同步码生成数据明文，用步骤2得到的密钥对数据明文加密，产生加密数据包1；将步骤1得到的随机数A与加密数据包1顺序连接，作为数据包1，发送给主控机构2；
步骤4：将同步码加1产生新的同步码；
步骤5：将厂商代码、序列号结合步骤4得到的新同步码构成新数据明文，用步骤2得到的密钥对新数据明文加密，得到加密数据包2，将序列号与加密数据包2顺序连接，作为数据包2，发送给主控机构2；
主控机构2学习过程：
步骤1：接收数据包1，提取未加密的数据段，即随机数A；
步骤2：接收数据包2，提取未加密的数据段，即序列号；
步骤3：将厂商代码、步骤1得到的随机数A、步骤2得到的序列号通过密钥生成算法生成密钥2，存储密钥2，密钥生成算法选用阵迭代、置换或非线性表结合中的一种；
步骤4：用步骤3得到的密钥2分别解密数据包1和数据包2，得到数据包1的数据明文和数据包2的数据明文；
步骤5：根据步骤4得到的数据包1的数据明文和数据包2的数据明文，判断加密是否成功，若数据包1数据明文中的厂商代码和数据包2数据明文中的厂商代码相同，且与主控机构2的厂商代码一致，则继续，否则学习失败；若数据包1数据明文中的序列号和数据包2数据明文中的序列号不相同，则学习失败，否则继续；若数据包2数据明文中的同步码比数据包1数据明文中的同步码大1，则学习成功，否则学习失败；学习成功后把数据包1数据明文和数据包2数据明文中相同的序列号、步骤3中生成的密钥2和数据包2数据明文中的同步码进行存储；
2)感应遥控器1与主控机构2通信过程如图3所示，具体按以下步骤实施：
感应遥控器1通信过程：
步骤1：确定要发送的数据信息；
步骤2：将要发送的数据信息、同步码组成明文，用感应遥控器1学习过程中步骤2生成的密钥1加密生成加密数据包3，将序列号和加密数据包3发送给主控机构2；
步骤3：感应遥控器1置为接收状态，等待主控机构2发回的确认信号或更新同步码数据包；若设定时间内感应遥控器1收到主控机构2发回的确认信号，则感应遥控器1存储的同步码加1后重新存储，一次通信结束；若设定时间内感应遥控器1收到主控机构2发回的更新同步码数据包，则感应遥控器1在接收到新同步码更新数据包后，解密提取新的同步码，将新同步码减1后存储为当前的同步码，把步骤1的数据信息、新存储的当前的同步码组成明文，用感应遥控器1学习过程中步骤2生成的密钥1加密该明文生成密文，将序列号和生成的密文发送给主控机构2；若设定时间内感应遥控器1既没收到主控机构2发回的确认信号，也没收到更新同步码的数据包，则重复步骤2的操作；
主控机构2通信过程：
步骤1：接收感应遥控器1通信过程中步骤2发送的加密数据包3和序列号；
步骤2：判断步骤1接收到的序列号是否学习过，若没学习过，则放弃加密数据包3；若学习过则继续；
步骤3：解密加密数据包3提取相关信息，判断解密后得到的同步码与主控机构2学习过程中步骤5存储的同步码的差值，若为1则存储的同步码加1并重新存储，给感应遥控器1发送确认信号，并控制执行机构3执行相关的操作；否则继续；
步骤4：随机指定一个随机数给感应遥控器1作为新同步码，用主控机构2学习过程中步骤3生成的密钥2对新同步码和上步得到的相关信息加密，得到加密数据包4，将步骤1接收到的序列号和加密数据包4发送给感应遥控器1；
步骤5：把主控机构2学习过程中步骤5存储的同步码更新为步骤4随机指定的同步码并存储；
步骤6：主控机构2置于接收状态，单次通信结束。
本发明的通信加密方法完成一次感应遥控器1与主控机构2学习流程，就是一次密钥等相关信息的匹配过程，学习成功后的感应遥控器1与主控机构2建立了对应的关系，同时1个主控机构2可对应多个感应遥控器1。在学习时，主控机构2(解密端)置于学习状态，感应遥控器1(加密端)执行学习动作。
本发明很好地实现了无钥匙进入与智能防盗防抢系统，解决了此系统中高频通信的安全隐患，达到了开关门锁的智能化，同时使车主身份认证识别更安全，更准确，有效地防止了无线通信的数据信息被捕获或干扰后，汽车防盗系统被破解，进而导致车被偷盗的现象。