新型RKE系统设计

第29卷第11期煤炭技术Vol.29,No.112010年11 期Coal TechnologyNovember,2010新型RKE系统设计常淑华(吉林农业科技学院信息工程学院，吉林吉林132101)摘要:给出了一种高安全性的 RKE系统设计方案。首先设计出能够满足性能要求的RF收发器;在算法安全性分析研究的基础上，设计出-套有效的安全通信协议,并给出软件实现流程;最后,对设计的RKE系统进行测试分析。测试结果表明,该系统具有更高的安全性和更好的通讯性能。关键词:远程无钥匙进入系统;安全系统;射频技术中图分类号:U46191文献标识码:A文章编号: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,射频发射器为ATMEL公司低输人电流高输出功率0引言的射频发射芯片T5754。发射器的天线采用环状印制板天线,直接设置在PCB上。发射过程为:发射按键唤醒CPU,远程无钥匙进人系统(Remote Keyless Entry ,RKE)作为CPU检测键值确定发送指令,加密后把数据输送到射频发射新型汽车的一-种性能和汽车零件市场的一种产品，受到人们器,将信号发送出去。原理图如图2所示,PB1发送基带信的广泛喜爱。在北美,RKE系统在新车中的安装率超过80%、号，控制射频芯片的幅度调制,PB2为控制射频芯片的使能欧洲超过70%,在我国具有广泛的市场潜力。由于RKE系统信号。使用无线通信技术，无线信道中通信数据安全性就成为系统的关键。针对当前已有RKE系统安全强度不足的情况,文中基于发射消息有效性以及接收消息合法性的安全设计要求，提出了具有更高安全性能的RKE系统方案，并给出了系统的硬件实现和软件流程。最后,对该系统进行了测试分析。图2发射器1系统架构1.2车内接收器简单的说，RKE系统是由钥匙发射器和车内接收器2部接收器由CPU、射频接收器、控制模块组成。接收器的分组成。系统在钥匙中集成了RF发射器,发射器发送数据CPU采用的是ATMEL公司的低功耗快速8位单片机AT-消息到汽车中的接收器，接收器译码并控制车门的开关,系mega88,射频接收芯片为ATA5724。接收天线采用普通的杆统的架构如图I所示。系统工作的无线链路载波频率各有不状天线。接收过程为:射频接收芯片将接收到的ASK调制数同,在美国和日本采用315MHz,欧洲采用433.92MHz,该系.据解调为基带数据,CPU将基带数据解密得到有效的控制指令,然后交给控制模块执行。原理图如图3所示, PB4接收射统采用433.92MHz。频芯片的基带数据, PB2负责CPU与射频芯片的同步。2软件设计@H图1 RKE 系统架构2.1协议设计1.1 钥匙发射器安全性是RKE系统主要考虑的因素，要保障其高安全发射器由按键、CPU射频发射器、电池组成。发射器的性,系统设计需要满足以下4占要求.①1个接收器只能由CPU采用的是ATMEL公司的一款低功耗快速8位单片机有限中国煤化工意2条消息都应是不YHCNMHG收稿日期:2010- 04-15;修订日期:2010-08-02作者简介:常淑华( 1969-),女,吉林长岭人,吉林农业科技学院信息工程学院实验师,硕士,实验室主任,研究方向:计算机科学与技术及实验室管理。●136某炭技术第29卷4端命令指示灯_时种射频搂收器图3接收器同的;③接收器应该忽略已经使用过的消息;④即使以前的消息内容已经知道,从这些已知信息来推断发射器将要发送的下一条消息也是不可能的。由此,可以得到满足安全性要口出中口求的RKE系统通信协议示意图，如图4所示。(a)发射端主流程(b)发射端中断流程m&C”许围6发射端软件流程件流程如图7所示。|发射机-提收机| 初始化围4 RKE 安全系统AES( Advanced Encryption Standard)加密算法要求输人的明文分组长度为128位，输出的密文分组长度也为128中位。密钥的长度是可选的,可以是128,192和256位,相应迭<价h> ”代的轮次分别是10, 12和14次，处于对计算时间和功耗的考虑,我们选用128位的密钥,而这是足以有效抵抗穷举攻击的.AES加密和解密算法的输入都是- -个128 bit的数据块,这个数据块被编排为一个称作状态矩阵(State aray)的唱4x4字节矩阵，在每一轮加密或解密时都要对这个状态矩阵进行运算AES的轮变换以及每一步均作用在状态矩阵圄7接收端软件流程上,在加密或解密的最后-轮,这个状态矩阵被变回为1283实验结果与分析位的线性数据块,密钥类似地也要被变为字节的矩阵形式网。AES算法无论是安全性还是计算复杂度上都比DES算法要通过实验测试，该系统在无遮蔽的情况下通信距离可达好,所以最终采用AES作为该系统的加密算法。35 m,而在普通障碍物阻挡的情况下,通信距离略有缩短,为下面阐述MAC的生成过程:ID,顺序计数值，命令,共930 m左右。由实验我们得知在满足系统低功耗的前提下,决个字节,先将它们拓展成16个字节(在后边补加1个"1”和定通 信距离的关键在于射频电路部分的阻抗匹配。该系统的s5个“0”),也即128位,作为AES的明文输人,然后通过预安全性能主要取决于AES算法的安全强度，而AES算法对先设定的密钥进行AES加密,得到16字节的密文,取密文所 有已知的攻击具有免疫性,其安全性远远高于DES算法，的前6个字节作为MAC,见图5。并且由于AES算法设计简单,代码紧凑,使得该系统在安全C巴14工序1数佤4工而李07工拓展学节( ]强度增加的前提下,满足系统的低功耗要求。当发射器(AT-tiny45+RF发射器)工作在8MHz处于发射状态时,其消耗的AES平均电流大约为10mA，处在睡眠模式下消耗的平均电流约Ca ] Co 100rten)口为0.3uA.而一次的发射时间大约为10ms, 假设-天按键100次,对于普通的200mAh的锂电池可用20a左右,考虑电團5 MAC 生成示意團池漏电流的存在,发射器的电池- -般正常实用3a左右。2.2发射端软件设计4结束语发射器大部分时间处在睡眠模式，等待外部按键中断。当有键按下时,CPU(ATtiny45 )将会把ID .命令.顺序计数值给出了- .种高安全性的RKE系统设计方案，该系统在作为明文进行AES加密，计算出MAC并组织发射数据。然安全性 、收发距离、可靠性以及低功耗:具有明显的优势,另后CPU打开射频发射器,通过串行方式将数据输送出去,发外采用的ATMEL,的处理器和射频芯片有着很高的性价比.送完毕后,顺序计数值加一同时关闭射频发射器.重新回到这些使得该系统具有广阔的应用前景。睡眠模式。软件流程如图6所示。参考文献: .2.3 接收端软件设计[]“中国煤化工设计切仪器仅表学报，接收端同样大部分时间处在睡眠模式，等待数据的到来。当接收到一-个有效的射频信号时,射频接收器唤醒CPU[2MHCNMHG系统(RKE)方案和VKSP(ATmega88)，同时将射频信号变为基带信号发送到CPU。[3)石云. 基于KEFLOQ技术的车库门禁系统川现代电子技术，CPU分析数据,计算MAC,验证数据的合法性,如果合法则2008,31(15): 144-145.148.执行相应的动作,不合法则不予理睬,最后回到睡眠模式。软(责任编辑张欣)