CN101294463A - 基于电子密码锁的动态加密和开启方法 - Google Patents

Abstract

一种基于电子密码锁的动态加密和开启方法，其密码锁系统由动态密码生成器与电子密码锁控制系统两部分组成。密码生成器能以时间为参数，采用多重密码表加密算法生成动态密码。用户开锁时除了要输入自定义静态密码，还必须输入动态密码。密码锁控制系统根据输入密码的正确性来决定是否开锁。这种以时间为参数的动态密码仅在一定时间段内有效，并且只能使用一次，因此安全性很高。密码锁控制系统通过动态密码解出密码生成器的时钟信息，并与密码锁系统时钟进行对比，通过对其偏差进行分析与补偿来对两个时钟进行同步调整，从而保证了整个系统长期运行的可靠性。

Description

基于电子密码锁的动态加密和开启方法

技术领域

本发明涉及保密需要的编码或译码装置，尤其涉及在工作期间变化的密钥或算法的密码装置。属于用在保险柜、重要仓库和银行金库门等场合的一种密码锁。

背景技术

在保险柜、重要仓库、银行金库门等安全性要求高的场合，传统的机械钥匙或IC卡门禁系统，都存在一个共同的隐患，一旦钥匙或IC卡丢失，就有可能被捡到者违法打开。普通密码锁虽然不存在钥匙丢失问题，但由于密码是相对固定的，他人也有可能通过偷窥、摄像监视等手段来盗取密码，为安全埋下隐患。

为了克服现有技术的不足，有人提出了动态密码的方法。公开号为CN101029546的“电子密码锁系统以及控制和开启方法”的发明专利，介绍了一种通过网络管理服务器对申请的开锁时间信息进行加密后得到开锁密码的方法。该系统要求密码锁控制系统要一直连接在网络管理服务器上，在许多场合，这种要求很难实现。加之，网络上很容易受到木马的攻击，安全性也存在隐患。

产生动态密码更安全的方法是由一个动态密码生成器来实现。这种方法引起了业界的普遍关注。这是一个便携式电子装置，上面有液晶显示器与按键。并将其与电子密码锁的控制系统结合起来，设计一种基于动态密码锁的加密和解密及开锁方法用在密码锁的安全系统上也已势在必行。

发明内容

为了克服现有密码锁安全系统的不足，本发明提供了一种利用时间作为参数生成开锁密码的动态密码锁系统。密码随时间动态改变，每个密码只在一定时间内有效，且只能使用一次。开锁时，需要顺序输入用户编号、静态密码与动态密码，使安全性大为提高。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种基于电子密码锁的动态加密和解密方法，所述的动态电子密码锁由动态密码生成器和电子密码锁控制系统组成，其中的动态密码生成器乃系一便携式电子装置，包括带有内嵌程序软件的微处理器、显示器和按键；电子密码锁的控制系统则由微处理器、输入键盘、显示器和开关执行机构所组成，用来完成开锁与关锁，其特征在于：所述动态密码锁的加密与解密过程分别由下述步骤来实现，其中：

所述的加密过程包括：

(1.1)选一8位十进制数为例，作待加密数据，将其拆分待加密数据段和位置索引两部分，待加密数据段由其前6位组成，位置索引则由后2位组成；

(1.2)依据位置索引到密码表1中查出对应密码；

(1.3)将对应密码与待加密数据段模加，得6位加密码；

(1.4)依据位置索引到变换表2中查出对应的变换码；

(1.5)将对应的变换码与所述的6位加密码连接组成一级加密结果；

(1.6)将一级加密结果按位累加求其累加和；

(1.7)依据累加和到密码换位表3中查出对应的换位码；

(1.8)将一级加密结果按照换位码指示的顺序重新排列，生成最终加密成果；

所述的解密过程包括：

(1.9)将最终加密成果按位置累加，求其累加和；

(1.10)依据累加和到密码换位表3查出对应的换位码；

(1.11)将最终加密成果按照换位码指示的顺序重新排列，得一级加密成果；

(1.12)将一级加密成果拆分为6位加密码和对应的变换码；

(1.13)依变换码到密码变换表2中反查得位置索引码；

(1.14)用位置索引码到密码表1中查出对应的密码；

(1.15)将6位加密码与密码进行模减得待加密数据段；

(1.16)将待加密数据段与位置索引码连接还原为待加密数据。

一种基于动态电子密码锁的开启方法，包括将其中的动态密码生成器及密码锁控制系统进行初始化的步骤，其特征在于还包括下述步骤：

(2.1)用户按密码生成器的按键，唤醒密码生成器；

(2.2)密码生成器内的微处理器以内部时钟信号为参数，采用多重密码表加密算法生成一个动态密码，由显示器显示出来；

(2.3)用户给密码锁键盘顺序输入以下3个数据：用户编号、自定义静态密码和按规定顺序输入的动态密码；

(2.4)由密码锁微处理器判断用户编号和自定义密码的合法性，如果合法，再通过解密算法解出密码生成器的时钟参数，并与密码锁系统的时钟相比较，当其误差在规定的范围内，就认定动态密码正确，发出开锁指令，驱动开锁机构开锁，同时将此密码注销，在有效时间段内不可再用。

所述的动态密码生成器及密码锁控制系统的初始化过程包括下述步骤：

(3.1)为密码生成器注册一个用户编号，并在密码锁控制系统中建立一个用户档案；

(3.2)设置开锁的自定义静态密码，并将其保存在上述用户档案中；

(3.3)设置窗口时间，即动态密码的有效时间，也保存在上述用户档案中；

(3.4)设置顺序码，用于限制动态密码的输入顺序，也保存在上述用户档案中；

(3.5)用密码生成器得到一个动态密码，并按顺序码所指示的顺序输入到密码锁键盘，该密码锁的微处理器将会自动解密算出密码生成器的时钟参数，并将此参数与密码锁系统的时钟参数相比较，算出差值并予补偿，保存到上述密码生成器的档案中。

所述的密码生成器的时钟参数与其密码锁的时钟参数比较时，既可算出二者的时钟偏差，还可计算其偏差变化率，供密码锁推断一定时长内密码生成器时钟与密码锁控制系统的时钟偏差的变化速率，并通过时钟偏差补偿维持锁控系统的正常运行。

与现有技术相比较，本发明采用了多重密码表加密算法，加密后的数据可以通过逆运算解密来还原为原始数据。其优点是运算简单，运算速度快，对处理器的要求低，可以用4位微处理器制造超低功耗的密码生成器；采用了多个密码表，通过多次查表进行加密，具有密码本加密的高可靠性与高安全性。

附图说明

本发明有附图5幅，其中：

图1是本发明的电子密码锁原理框图；

图2是本发明的开锁流程框图；

图3是密码表；

图4是变换表；

图5是换位表。

具体实施方式

如图1-5所示。一种基于电子密码锁的动态加密解密和开启方法，包括以下部分：

第一部分为动态密码生成器，简称密码生成器。这是一个便携式电子装置，上面有液晶显示器与一个按键，其内部有一个用纽扣电池供电的微处理器。用户按一下按键，就能从其液晶显示器上得到一个动态密码。这个动态密码是密码生成器内部的微处理器以时间为参数，经过多重密码表加密算法得到的。用户心中还有另一个自定义的密码称为静态密码，这个密码要预先设置到下述第二部分的密码锁控制系统中，它与用户编号及动态密码结合在一起，构成开锁密码。

第二部分是电子密码锁控制系统，其结构与普通电子密码锁控制系统基本相同。是一个以微处理器为核心的控制系统，微处理器内嵌程序软件，外部操作面板上有输入键盘、显示器，内部有开锁关锁执行机构。开锁时要顺序输入3个数据：用户编号、静态密码、动态密码。微处理器收到用户输入的这3个数据后，首先会判断用户编号及静态密码的合法性。如果合法，就会按照与密码生成器对称的解密的算法，解出动态密码生成器的时间参数。将此参数与密码锁控制系统的时间参数相比较，如果时间参数误差在一定范围内，就认定密码正确，就会发出开锁指令，驱动开锁机构开锁。所述的时间范围称为窗口时间，可以根据需要预先设置。

所述的多重密码表加密算法的加密步骤如下：

1、以8位十进制数为例，设定待加密数据为12345678。将待加密数据分为2部分：123456与78。将78作为密码位置索引，到密码表查出对应的密码，用于对待加密数据段123456进行加密。密码表有00～99共100个密码，其格式如图3所示。其右侧一列的100个6位十进制数是随机生成的，以位置索引78查表得到的密码为579426。将它与待加密数据段进行按位“模加”运算，即每一位独立进行不计进位的加法运算。算式为(此处用

表示按位“模加”)：

上式中第3位：3+9＝12，按模加运算就是：上式中第6位：6+6＝12，按模加运算就是：

123456加密之后成为加密码692872。

2、查索引变换表。索引变换表共有00～99共100个一对一的随机的对应关系，其格式如图4所示。其左侧一列的100个2位十进制数也包括了00～99全部100个数，但左右2列的对应关系是随机生成的。以78查表得到的变换码为53。

3、将第一步得到的692872与第二步得到的53合在一起，连接成为69287253。这就是第一级加密后的结果。

4、将上一步得到的加密结果69287253，按位求累加和：6+9+2+8+7+2+5+3＝42，用来查密码换位表。由于8个数的累加和最大值只有72，密码换位表也共有00～72共73个换位码，其格式如图5所示。右侧一列的73个8位十进制数是有条件限制的随机数，没有0和9，包含1～8共8个数字且互不相同。每一个换位码指示了将8位数据重新排列的顺序。以42查换位表得到的换位码为35486217。

5、按照上一步查到的换位码35486217，将一级加密成果69287253重新排列，亦即分别将6排在第3位、9排在第5位、2排在第4位、8排在第8位、7排在第6位、2排在第2位、5排在第1位、3排在第7位，生成的数据为52629738，到此完成加密运算。

如果要对此数据进行解密，也必须要有图3-图5这3个密码表。

对加密后的数据52629738进行解密的步骤如下：

1、对52629738的每一位求累加和：5+2+6+2+9+7+3+8＝42。

2、用42查换位表，得到换位码35486217。将52629738的每一位进行重新排列，如从左至右依次为：第3位的6、第5位的9、第4位的2、第8位的8、第6位的7、第2位的2、第1位的5、第7位的3。这样就得到了恢复原来顺序的数据：69287253。

3、将69287253拆分为6位数据段692872与位置索引53，用53作索引反查变换表，就会找到53对应的变换码为78。

4、用78去查密码表，得到密码为579426。

5、将6位数据段692872与密码579426进行按位“模减”运算，即每一位独立进行不计借位的减法运算。算式为(此处用

表示按位“模减”)：

上式中的第3位与第6位都不够减，则借1位来减：12-9＝3，12-6＝6。按“模减”运算就是：

6、将上面得到的运算结果123456与上面的53对应的变换码78连接在一起，即是原来的原始数据：12345678。到此解密完成。

所述的动态电子密码锁的开启方法，包括下述步骤：

1、用户按密码生成器的按键，唤醒密码生成器。

2、密码生成器内的微处理器以内部时钟信号为参数，采用多重密码表加密算法得到一个动态密码，由显示器显示出来。

3、用户给密码锁键盘顺序输入以下3个数据：用户编号，静态密码，按特定顺序输入的动态密码。

4、密码锁的微处理器收到用户输入的这3个数据后，首先会判断用户编号及静态密码的合法性。如果合法，再根据预先设置的“顺序码”将输入的动态密码转换为原始的动态密码，再用多重密码表解密算法解出密码生成器的时钟参数。将此参数与密码锁系统的时钟相比较，如果时钟误差在规定范围内，就认定密码正确，发出开锁指令，驱动开锁机构开锁。同时，将此密码注销，在其有效时间段内不可再用。

要使本发明的开锁操作能正确执行，每个用户的密码生成器在使用前，都要先进行初始化操作。在开锁状态下，用户可以通过密码锁的键盘输入特殊指令，进入初始化操作状态。初始化操作有以下内容：

1、为密码生成器注册一个用户编号。用户编号是一个长度固定的数字，将其输入电子密码锁键盘。接下来，密码锁的微处理器根据输入的用户编号，为此密码生成器建立一个密码生成器用户档案。

2、设置开锁静态密码。为了保证输入无误，需要连续输入两次静态密码到密码锁键盘。密码锁的微处理器会将此静态密码保存在刚才新建立的密码生成器档案中。

3、设置“窗口时间”，即动态密码的有效时间。窗口时间也保存在密码生成器档案中。

4、设置“顺序码”，用于限制动态密码的输入顺序。此顺序码同样被保存在密码生成器档案中。

5、用密码生成器得到一个动态密码，并按“顺序码”规定顺序输入到密码锁键盘。密码锁的微处理器用多重密码表解密算法，解出密码生成器的时钟参数，并将此参数与密码锁系统的时钟参数相比较，算出差值并保存到该密码生成器的档案中。采用此方法，不需要对密码生成器的时钟进行调整，即可实现与密码锁的时钟同步。到此，即完成了密码生成器的初始化操作。

密码生成器与密码锁的时钟要一直保持同步，是整个密码锁系统可靠工作的基础。本发明特别针对时钟部分采取了以下措施，来简化系统设计，保持时钟的同步，增加保密性。

1、由于采用了将始终偏差保存到档案里的方法，因此密码生成器不需要单独设置与调整时钟。

2、由于每进行一次合法的开锁操作，密码锁的微处理器就可以获得密码生成器的时钟信息，通过与密码锁的时钟进行比较，结合密码生成器的时钟档案，就可以判断密码生成器的时钟漂移。密码锁的微处理器只需对密码生成器的时钟进行一次时钟同步操作，就可有效地消除时钟的累积误差。同时，密码锁的微处理器还可以算出密码生成器时钟与密码锁时钟的偏差变化率。例如，算出的密码生成器时钟偏差变化率为：每月比密码锁时钟快30秒钟。如果不进行一定的时钟修正处理，当窗口时间设置为2分钟，4个月之后，密码生成器时钟与密码锁时钟的误差就达到2分钟，动态密码就会失效，不能开锁了。本发明的密码锁系统的微处理器，会根据时钟偏差信息，自动修正两者之间的时钟偏差。如果4个月之后再开锁，密码生成器时钟比密码锁时钟共快30*4＝2分钟。密码锁系统的微处理器会自动补偿将这2分钟的偏差，因此，动态密码就不会失效，可以继续工作。

3、密码生成器与密码锁的时钟，并未采用自然的实时时钟，而是独立的专用时钟，比如将时间单位取为0.9768秒等无规律的时间单位。因此如果试图用自然的实时时钟来推算动态密码，是不可能实现的。

Claims (4)

1、一种基于电子密码锁的动态加密和解密方法，所述的动态电子密码锁由动态密码生成器和电子密码锁控制系统组成，其中的动态密码生成器乃系一便携式电子装置，包括带有内嵌程序软件的微处理器、显示器和按键；电子密码锁的控制系统则由微处理器、输入键盘、显示器和开关执行机构所组成，用来完成开锁与关锁，其特征在于：所述动态密码锁的加密与解密过程分别由下述步骤来实现，其中：

所述的加密过程包括：

(1.1)选一8位十进制数为例，作待加密数据，将其拆分待加密数据段和位置索引两部分，待加密数据段由其前6位组成，位置索引则由后2位组成；

(1.2)依据位置索引到密码表1中查出对应密码；

(1.3)将对应密码与待加密数据段模加，得6位加密码；

(1.4)依据位置索引到变换表2中查出对应的变换码；

(1.5)将对应的变换码与所述的6位加密码连接组成一级加密结果；

(1.6)将一级加密结果按位累加求其累加和；

(1.7)依据累加和到密码换位表3中查出对应的换位码；

(1.8)将一级加密结果按照换位码指示的顺序重新排列，生成最终加密成果；

所述的解密过程包括：

(1.9)将最终加密成果按位累加，求其累加和；

(1.10)依据累加和到密码换位表3查出对应的换位码；

(1.11)将最终加密成果按照换位码指示的顺序重新排列，得一级加密成果；

(1.12)将一级加密成果拆分为6位加密码和对应的变换码；

(1.13)依变换码到密码变换表2中反查得位置索引码；

(1.14)用位置索引码到密码表1中查出对应的密码；

(1.15)将6位加密码与密码进行模减得待加密数据段；

(1.16)将待加密数据段与位置索引码连接还原为待加密数据。

2、一种基于动态电子密码锁的开启方法，包括将其中的动态密码生成器进行初始化的步骤，其特征在于还包括下述步骤：

(2.1)用户按密码生成器的按键，唤醒密码生成器；

(2.2)密码生成器内的微处理器以内部时钟信号为参数，采用多重密码表加密算法生成一个动态密码，由显示器显示出来；

(2.3)用户给密码锁键盘顺序输入以下3个数据：用户编号、自定义静态密码和按规定顺序输入的动态密码；

(2.4)由密码锁微处理器判断用户编号和自定义密码的合法性，如果合法，再通过解密算法解出密码生成器的时钟参数，并与密码锁系统的时钟相比较，当其误差在规定的范围内，就认定动态密码正确，发出开锁指令，驱动开锁机构开锁，同时将此密码注销，在有效时间段内不可再用。

3、根据权利要求2所述的动态电子密码锁的开启方法，其特征在于所述的动态密码生成器及密码锁控制系统的初始化过程包括下述步骤：

(3.1)为密码生成器注册一个用户编号，并在密码锁控制系统中建立一个用户档案；

(3.2)设置开锁的自定义静态密码，并将其保存在上述用户档案中；

(3.3)设置窗口时间，即动态密码的有效时间，也保存在上述用户档案中；

(3.4)设置顺序码，用于限制动态密码的输入顺序，也保存在上述用户档案中；

(3.5)用密码生成器得到一个动态密码，并按顺序码所指示的顺序输入到密码锁键盘，该密码锁的微处理器将会自动解密算出密码生成器的时钟参数，并将此参数与密码锁系统的时钟参数相比较，算出差值并予补偿，保存到上述密码生成器的档案中。

4、根据权利要求3所述的动态电子密码锁的开启方法，其特征在于所述的密码生成器的时钟参数与其密码锁的时钟参数比较时，既可算出二者的时钟偏差，还可计算其偏差变化率，供密码锁推断一定时长内密码生成器时钟与密码锁控制系统的时钟偏差的变化速率，并通过时钟偏差补偿维持锁控系统的正常运行。

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