CN102535965B

CN102535965B - 基于指纹识别的nfc电子钥匙装置

Info

Publication number: CN102535965B
Application number: CN201210022075.0A
Authority: CN
Inventors: 廖裕民
Original assignee: Fuzhou Rockchip Electronics Co Ltd
Current assignee: Rockchip Electronics Co Ltd
Priority date: 2012-01-31
Filing date: 2012-01-31
Publication date: 2014-06-18
Anticipated expiration: 2032-01-31
Also published as: CN102535965A

Abstract

本发明提供一种基于指纹识别的NFC电子钥匙装置，包括指纹采集单元、指纹识别单元、指纹库单元、密文存储单元、CPU控制器、加密运算单元、密钥存储单元、解密运算单元、NFC控制器以及NFC天线；通过指纹采集单元、指纹识别单元、指纹库单元来进行使用者的身份验证，通过加密运算单元、密钥存储单元、解密运算单元、NFC控制器以及密文存储单元对电子锁设备的加密信息和密文进行安全处理，其NFC天线还能感应电子锁设备的磁场，同时利用感应的电势能向所述电子钥匙装置供电，CPU控制器负责整个电子钥匙装置的运作。本发明的电子钥匙装置无机械磨损的问题，且安全性比较高。

Description

基于指纹识别的NFC电子钥匙装置

【技术领域】

本发明涉及电子通讯设备领域，特别涉及一种基于指纹识别的NFC电子钥匙装置。

【背景技术】

现有大部分的钥匙还是机械钥匙，机械钥匙易磨损且一旦钥匙丢失，任何人都可以开启，安全性不足。只有部分钥匙是电子钥匙，如汽车行业的电子钥匙，但该电子钥匙通信距离和安全强度都不足，通信时信息易被截获和破解且要担心钥匙遗失，钥匙上也需要有电池，担心没电。如果能找到一种安全性功能强，不需要电源的电子钥匙，是一个很有意义的研究。

现有技术中提供了一种“开关电路及可用作电子钥匙的手机”，见公开号为“CN102025356A”，公开日为“2011.04.20”的中国专利，其中，开关电路包括：用于接收数据信息的NFC天线、与NFC天线连接的用于数据处理和变换的NFC芯片、与NFC芯片连接的微处理器和与微处理器连接的电路控制系统，该电路控制系统由微处理器控制其接通。所述手机包括：基带芯片、与基带芯片连接NFC芯片和NFC天线，其中，基带芯片包括：请求响应信息发送单元，用于当接收到查询附近是否有电子钥匙的请求信息后，发送请求响应信息；选择响应信息发送单元，用于当接收到需求卡ID的选择信息后，发送含有卡ID的选择响应信息；编码单元，用于当接收到含有随机数据的认证信息后，对所述认证信息进行编码；认证响应信息发送单元，用于发送所述编码单元编码后的认证响应信息。该发明所述一种开关电路及可用作电子钥匙的手机，使得该发明所述的开关电路可以通过所述手机开启；增强了开关电路的安全性高，而且手机作为开启开关电路的钥匙，省去了对钥匙的携带和保管。该发明要利用NFC天线、NFC芯片以及电路控制系统才能完成开关电路，要利用NFC天线、NFC芯片以及基带芯片才能完成电子钥匙的手机，该发明的安全性不高，当开关丢失或者手机丢失就会被别人利用，且该发明要电源供电。

其中近场通信(Near Field Communication，NFC)，又称近距离无线通信，是一种短距离的高频无线通信技术，允许电子设备之间进行非接触式点对点数据传输(在十厘米内)交换数据。这个技术主要用于手机等手持通讯设备中。由于近场通讯具有天然的安全性，因此，NFC技术被认为在手机支付等领域具有很大的应用前景。NFC将非接触读卡器、非接触卡和点对点(Peer-to-Peer)功能整合进一块单芯片，为消费者的生活方式开创了不计其数的全新机遇。这是一个开放接口平台，可以对无线网络进行快速、主动设置，也是虚拟连接器，服务于现有蜂窝状网络、蓝牙和无线802.11设备与RFID一样，NFC信息也是通过频谱中无线频率部分的电磁感应耦合方式传递，但两者之间还是存在很大的区别。首先，NFC近场通信是一种提供轻松、安全、迅速的通信的无线连接技术，其传输范围比RFID小，RFID的传输范围可以达到几米、甚至几十米，但由于NFC采取了独特的信号衰减技术，相对于RFID来说NFC具有距离近、带宽高、能耗低等特点。其次，NFC与现有非接触智能卡技术兼容，目前已经成为得到越来越多主要厂商支持的正式标准。再次，NFC还是一种近距离连接协议，提供各种设备间轻松、安全、迅速而自动的通信。与无线世界中的其他连接方式相比，NFC是一种近距离的私密通信方式。最后，RFID更多的被应用在生产、物流、跟踪、资产管理上，而NFC则在门禁、公交、手机支付等领域内发挥着巨大的作用。

同时，NFC还优于红外和蓝牙传输方式。作为一种面向消费者的交易机制，NFC比红外更快、更可靠而且简单得多，不用向红外那样必须严格的对齐才能传输数据。与蓝牙相比，NFC面向近距离交易，适用于交换财务信息或敏感的个人信息等重要数据；蓝牙能够弥补NFC通信距离不足的缺点，适用于较长距离数据通信。因此，NFC和蓝牙互为补充，共同存在。事实上，快捷轻型的NFC协议可以用于引导两台设备之间的蓝牙配对过程，促进了蓝牙的使用。NFC和传统的近距通讯相比，近场通讯(NFC)就有天然的安全性，以及连接建立的快速性。

NFC和传统的近距通讯相比，近场通讯(NFC)就有天然的安全性，以及连接建立的快速性，具体对比如下表1

表1

其NFC分为两种工作模式，即NFC主动通信模式和NFC被动通信模式。

主动通信模式工作原理如下：在主动通信模式下，每台设备要向另一台设备发送数据时，都必须产生自己的射频场。如图1A所示，发起设备和目标设备都是产生自己的射频场即RF场，以便进行通信。这是点对点通信的标准模式，可以获得非常快速的连接设置。

被动通信模式工作原理如下：在被动通信模式下，NFC发起设备(也叫主设备，启动NFC通信的设备)，在整个通信过程中提供射频场，如图1B所示，NFC发起设备可以选择106kbit/s、212kbit/s或424kbit/s其中一种传输速度，将数据发送到另一台设备。另一台设备称为NFC目标设备(也叫从设备)，不必产生射频场，利用感应的电动势提供工作所需的电源，使用负载调制技术进行数据收发。

【发明内容】

本发明要解决的技术问题，在于提供一种基于指纹识别的NFC电子钥匙装置，其电子钥匙无机械磨损的问题，且安全性比较高。

本发明是这样实现的：一种基于指纹识别的NFC电子钥匙装置，包括指纹采集单元、指纹识别单元、指纹库单元、密文存储单元、CPU控制器、加密运算单元、密钥存储单元、解密运算单元、NFC控制器以及NFC天线；

所述指纹采集单元，用于对使用者的指纹进行采样，并把采样的使用者指纹信息送往所述指纹识别单元；

所述指纹库单元，用于存储钥匙配备人的指纹信息，该库的钥匙配备人指纹信息用于所述指纹识别单元判断是否为钥匙配备人的指纹时使用；

所述指纹识别单元，用于判断所述使用者指纹信息是否为钥匙配备人指纹信息；

所述密文存储单元，用于存储开启电子锁设备的密文；

所述CPU控制器，用于接收指纹识别单元的判断结果，且负责整个电子钥匙装置的运作；

所述密钥存储单元，用于存储加密和解密过程所使用的密钥信息；

所述加密运算单元，负责CPU控制器将密文输送给电子锁设备时，对密文进行加密处理；所述密文为CPU控制器从所述密文存储单元读取的密文；

所述解密运算单元，负责所述NFC天线接收到电子锁设备中的加密信息输入给CPU控制器时，对加密信息进行解密处理；

所述NFC控制器，负责在接收信息时将所述NFC天线接收的模拟信号形式的加密信息转换为所述解密运算单元能处理的数字信号流形式的加密信息，在输出信息时将所述加密运算单元输出的数字信号流形式的密文转换为向所述NFC天线输出的模拟信号形式的密文；

所述NFC天线，用于感应电子锁设备的磁场，同时利用感应的电势能向所述电子钥匙装置供电，并在通信过程中发射模拟信号形式的密文和接收模拟信号形式的加密信息，所述电子锁设备接收到模拟信号形式的密文后进行开锁动作。

还包括阻抗匹配电路单元，负责匹配所述NFC天线的阻抗，减少NFC天线与电子锁设备间微波信号的反射，提高能量利用率。

进一步地，所述CPU控制器，用于接收指纹识别单元的判断结果，且负责整个电子钥匙装置的运作；具体为CPU控制器接收到所述指纹识别单元的结果后，如果不是钥匙配备人的指纹信息，则所述指纹识别单元重新检测指纹信息直到检测到合法使用者，否则电子钥匙装置不进行开锁操作；如果是钥匙配备人的指纹信息，则CPU控制器控制所述NFC天线开始接收电子锁设备的加密信息；当CPU控制器从所述解密运算单元得到解密后的加密信息后，与所述密文存储单元存储的开启电子锁设备的密文进行比对，如果不一致则停止电子钥匙装置当前工作，CPU控制器重新控制所述指纹采集单元对使用者的指纹进行采样，开始新一轮的工作；如果一致则CPU控制器将所述开启电子锁设备的密文输送给电子锁设备。

还包括电源管理模块，所述电源管理模块为所述CPU控制器提供电源，使得所述装置无需借助所述NFC天线感应电子锁设备的磁场产生的电源。

本发明具有如下优点：1.电子钥匙装置无机械磨损的问题；2.NFC的先天优势超短距离通信，被截获的难度非常大，几乎不可能被截获，安全性比较高；3.使用指纹识别的技术，只供设置好的人员使用，不用担心钥匙丢失造成其他损失；4.被动式NFC结构的钥匙，可以通过电磁感应从主设备(电子锁设备)获取能源供给，不必自带电源。5.采用双向通信认证，安全性高。

【附图说明】

图1A是现有技术中NFC控制器主动通信模式工作原理图。

图1B是现有技术中NFC控制器被动通信模式工作原理图。

图2为本发明电子钥匙装置第一实施例的结构原理图。

图3为本发明电子钥匙装置第二实施例的结构原理图。

【具体实施方式】

请参阅图2所示，本发明的第一实施例的基于指纹识别的NFC电子钥匙装置，包括指纹采集单元1、指纹识别单元2、指纹库单元3、密文存储单元4、CPU控制器5、加密运算单元6、密钥存储单元7、解密运算单元8、NFC控制器9以及NFC天线10；

所述指纹采集单元1，用于对使用者的指纹进行采样，并把采样的使用者指纹信息送往所述指纹识别单元2；

所述指纹库单元3，用于存储钥匙配备人的指纹信息，该库的钥匙配备人指纹信息用于所述指纹识别单元2判断是否为钥匙配备人的指纹时使用；

所述指纹识别单元2，用于判断所述使用者指纹信息是否为钥匙配备人指纹信息；

所述密文存储单元4，用于存储开启电子锁设备(未图示)的密文；

所述CPU控制器5，用于接收指纹识别单元2的判断结果，且负责整个电子钥匙装置的运作；

所述密钥存储单元7，用于存储加密和解密过程所使用的密钥信息；

所述加密运算单元6，负责CPU控制器5将密文输送给电子锁设备时，对密文进行加密处理；所述密文为CPU控制器5从所述密文存储单元4读取的密文；

所述解密运算单元8，负责所述NFC天线10接收到电子锁设备中的加密信息输入给CPU控制器5时，对加密信息进行解密处理；

所述NFC控制器9，负责在接收信息时将所述NFC天线10接收的模拟信号形式的加密信息转换为所述解密运算单元8能处理的数字信号流形式的加密信息，在输出信息时将所述加密运算单元6输出的数字信号流形式的密文转换为向所述NFC天线10输出的模拟信号形式的密文；

所述NFC天线10，用于感应电子锁设备的磁场，同时利用感应的电势能向所述电子钥匙装置供电，并在通信过程中发射模拟信号形式的密文和接收模拟信号形式的加密信息，所述电子锁设备接收到模拟信号形式的密文后进行开锁动作。

其中所述CPU控制器5，用于接收指纹识别单元2的判断结果，且负责整个电子钥匙装置的运作；具体为CPU控制器5接收到所述指纹识别单元2的结果后，如果不是钥匙配备人的指纹信息，则所述指纹识别单元2重新检测指纹信息直到检测到合法使用者，否则电子钥匙装置不进行开锁操作；如果是钥匙配备人的指纹信息，则CPU控制器5控制所述NFC天线10开始接收电子锁设备的加密信息；当CPU控制器5从所述解密运算单元8得到解密后的加密信息后，与所述密文存储单元4存储的开启电子锁设备的密文进行比对，如果不一致则停止电子钥匙装置当前工作，CPU控制器5重新控制所述指纹采集单元2对使用者的指纹进行采样，开始新一轮的工作；如果一致则CPU控制器5将所述开启电子锁设备的密文输送给电子锁设备。

在本实施例中，电子钥匙装置还包括阻抗匹配电路单元11，负责匹配所述NFC天线10的阻抗，减少NFC天线10与电子锁设备间微波信号的反射，提高能量利用率。

本发明的工作流程如下：

1.在电子钥匙装置使用前，需要先在装置中的指纹库单元3中存储拥有钥匙配备人员的指纹信息，在密文存储单元4存储开启电子锁设备的密文，在密钥存储单元7中存储密钥信息；同时保证电子钥匙装置和电子锁设备内的密文密钥信息一致；

2.在以上信息都已经存储好后，装置可以开始工作.由于装置是被动式NFC，所以只有当装置的NFC天线10接近主设备(即电子锁设备)时，感应到主设备发出的电磁场，然后利用感应电势能产生装置工作所需的电源和时钟，使装置可以用负载调制技术进行数据收发；

3.当NFC天线10检测到主设备电磁场，并利用感应电势能向装置供电后，整个装置开始工作；

4.指纹采样单元1首先开始指纹采样工作，将采样的使用者指纹信息送往指纹识别单元2；

5.指纹识别单元2接收到指纹信息后，提取指纹特征值，然后和指纹库中钥匙配备人的指纹信息进行比对，判断使用者是否是指纹库中的任何一个；并把判断结果送往CPU控制器5；

6.CPU控制器5接收到指纹识别结果后，如果不是合法使用者，则所述指纹识别单元2重新检测指纹信息直到检测到合法使用者，否则电子钥匙装置不进行开锁操作；如果是钥匙配备人的指纹信息，则CPU控制器5控制所述NFC天线10开始接收电子锁设备的加密信息；

7.主设备发出的加密信息通过NFC天线10和阻抗匹配电路单元11到达NFC控制器9，NFC控制器9将模拟信号形式的加密信息转换为解密运算单元8使用的数字信号形式的加密信息，解密运算单元8从密钥存储单元7读取密钥信息，根据密钥对加密信息进行解密得到解密后的密文信息，并将密文信息送往CPU控制器5；

8.CPU控制器5得到解密后的密文信息后，和密文存储单元4存储的存储开启电子锁设备的密文进行比对，如果不一致则停止装置当前工作，重新采集指纹，开始新一轮的工作；如果一致则CPU控制器5将所述开启电子锁设备的密文输送给电子锁设备。

9.CPU控制器5从密文存储单元4读取密文，并将密文送往加密运算单元6，加密运算单元6根据密钥信息对密文进行加密后送往NFC控制器9；

10.NFC控制器9将加密数字信号形式的密文转换为模拟信号形式的密文，并送往阻抗匹配电路单元11，阻抗匹配后的信号被送往NFC天线10，通过无线传输最终到达主设备；

11.主设备端经过解密后，如果和存储的密文一致则进行开锁动作，不一致则不作开锁动作，NFC天线10重新接受主设备的加密信息；如果是匹配的电子钥匙装置和电子锁设备，密文信息一致，就可以完成开锁动作。

如图3所示，为本发明电子钥匙装置第二实施例的结构原理图。其与第一实施例的区别在于：还包括电源管理模块12，所述电源管理模块12为所述CPU控制器5提供电源，使得所述装置无需借助所述NFC天线10感应电子锁设备的磁场产生的电源。这样为本发明电子钥匙装置提供电源，NFC控制器 9就是主动模式，当电源管理模块12连接的电源没电时，NFC控制器9又会转为被动模式。

本发明的优点如下：1.电子钥匙装置无机械磨损的问题；2.NFC的先天优势超短距离通信，被截获的难度非常大，几乎不可能被截获，安全性比较高；3.使用指纹识别的技术，只供设置好的人员使用，不用担心钥匙丢失造成其他损失；4.被动式NFC结构的钥匙，可以通过电磁感应从主设备(电子锁设备)获取能源供给，不必自带电源。5.采用双向通信认证，安全性高。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，凡依本发明申请专利范围所做的均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。

Claims

1.一种基于指纹识别的NFC电子钥匙装置，其特征在于：包括指纹采集单元、指纹识别单元、指纹库单元、密文存储单元、CPU控制器、加密运算单元、密钥存储单元、解密运算单元、NFC控制器以及NFC天线；

所述密文存储单元，用于存储开启电子锁设备的密文；

2.根据权利要求1所述的基于指纹识别的NFC电子钥匙装置，其特征在于：还包括阻抗匹配电路单元，负责匹配所述NFC天线的阻抗，减少NFC天线与电子锁设备间微波信号的反射，提高能量利用率。

3.根据权利要求1所述的基于指纹识别的NFC电子钥匙装置，其特征在于：所述CPU控制器，用于接收指纹识别单元的判断结果，且负责整个电子钥匙装置的运作；具体为CPU控制器接收到所述指纹识别单元的结果后，如果不是钥匙配备人的指纹信息，则所述指纹识别单元重新检测指纹信息直到检测到合法使用者，否则电子钥匙装置不进行开锁操作；如果是钥匙配备人的指纹信息，则CPU控制器控制所述NFC天线开始接收电子锁设备的加密信息；当CPU控制器从所述解密运算单元得到解密后的加密信息后，与所述密文存储单元存储的开启电子锁设备的密文进行比对，如果不一致则停止电子钥匙装置当前工作，CPU控制器重新控制所述指纹采集单元对使用者的指纹进行采样，开始新一轮的工作；如果一致则CPU控制器将所述开启电子锁设备的密文输送给电子锁设备。

4.根据权利要求1或2所述的基于指纹识别的NFC电子钥匙装置，其特征在于：还包括电源管理模块，所述电源管理模块为所述CPU控制器提供电源，使得所述装置无需借助所述NFC天线感应电子锁设备的磁场产生的电源。