CN102547691B

CN102547691B - 一种基于2.4g rfid智能卡系统的安全电子控制系统和方法

Info

Publication number: CN102547691B
Application number: CN201010600249.8A
Authority: CN
Inventors: 杨贤伟
Original assignee: Nationz Technologies Inc
Current assignee: Nationz Technologies Inc
Priority date: 2010-12-22
Filing date: 2010-12-22
Publication date: 2015-09-16
Anticipated expiration: 2030-12-22
Also published as: CN102547691A

Abstract

本发明涉及无线射频通信和电子标签领域，披露了一种基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统和方法，尤其涉及2.4G RFID-SIM卡。所述安全电子控制系统由2.4G RFID安全电子控制单元和2.4G RFID安全电子钥匙两部分组成。所述2.4G RFID安全电子控制单元由2.4G RFID读卡器模块、GPRS移动通信模块、主控制模块和控制逻辑部分组成；所述2.4G RFID安全电子钥匙由2.4G RFID智能卡和移动通信终端组成。本发明在控制单元与钥匙之间采用安全认证协议和用户口令进行双重身份认证，能够防止假冒钥匙和钥匙丢失带来的安全隐患，在提供使用便捷性的同时保证电子控制操作的绝对安全性。

Description

一种基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统和方法

技术领域

本发明涉及无线射频通信和电子标签领域，尤其涉及一种基于2.4GRFID智能卡系统的安全电子控制系统和方法。

背景技术

随着移动通信技术的发展，移动通信终端作为大众化的消费产品，已经非常普及。移动通信终端中的SIM卡(Subscriber Identity Model，用户身份识别模块)等智能卡片，作为移动通信终端的重要组成部分而被广泛地使用。为满足人们不断提高的移动通信终端使用体验，具备多种新功能的智能卡片被开发并投入使用，如RFID-SIM卡、RFID-TF卡、RFID-SD卡等。RFID智能卡使用过程中产生的信息能够直接在移动电话的屏幕上显示，用户可通过移动电话的键盘来完成各项操作。目前，RFID-SIM卡多用于移动电话，除具备常规SIM卡的所有功能，还可以让移动电话具有诸如公交乘车卡、门禁通信卡、信用卡、小额支付卡、考勤卡等智能卡的功能，因此，基于RFID智能卡的应用也越来越广。

发明人发现，人们在日常生活中不但越来越多地使用到上述各种智能卡，还要广泛使用到各种电子“钥匙”。卡和钥匙已经成为生活必备的物品，在给人生活带来便利的同时，随身携带大量的卡和钥匙也给用户带来了很大的麻烦。另一方面，现有的普通门禁等应用系统采用诸如用户ID等信息来标识用户，在智能卡和读卡器之间没有安全认证，钥匙容易被假冒或者钥匙丢失后造成安全隐患，不适合应用于重要的场所，尤其不能应用于保密装置的电子控制机构中。

本发明所述基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统和方法，解决了上述使用便捷性和安全性方面的问题，使得RFID-SIM手机在完成正常通信功能和智能卡功能的同时，成为一把安全可靠的电子钥匙和遥控开关，极大地方便了人们的使用。

发明内容

本发明提供一种基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统，解决了上述使用便捷性和安全性方面的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统，包括2.4G RFID安全电子控制单元和与其通信连接的2.4G RFID安全电子钥匙；

其中，2.4G RFID安全电子控制单元用于生成认证保护密钥，将认证保护密钥写入所述2.4G RFID安全电子控制单元和2.4G RFID安全电子钥匙，并对所述2.4G RFID安全电子钥匙进行唯一编号，以及根据所述2.4G RFID安全电子钥匙的指令完成具体执行控制；

2.4G RFID安全电子钥匙用于利用认证保护密钥加密用户设置的用户口令，并将用户口令发送给2.4G RFID安全电子控制单元，以及将控制指令发送给所述2.4G RFID安全电子控制单元。

本发明的有益效果是：本发明在所述2.4G RFID安全电子控制单元与所述2.4G RFID智能卡安全电子钥匙之间采用安全认证协议和用户口令进行双重身份认证，能够防止假冒钥匙或者钥匙丢失带来的安全隐患，保证电子控制操作的绝对安全性。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以做如下改进。

进一步，所述2.4G RFID安全电子控制单元包括主控制模块以及分别与所述主控制模块连接的2.4G RFID读卡器模块、GPRS移动通信模块和控制逻辑部分；其中2.4G RFID读卡器模块和GPRS移动通信模块用于与所述2.4GRFID安全电子钥匙建立通信连接，控制逻辑部分用于完成具体执行控制。

进一步，所述2.4G RFID安全电子钥匙为具有2.4G RFID智能卡的移动通信终端。

进一步，所述2.4G RFID智能卡为2.4G RFID-SIM、2.4G RFID-TF、2.4GRFID-SD卡。

本发明还提供了一种基于如上所述的安全电子控制系统的控制方法，包括：

步骤A：初始化绑定过程：建立2.4G RFID安全电子钥匙与2.4G RFID安全电子控制单元之间的对应关系；

步骤B：通信建立过程：在2.4G RFID安全电子控制单元在与2.4G RFID安全电子钥匙之间建立通信连接和安全认证通道；

步骤C：2.4G RFID安全电子控制单元对2.4G RFID安全电子钥匙进行安全认证；

步骤D：2.4G RFID安全电子控制单元根据2.4G RFID安全电子钥匙的指令执行操作。

进一步，所述步骤A包括：

步骤A1：2.4G RFID安全电子控制单元与2.4G RFID安全电子钥匙建立近距离RF通信连接；

步骤A2：通过在2.4G RFID安全电子控制单元与2.4G RFID安全电子钥匙中植入相同的认证保护密钥来完成绑定钥匙的过程；2.4G RFID安全电子控制单元生成一认证保护密钥并对钥匙进行唯一编号，然后保存该认证保护密钥及其编号；2.4G RFID安全电子控制单元将认证保护密钥及其编号发送到适配的2.4G RFID安全电子钥匙中保存，建立2.4G RFID安全电子钥匙和2.4G RFID安全电子控制单元之间的绑定关系；

步骤A3：在2.4G RFID安全电子钥匙与2.4G RFID安全电子控制单元完成绑定之后，用户设置用户口令；用户在2.4G RFID安全电子钥匙上输入并确认口令正确，2.4G RFID安全电子钥匙用认证保护密钥加密用户口令，然后发送给2.4G RFID安全电子控制单元，由2.4G RFID安全电子控制单元保存口令；

步骤A4：2.4G RFID安全电子控制单元关闭与2.4G RFID安全电子钥匙之间的RF通信连接，完成初始化绑定过程。

上述步骤B中，2.4G RFID安全电子控制单元与2.4G RFID安全电子钥匙之间采用下述三种方法之一建立通信连接：

RF近距离通信方式：2.4G RFID安全电子控制单元不断发出近距离寻卡信息，2.4G RFID安全电子钥匙贴近2.4G RFID安全电子控制单元刷卡后，双方建立RF通信连接，并进行后续安全认证；或者

RF中远距离通信方式：2.4G RFID安全电子控制单元不断发出中远距离寻卡信息，2.4G RFID安全电子钥匙进入中远距离刷卡范围后，双方建立RF通信连接，并进行后续安全认证；或者

数据短信通信方式：2.4G RFID安全电子钥匙通过数据短信发起控制请求，与2.4G RFID安全电子控制单元建立GPRS通信连接，并进行后续安全认证。

进一步，所述步骤C包括：

步骤C1：2.4G RFID安全电子控制单元生成一随机数RND，将随机数RND和一标识是否需要验证用户口令的标志FLAG一并发送给2.4G RFID安全电子钥匙；

步骤C2：2.4G RFID安全电子钥匙采用自己的保护密钥PK加密该随机数，得到ANSWER＝Enc(PK，RND)；如果需要验证口令则提示用户输入口令PASSWORD，一并加密口令PASSWORD，得到ANSWER＝Enc[PK，(RND⊕PASSWORD)]；2.4G RFID安全电子钥匙然后发送安全电子钥匙编号KeyNo、ANSWER等信息给2.4G RFID安全电子控制单元；

步骤C3：2.4G RFID安全电子控制单元用2.4G RFID安全电子钥匙应答的钥匙编号KeyNo作为索引，检索出相应的保护密钥PK和口令PASSWORD，2.4G RFID安全电子控制单元使用该保护密钥PK，采用步骤C2同样的加密算法加密自己产生的随机数RND，得到ANSWER＝Enc(PK，RND)；如果需要验证口令则一并加密口令PASSWORD，得到ANSWER＝Enc[PK，(RND⊕PASSWORD)]；然后2.4G RFID安全电子控制单元将自己计算得到的ANSWER与2.4G RFID安全电子钥匙应答的ANSWER相比较，若相同则通过认证，否则认证失败；

步骤C4：2.4G RFID安全电子控制单元将本次认证的结果返回给2.4GRFID安全电子钥匙。

进一步，所述2.4G RFID安全电子控制单元包括主控制模块以及分别与所述主控制模块连接的2.4G RFID读卡器模块、GPRS移动通信模块和控制逻辑部分；其中2.4G RFID读卡器模块和GPRS移动通信模块用于与所述2.4GRFID安全电子钥匙建立通信连接，控制逻辑部分用于完成具体执行控制；所述步骤D包括：

步骤D1：认证通过之后，安全电子控制单元的主控制模块将控制指令发送给控制逻辑部分；

步骤D2：控制逻辑部分将控制指令转换成执行单元可执行的电子或机械操作指令；

步骤D3：执行单元完成指定操作。

进一步，所述认证保护密钥长度为16字节；所述用户口令长度为8字节。

进一步，所述随机数RND长度为8字节；所述加密用算法为3DES算法。

附图说明

图1为本发明所述安全电子控制单元的结构框图；

图2为本发明所述安全电子钥匙的结构框图；

图3为本发明所述钥匙与控制单元的绑定过程；

图4为本发明所述控制单元与钥匙之间的通信建立过程；

图5为本发明所述控制单元对钥匙的安全认证过程；

图6为本发明所述控制单元的操控过程；

图7为本发明所述第一实施例的工作流程；

图8为本发明所述第二实施例的工作流程；

图9为本发明所述第三实施例的工作流程。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的主要构思是：通过将2.4G RFID读卡器模块、GPRS移动通信模块、主控制模块和逻辑控制模块集成在一起，作为安全电子控制单元，将RFID智能卡和手机绑定在一起，构成安全电子钥匙。本发明所述控制单元与所述钥匙之间采用安全认证协议和用户口令进行双重身份认证，保证电子控制操作的绝对安全性。

首先对本发明方法中涉及的控制单元和钥匙的结构作一介绍：

图1为本发明中控制单元的结构框图。如图1所示，本发明中所涉及的能够通过手机近距离刷卡、中远距离自动感应或远程遥控的安全电子控制单元100包含一主控制模块101、一RFID读卡器模块102、一GPRS通信模块103以及一控制逻辑模块104。其中，主控制模块101发起对钥匙的认证并根据认证结果通过控制逻辑104对被控装置的执行单元发出相应的操作指令；RFID读卡器模块102与主控制模块101连接，用于收发RF射频信息；GPRS通信模块103与主控制模块101连接，用于收发GPRS数据短信。

图2为本发明中钥匙的结构框图。如图2所示，本发明中所涉及的安全电子钥匙200包含一RFID智能卡模块201，一移动通信终端202。其中，所述RFID智能卡模块201为带RF通信功能的射频智能卡，特别是RFID-SIM卡，RFID智能卡模块201与移动通信终端202连接，用于收发射频信息；所述移动通信终端202用于接受用户操作指令和收发数据短信。

使用本发明所述2.4G RFID安全电子控制单元，可以构成刷卡式电子锁、感应式电子锁、遥控电子锁等各种各样的安全电子锁装置。

以下结合附图和实施例对本发明的原理和特征进行进一步的描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

本发明的控制方法都要经过钥匙初始化绑定(步骤A)、通信建立(步骤B)、安全认证(步骤C)和操作控制(步骤D)这样四个基本步骤，但根据应用场合的不同，在通信连接方式以及用户口令认证要求方面有所不同。

本发明的控制方法，包括：

步骤A：初始化绑定过程：建立钥匙与控制单元之间的对应关系；如图3所示，其中，

步骤A1：控制单元与钥匙建立近距离RF通信连接；

步骤A2：通过在控制单元与钥匙中植入相同的认证保护密钥来完成“绑定”钥匙的过程；控制单元生成一认证保护密钥并对钥匙进行唯一编号，然后保存该认证保护密钥及其编号；控制单元将认证保护密钥及其编号发送到适配的钥匙中保存，建立钥匙和控制单元之间的绑定关系。

步骤A3：在钥匙与控制单元完成绑定之后，用户设置用户口令；用户在钥匙上输入并确认口令正确，钥匙用认证保护密钥加密用户口令，然后发送给控制单元，由控制单元保存口令。

步骤A4：控制单元关闭与钥匙之间的RF通信连接，完成初始化绑定过程。

B.通信建立过程：在控制单元在与钥匙之间建立通信连接和安全认证通道。

C.安全认证过程，如图5所示：

步骤C1：控制单元生成一随机数RND，将随机数RND和一标识是否需要验证用户口令的标志FLAG一并发送给钥匙；

步骤C2：钥匙采用自己的保护密钥PK加密该随机数，得到ANSWER＝Enc(PK，RND)；如果需要验证口令则提示用户输入口令PASSWORD，一并加密口令PASSWORD，得到ANSWER＝Enc[PK，(RND⊕PASSWORD)]；钥匙然后发送钥匙编号KeyNo、ANSWER等信息给控制单元；

步骤C3：控制单元用钥匙应答的钥匙编号KeyNo作为索引，检索出相应的保护密钥PK和口令PASSWORD，控制单元使用该保护密钥PK，采用步骤C2同样的加密算法加密自己产生的随机数RND，得到ANSWER＝Enc(PK，RND)；如果需要验证口令则一并加密口令PASSWORD，得到ANSWER＝Enc[PK，(RND⊕PASSWORD)]；然后控制单元将自己计算得到的ANSWER与钥匙应答的ANSWER相比较，若相同则通过认证，否则认证失败；

步骤C4：控制单元将本次认证的结果返回给钥匙；

步骤D操控过程，如图6所示：

步骤D1：认证通过之后，控制单元的主控制模块将控制指令发送给控制逻辑部分；

步骤D3：执行单元完成指定操作。

其中，认证保护密钥长度为16字节；所述用户口令长度为8字节；所述加密用算法为3DES算法；步骤C中所述随机数RND长度为8字节；进一步地，所述随机数RND是控制单元2.4G RFID读卡器模块的安全芯片产生的、在一次控制过程中保持不变的、在不同的控制过程中互不相同的信息。

如图4所示，根据步骤B中具体的情况，可以概括成以下三种实施例。

第一实施例：

近距离刷卡应用，如刷卡式电子锁。用于电子保险柜(箱)或电子保密柜(箱)、小区门禁、单元门禁、房间门禁等应用场合的刷卡式电子锁。

近距离刷卡应用方式下，控制单元100中的RFID读卡器模块102为近距离读卡器，用户必须有刷卡动作，且根据情况不同，还可以要求用户输入口令。近距离刷卡应用的控制单元100可以无需GPRS通信模块103，当控制单元100用于普通门禁类应用时可以无需用户口令认证；当控制单元100用于电子保险柜(箱)或电子保密柜(箱)，或者应用于重要场所的门禁系统时，可要求用户输入口令。

近距离刷卡应用的工作流程如图7所示。控制单元100中的RFID读卡器模块102不断发出近距离寻卡信息，用户持手机钥匙200贴近RFID读卡器模块102的刷卡面，手机钥匙200中的RFID智能卡模块201识别出RFID读卡器模块102的类型为近距离读卡器之后，做出寻卡响应并与RFID读卡器模块102建立RF连接，连接成功后，控制单元100生成一随机数，发出挑战信息、必要时可要求口令认证、用户通过移动终端202输入口令(如果要求口令认证)、手机钥匙200做出应答响应，控制单元100对钥匙200进行认证，认证通过后执行控制功能。

由本实施例可见，本发明提供的基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统和方法，可提供刷卡式开锁的使用便捷性，又可以保证安全性和可靠性。

第二实施例：

中远距离刷卡应用，如自动感应式电子锁。用于小区门禁或单元门禁，停车场、或者汽车防盗控制等应用场合。

中远距离刷卡应用方式下，控制单元100中的RFID读卡器模块102为中远距离读卡器，用户无刷卡动作，持钥匙200进入控制单元100中远距离刷卡范围后自动刷卡。中远距离刷卡应用的控制单元100可以不需要GPRS通信模块103，一般也无需用户输入口令。

中远距离刷卡应用的工作流程如图8所示。控制单元100中的RFID读卡器模块102不断发出中远距离寻卡信息，用户持手机钥匙200进入控制单元100中远距离刷卡范围，手机钥匙200中的RFID智能卡模块201识别出RFID读卡器模块102的类型为中远距离读卡器之后，做出寻卡响应并与控制单元100中RFID读卡器模块102建立RF连接，连接成功后，控制单元100发出挑战、手机钥匙200做出应答响应，控制单元100对钥匙200进行认证，认证通过后执行控制功能。

由本实施例可见，本发明提供的基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统和方法，可提供自动感应式刷卡的使用便捷性，又可以保证安全性和可靠性。

第三实施例：

远程遥控应用，如遥控电子锁。用于汽车防盗、远程遥控开关等应用场合。

远程遥控应用的控制单元100必须有GPRS通信模块102，且必须要求用户输入口令。

远程遥控应用的工作流程如图9所示。用户在手机钥匙200中的移动通信终端202的界面上选择远程遥控功能菜单，手机界面提示用户输入口令，手机钥匙200通过数据短信向控制单元100发起远程控制请求，控制单元100发出挑战、手机钥匙200做出应答响应，控制单元100对钥匙200进行认证，认证通过后执行控制功能。

由本实施例可见，本发明提供的基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统和方法，可提供远程遥控的使用便捷性，又可以保证安全性和可靠性。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims

1.一种基于2.4G RFID智能卡系统的安全电子控制系统，其特征在于，系统包括2.4G RFID安全电子控制单元和与其通信连接的2.4G RFID安全电子钥匙；

其中，2.4G RFID安全电子控制单元用于生成认证保护密钥，将认证保护密钥写入所述2.4G RFID安全电子控制单元和2.4GRFID安全电子钥匙，并对所述2.4G RFID安全电子钥匙进行唯一编号，以及根据所述2.4G RFID安全电子钥匙的指令完成具体执行控制；

2.4G RFID安全电子钥匙用于利用认证保护密钥加密用户设置的用户口令，并将用户口令发送给2.4G RFID安全电子控制单元，以及将控制指令发送给所述2.4G RFID安全电子控制单元；

所述安全电子钥匙包含一RFID智能卡模块，一移动通信终端，其中，所述RFID智能卡模块，用于收发射频信息；所述移动通信终端用于接受用户操作指令和收发数据短信。

2.根据权利要求1所述的安全电子控制系统，其特征在于，所述2.4G RFID安全电子控制单元包括主控制模块以及分别与所述主控制模块连接的2.4G RFID读卡器模块、GPRS移动通信模块和控制逻辑部分；其中2.4G RFID读卡器模块和GPRS移动通信模块用于与所述2.4G RFID安全电子钥匙建立通信连接，控制逻辑部分用于完成具体执行控制，主控制模块用于将控制指令发送给控制逻辑部分。

3.根据权利要求1所述的安全电子控制系统，其特征在于，所述2.4G RFID安全电子钥匙为具有2.4G RFID智能卡的移动通信终端。

4.根据权利要求1至3任一所述的安全电子控制系统，其特征在于，所述2.4G RFID智能卡为2.4G RFID-SIM、2.4G RFID-TF或2.4G RFID-SD卡。

5.一种基于如权利要求1至4任一所述的安全电子控制系统的控制方法，包括：

步骤A：初始化绑定过程：建立2.4G RFID安全电子钥匙与2.4GRFID安全电子控制单元之间的对应关系；

步骤A4：2.4G RFID安全电子控制单元关闭与2.4G RFID安全电子钥匙之间的RF通信连接，完成初始化绑定过程；

步骤B：通信建立过程：在2.4G RFID安全电子控制单元与2.4GRFID安全电子钥匙之间建立通信连接和安全认证通道；

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤B中，2.4G RFID安全电子控制单元与2.4G RFID安全电子钥匙之间采用下述三种方法之一建立通信连接：

7.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述步骤C包括：

步骤C2：2.4G RFID安全电子钥匙采用自己的保护密钥PK加密该随机数，得到ANSWER＝Enc(PK，RND)；如果需要验证口令则提示用户输入口令PASSWORD，一并加密口令PASSWORD，得到ANSWER＝Enc[PK,(RND⊕PASSWORD)]；2.4G RFID安全电子钥匙然后发送安全电子钥匙编号KeyNo和ANSWER信息给2.4GRFID安全电子控制单元；

步骤C3：2.4G RFID安全电子控制单元用2.4G RFID安全电子钥匙应答的钥匙编号KeyNo作为索引，检索出相应的保护密钥PK和口令PASSWORD，2.4G RFID安全电子控制单元使用该保护密钥PK，采用步骤C2同样的加密算法加密自己产生的随机数RND，得到ANSWER＝Enc(PK，RND)；如果需要验证口令则一并加密口令PASSWORD，得到ANSWER＝Enc[PK,(RND⊕PASSWORD)]；然后2.4G RFID安全电子控制单元将自己计算得到的ANSWER与2.4G RFID安全电子钥匙应答的ANSWER相比较，若相同则通过认证，否则认证失败；

步骤C4：2.4G RFID安全电子控制单元将本次认证的结果返回给2.4G RFID安全电子钥匙。

8.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述2.4G RFID安全电子控制单元包括主控制模块以及分别与所述主控制模块连接的2.4G RFID读卡器模块、GPRS移动通信模块和控制逻辑部分；其中2.4G RFID读卡器模块和GPRS移动通信模块用于与所述2.4GRFID安全电子钥匙建立通信连接，控制逻辑部分用于完成具体执行控制；所述步骤D包括：

步骤D3：执行单元完成指定操作。

9.根据权利要求5或7所述的方法，其特征在于，所述认证保护密钥长度为16字节；所述用户口令长度为8字节。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述随机数RND长度为8字节；所述加密用算法为3DES算法。