CN103700177A - 使用加密授权数据在特定时间段开锁的密码锁系统 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用加密授权数据在特定时间段开锁的密码锁系统。密码锁管理者通过加密授权数据生成器使用密码锁内存储的密码F对应的密码P作为密钥对指定的一个或多个时间段等授权数据通过特定加密算法(例如对称加密算法AES等)生成加密授权数据S，密码锁的临时使用者在指定的授权条件下(例如特定日期或时间)把该加密授权数据S输入密码锁，密码锁控制器再使用内部存储的密码F作为密钥对加密授权数据进行解密得到每个授权项目(包括时间段或次数等)，如果以上指定的授权条件满足某个授权项目的要求(例如操作时间在某个授权时间段之内)则进行开锁。

Description

使用加密授权数据在特定时间段开锁的密码锁系统

技术领域

本发明涉及一种使用加密授权数据在特定时间段可以开锁的密码锁系统，特别涉及到该类密码锁的控制器。 

背景技术

目前，现有的电子密码锁其密码的产生有两大类：第一大类为可以进行设置的固定密码，密码存储在非易失性存储器中，每次开锁时输入密码，输入的密码和存储在非易失性存储器中的密码进行核对一致时开锁，还可以通过密码设置修改非易失性存储器中密码的值，更新密码以增强安全性。第二大类为使用电子钥匙的情况，电子钥匙可以是各种接触或非接触的磁卡，IC卡等电子标签，电子标签中记录了密码锁的密码，解决了用户需要记住密码的苦恼。电子钥匙还可以使用动态密码，随着电子钥匙的每次使用，在电子钥匙和密码锁进行数据交换的过程中，通过算法或随机数动态更新非易失性存储器和电子钥匙中的密码，使之不易被他人仿制或破解。通过加密技术的不断革新，以上两种类型的密码锁的安全性越来越强，已经在宾馆，写字楼和家庭中广泛使用。但是以上两大类密码锁在针对密码锁的临时使用者的使用上稍显不便，固定密码锁在临时使用者使用后需要密码锁管理者到密码锁所在地进行密码的修改；电子钥匙需要把电子钥匙实物交给临时使用者并在使用后收回。 

为了克服现有技术的不足，公告号为CN102168509A的发明专利提出了一种“密码随日期进行变化的动态密码锁系统”，使用日期时间和固定密码组合后经过单向散列算法生成动态密码用来开锁，但是一个动态密码只能和特定日期或时间对应，不能使用任意时间段来对使用者进行授权，也不能对使用次数进行授权，在使用上不太方便。 

因此，在需要经常服务于临时使用者的场合，使用一种可以灵活控制临时使用者的使用时间段且方便管理的电子密码锁变的很有必要。 

发明内容

本发明的目的在于克服以上现有技术的局限而提供的一种使用加密授权数据在特定日期开锁的密码锁系统。密码锁管理者通过加密授权数据生成器使用密码锁内存储的密码F对应的密码P作为密钥对指定的一个或多个时间段等授权数据通过特定加密算法(例如对称加密算法AES等)生成加密授权数据S，密码锁的临时使用者在指定的日期(或时间)把该加密授权数据S输入密码锁，密码锁控制器再使用内部存储的密码F作为密钥对加密授权数据S进行解密得到每个授权时间段，如果以上指定的日期(或时间)等开锁条件符合某个授权项目则进行开锁。 

本发明所提供的技术可适用于租赁用住房的门锁、宾馆房间门锁、景区自动检票系统、租赁用汽车的中控锁及点火开关、停车位地锁、游艺设施的使用控制系统等各种对时间等使用授权方式安全性有要求的应用场合。也适用于通过有线、无线数据链路连接的数据传输方式以及使用电子钥匙(打孔卡、条形码、磁卡、IC卡、RFID、NFC、USB存储器、信息纽扣等)为数据存储介质用来开锁的各类电子密码锁。授权数据的加密方式可以选择各种对称加密算法(AES等)或非对称加密算法(RSA等)。当临时使用者希望开锁时，可以使用一维条码、二维条码、打孔卡、磁卡、IC卡、RFID、NFC、USB存储器、信息纽扣、闪存数据存储装置、通过数据线连接的数据通信装置、通过电磁感应耦合方式的数据通信装置、无线射频数据通信装置、红外线数据通信装置、电子钥匙等作为介质存储加密授权数据，并在锁体上采用对应方式的硬件对存储有加密授权数据的介质进行读取并依此判断是否解锁。 

本发明的使用加密授权数据在特定日期或时间开锁的密码锁系统由锁体和加密授权数据生成器两部分组成，这两部分之间不需要任何形式的连接。加密授权数据生成器可以是类似计算器的便携电子装置、运行在个人计算机或手机上的软件，也可以是以互联网应用程序等远程服务方式提供的一种服务形式。锁体中有锁机构部分和控制部分，其中控制部分由微处理器IC1，非易失性存储器IC2(一般使用IC1内部集成的非易失性存储器)，时钟单元IC3，用于显示的LED指示灯IC4和用于读取数据的接口电路IC5等组成，通过一个输出驱动器IC6，所述控制器可控制锁体机构以及报警器IC7。 

采用本发明的密码锁是这样工作的：开始时，在锁体内的非易失性存储器IC2 中存入一组密码(可修改密码和固定密码)，并在时钟单元IC3中设置正确的日期和时间，当使用加密授权数据生成器输入密码(可修改密码和固定密码)，然后选择一个或多个授权项目，包括特定授权时间段(例如2011年2月10日12时～2011年2月13日12时)或附加上授权次数等信息，加密授权数据生成器会把这些授权项目信息整理成特定格式的授权数据，然后使用上述密码作为密钥通过特定加密算法(例如对称加密算法AES)对授权数据进行加密生成加密授权数据，存储在特定数据存储介质(例如USB存储器)上，当在符合前述授权项目的条件下，例如授权时间段内的某个时刻，在密码锁上使用特定数据存储介质(例如USB存储器)输入加密授权数据，密码锁通过提取非易失性存储器IC2中的密码(与之前在加密授权数据生成器上输入的密码对应)作为密钥，使用加密授权数据生成器中加密数据对应的解密算法，还原授权数据，把当前的开锁条件(例如时间为2011年2月10日上午10点或附加上开锁次数)和解密后的授权数据中的每个授权项目进行比对，如果符合某个授权项目的要求则控制驱动机构开锁，若不一致则视需要控制报警器报警。 

因此，本发明的使用加密授权数据在特定日期开锁的密码锁系统的特征在于：密码锁管理者使用加密授权数据生成器选择一个或多个授权项目，生成特定格式的授权明文数据A，加密授权数据生成器使用和密码锁上存储的密码F对应的密码P作为密钥对A通过特定算法进行加密生成加密授权数据S，密码锁管理者把S交给密码锁临时使用者使用，当密码锁临时使用者在某一授权项目规定的开锁条件下在密码锁锁体上通过数据存储介质输入加密授权数据S后，微处理器从非易失性存储器中取得密码F，使用F作为密钥对S通过与上述对应的特定算法进行解密得到明文授权数据A，对比当前开锁条件，若满足授权数据A中某一项授权项目的要求，则通过输出驱动器以驱动锁机构开锁。 

本发明的有益效果是：密码锁管理者在对密码锁临时使用者进行使用授权时，只需通过加密授权数据生成器输入密码(可修改密码和固定密码)和对指定的密码锁临时使用者的授权日期等授权信息，就能方便地取得可以在该授权时间段等开锁条件下使用的加密授权数据。密码锁临时使用者在前述开锁条件满足的情况下只需使用存储有加密授权数据的数据存储介质就打开密码锁，而不需要知道该密码锁的任何密码或其他信息，在指定的授权条件以外，该加密授权数据无法通过验证，密码锁临时使用者就无法打开密码锁。由此一来，相对于使用固定密码的密 码锁，在确保安全性的前提下，该加密授权数据密码锁系统省略了密码锁管理者在每个密码锁临时使用者使用后都需要重新设定密码的工作，方便了密码锁的管理；相对于使用动态密码的密码锁，密码锁的临时使用者只需要使用数据存储介质(例如USB存储器)就可以方便的在授权时间段等授权条件下任意打开密码锁，而不用去关心在不同日期使用不同的动态密码，确保了授权的灵活度和使用的安全性。 

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。 

图1示意性概要说明本发明密码锁系统的使用过程。 

图2说明本发明中锁系统控制器部分的功能构成。 

图3说明本发明中用于生成授权加密文件的软件功能和界面。 

图4说明本发明中用于生成授权加密文件的软件的工作流程。 

图5说明本发明中锁系统控制器部分的工作流程。 

图6举例说明本发明中锁系统的结构。 

图7举例说明本发明锁系统加密授权数据的原始数据格式。 

图8举例说明本发明锁体的非易失性存储器中数据的安排。 

图9举例说明本发明锁体控制部分的电路原理。 

图10举例说明本发明加密授权文件的计算流程。 

具体实施方式

本发明的使用加密授权数据在特定日期开锁的密码锁系统由锁体和加密授权数据生成器两部分组成，这两部分之间不需要任何形式的通信连接，其实现原理示意图请参见图1。加密授权数据生成器可以是运行在个人计算机或手机上的软件，其功能界面请参见图3。锁体中有锁机构部分和控制部分，其中控制部分请参见图2，其中控制部分由微处理器IC1，非易失性存储器IC2(一般使用IC1内部集成的非易失性存储器)，时钟单元IC3，用于读取外界数据存储介质中数据的接口 控制器IC4，用于显示状态的LED指示灯IC5等组成，用于控制锁体机构部分的输出驱动器IC6，以及报警器IC7。 

开锁用的加密授权数据是由密码锁中的密码作为密钥把一定格式的授权数据通过加密算法(例如对称加密算法AES等)计算出来的。加密授权数据只在特定的授权条件符合时有效(例如特定的时间段或特定的开锁次数之内)，在其他授权条件不能满足的情况下，鉴权不能通过。加密授权数据可以使用如图3所示的加密授权数据生成器生成，其处理过程如图4所示，生成器软件需要提前接收密码锁管理者输入的密码锁密码P(包括可修改部分密码和固定密码)，然后密码锁管理者添加各个授权项目(包括时间段B的起始和结束时间或附加其上的开锁次数限制T)，软件把各个授权时间段组合成特定格式的明文授权数据A，并使用密码P作为密钥对这明文的授权数据A进行特定算法的加密运算(例如对称加密算法AES等)得到加密授权数据S，并把加密授权数据S写入到数据文件G，完成后提示密码锁管理者加密授权文件已经生成。密码锁管理者通过电子邮件等方式把加密授权文件G发送给密码锁临时使用者。密码锁临时使用者获得加密授权文件G后把它存储到一个可以在密码锁上进行数据读取的数据存储介质(例如USB存储器)上。在前面所述特定时间段中的某个时间点，密码锁临时使用者使用数据存储介质(例如USB存储器)连接密码锁，密码锁读取到数据存储介质中加密授权文件G上的加密授权数据S，然后密码锁通过提取非易失性存储器IC2中的密码F(和P相对应)和时钟单元IC3中的日期D，使用密码F作为密钥进行对应的解密算法(例如对称加密算法AES等)，得出特定格式的明文授权数据A，对比当前日期时间D加上已经开锁次数等授权条件和授权数据A中的每一个授权项目(时间段或者开锁的次数)，如果这些授权条件满足任一项授权项目则控制驱动机构开锁并及时关锁，若不包含则控制报警器报警，参见图5。 

加密授权数据S的生成需要密码P作为密钥对特定格式的授权数据A，根据需要采用特定的算法，可采用适度复杂的加密算法和适度长度的密码进行计算而得出，例如可以使用用户可以修改的密码部分加上密码锁不可修改的密码部分的组合方式，这样，即使知道该算法的详细步骤，并掌握了加密授权数据S和日期的情况下，也很难甚至无法推算出该密码锁的固定密码也就是密钥，确保了密码锁的安全性。 

加密方式可以选择对称加密算法，例如直接常用的DES、3DES、AES、Blowfish、IDEA、RC4、RC5、RC6等，也可以把多种对称加密算法进行组合使用，或直接使用自创的保密算法。当在第三方进行加密授权数据生成时，例如在中介网站上直接生成加密授权数据时，密码锁管理者可能不希望第三方知道自己的密码，这时可以采用非对称加密算法来生成加密授权数据，可以选择使用RSA、Elgamal等非对称加密算法，密码锁管理者知道密码锁中存储的用于解密的密码也就是私钥，然后把与私钥对应的公钥提供给第三方，第三方使用公钥并使用特定的非对称加密算法(例如RSA)对授权数据进行加密，当密码锁临时使用者输入加密授权数据后，在使用私钥对加密授权数据进行解密，这样，即使第三方存储的公钥被骇客得到，骇客也无法得到密码锁中的密码，一定程度上保证了密码锁的安全。另外，授权数据的加密方式和授权验证方式可以附加使用数字签名技术，使每一组授权数据都得到密码锁管理者的确认后进行数字签名，进一步确保授权数据的有效性和密码锁的安全。 

前面所述的加密授权数据生成器可以有多种形式提供给密码锁管理者，第一种是以软件的方式提供给密码锁管理者，该软件可以安装运行在个人电脑，手机等个人消费类电子产品上，该软件接收密码锁管理者输入的密码(可以包括固定在密码锁内的固定密码和可以由用户修改的可变密码，下同)，选择和添加需要授权的时间段等授权信息，并使用密码作为密钥对这特定格式的授权数据进行特定算法的加密运算(例如对称加密算法AES等)得到加密授权数据，并根据需要生成加密授权数据文件，方便密码锁管理者进行管理，例如通过电子邮件发送给密码锁的临时使用者，其程序处理流程参见图4。第二种是类似便携计算器的电子装置，主要包括数字键盘，微处理器和用于显示的液晶显示器。密码锁管理者可以通过数字键盘预先设定密码，也可以是和密码锁成套使用的内嵌固定密码，使用时密码锁管理者会通过键盘输入起始时间和结束时间，微处理器接收密码锁管理者从数字键盘输入的密码字符串，特定时间段等授权信息，并使用密码作为密钥对这特定格式的授权数据进行特定算法的加密运算(例如对称加密算法AES等)得到加密授权数据，并根据需要生成加密授权数据文件方便密码锁管理者进行管理，存储在密码锁管理者的外接数据存储介质上(例如USB存储器)。第三种是以远程服务的方式为密码锁管理者进行加密授权数据计算的服务。方式可以采用互联网网页或应用程序服务器，电话自动声讯台，自动短信息网关服务器等远程服务。密码锁管理者通过网页输入，声讯服务的键盘输入，短信等方式提交密码和若干特定 时间段(包括起始时间和结束时间)等授权信息，远程服务平台中的程序自动取得密码作为密钥对这特定格式的授权时间段数据进行特定算法的加密运算(例如对称加密算法AES等)得到加密授权数据，并根据需要生成加密授权数据文件，再通过网页下载、电子信箱或短信(或彩信)等方式提供给密码锁管理者。可以选择以上一种提供给密码锁管理者，也可以同时采用多种方式提供给密码锁管理者。需要注意的是无论采用哪种方式，其前提是该加密授权数据的生成用的加密算法必须和密码锁的解密算法对应一致。 

由加密授权数据生成器生成的加密授权数据可以使用一维条码、二维条码、打孔卡、磁卡、IC卡、RFID、NFC、USB存储器、信息纽扣、闪存数据存储装置、通过数据线连接的数据通信装置、通过电磁感应耦合方式的数据通信装置、无线射频数据通信装置、红外线数据通信装置、电子钥匙等作为介质来存储，并在锁体上采用相应方式的硬件软件对存储有加密授权数据的相应介质进行读取。 

下面用一个例子来说明本发明，但本发明并不局限于此。这是一个使用软件加密授权数据生成器来生成加密授权数据，并使用USB存储器来输入加密授权数据的密码锁。与传统使用电子钥匙或IC卡的密码锁的开锁方式类似。 

它的外形示意图如图6所示，密码锁带有一个USB存储器插槽、LED指示灯和把手等部件，加密授权数据生成器为运行在个人电脑上的软件。在使用前对密码锁进行密码和日期、时间的设定。使用加密授权数据生成器输入密码P并选择若干个授权时间段等授权信息后后，生成加密授权数据文件，密码锁管理者通过Email方式发送给密码锁临时使用者，临时使用者把加密授权数据文件存储到USB存储器中。在特定日期到来时，在密码锁上连接存储有加密授权数据文件的USB存储器，授权验证成功后就可以开锁。 

密码锁的电路原理框图如图9所示。在这个设计实例中，锁体微处理器选用Atmel的ATMega64L，锁体内的非易失性存储器选用ATMega64L内部集成的Flash存储器，时钟单元选用NXP的PCF8563，USB总线接口控制器选用南京沁恒电子(WCH)的CH375。锁体微处理器的PD4、PG1、PG0、PG4、PE7五个管脚和PA0到PA7的8个管脚与USB总线接口控制器CH375相连，用于读取外接USB存储器中的加密授权数据文件。微处理器的PD0和PD1与实时时钟单元PCF8563的数据线SDA和时钟线SCL相连，用于读取实时时钟单元中的日期和时间。微处理器的PB0到PB1 与2个LED灯相连，用于操作指示显示。微处理器的PB6用以在密码核对正确时给出驱动信号使机构执行开锁动作，然后定时关上。微处理器的PB5用以在密码核对不正确时给出报警声控信号使发声元件发声。微处理器的PE0(RXD)接收外部报警信号，它的PE1(TXD)给出报警信息(例如锁号，时间等)。 

加密授权数据生成器的软件界面如图3所示。在这个设计实例中，由Microsoft Visual C++开发的加密授权数据生成器界面包括一组时间段的起始／结束时间选择控件，包括一个用于显示已经添加的授权时间段的显示列表区域和一组4个按钮(包括添加、删除、设置密码和生成加密授权文件)。用户需要提前设定对应密码锁的密码，然后用户选择授权时间段后可以添加到一个授权时间段列表中，也可以从列表中把当前选择的时间段删除，一旦用户确认无误点击“生成加密授权文件”按钮后，软件根据用户输入的授权时间段数据和密码数据，生成供密码锁临时使用者使用的加密授权文件，其处理流程图如图4所示。 

上述这些电路连接和软件实现只是一个例子，众所周知微处理器的I／O分配是非常灵活的，软件更可以根据特定需求简单的增加和删除某项功能，所以硬件和软件都可以根据需要和设计者的习惯任意调整。各集成电路的类型也不拘于此，可以选用类似功能的组件。另外，需要指出，图9中属于常规连接及使用的元件均已略去，请参阅有关的器件手册。 

在本实施例中为了保证足够的安全性，设计用作密钥的密码分为两部分：密码锁管理者可以随意修改的可修改密码为8个字节、密码锁固定密码为8个字节、一共16个字节构成，因以上设定只是示例说明，实际情况下各项密码的长度可以根据应用情况进行任意调整。图7给出了密码锁控制器内非易失性存储器中数据存储的一个例子，包括上面提到的8字节可修改密码部分和8字节的固定密码部分，并存储了锁序列号和软件版本以利于更为清晰地管理密码锁。该例不是唯一的一种方案。 

在本实施例中加密授权数据文件计算流程如图10所示。在这个设计实例中，为得到加密授权数据文件，密码锁管理者选择的授权时间段等授权数据B被格式化为特定格式的明文授权数据A，示例的数据组织格式请参见图7，其中包括各个授权时间段等授权信息，随机干扰数据等内容。另一方面密码锁管理者的8字节可修改密码R和8字节固定密码E进行合并后生成128bit的密钥K，使用AES加 密算法利用该密钥对数据A进行加密，得到加密授权数据S，然后把加密授权数据S写入到文件系统的数据文件中得到加密授权文件G。众所周知现今加密技术算法也是多种多样，对授权数据进行加密计算时选用的算法也同样不拘于此，同样可以选用类似功能的其它算法。 

Claims (9)

1.一种使用授权数据在特定时间段开锁的密码锁系统，由锁体和授权数据生成器两部分组成，锁体中有锁机构部分和控制部分，其中控制部分由微处理器，非易失性存储器，可选择的时钟单元和用于读取外部存储媒介上的授权数据用的接口控制器组成，通过一个输出驱动器以驱动锁机构部分工作，其特征在于：

密码锁管理者使用加密授权数据生成器选择一个或多个授权项目，生成特定格式的授权明文数据A，加密授权数据生成器使用和密码锁上存储的密码F对应的密码P作为密钥对A通过特定算法进行加密生成加密授权数据S，密码锁管理者把S交给密码锁临时使用者使用，当密码锁临时使用者在某一授权项目规定的开锁条件下在密码锁锁体上通过数据存储介质输入加密授权数据S后，微处理器从非易失性存储器中取得密码F，使用F作为密钥对S通过与上述对应的特定算法进行解密得到明文授权数据A，对比当前开锁条件，若满足授权数据A中某一项授权项目的要求，则通过输出驱动器以驱动锁机构开锁。

2.根据权利要求1所述的锁系统，其特征是授权项目为授权时间段，开锁条件为授权时间段内某一时刻。

3.根据权利要求1所述的锁系统，其特征是授权项目为授权总开锁次数，开锁条件为已经开锁的次数小于授权总开锁次数。

4.根据权利要求1所述的锁系统，其特征是授权项目为授权时间段和该时间段内可以开锁的总次数，开锁条件为授权时间段内的某一时刻并且已经开锁的次数小于该时间段内可以开锁的总次数。

5.根据权利要求1所述的锁系统，其特征是授权数据生成器为独立的电子装置。

6.根据权利要求1所述的锁系统，其特征是授权数据生成器为可安装运行在个人电脑、消费类个人电子产品和通讯终端其中的一种或多种之上的应用软件。

7.根据权利要求1所述的锁系统，其特征是授权数据生成器为互联网应用程序服务器、电话声讯服务、自动短信息网关服务器其中的一种或多种形式的远程服务。

8.根据权利要求1所述的锁系统，其特征是加密授权数据使用一维条码、二维条码、打孔卡、磁卡、IC卡、RFID、NFC、USB存储器、信息纽扣、闪存数据存储装置、通过数据线连接的数据通信装置、通过电磁感应耦合方式的数据通信装置、无线射频数据通信装置、红外线数据通信装置、电子钥匙其中的一种或多种方式作为数据存储介质。

9.根据权利要求1所述的锁系统，其特征是加密授权数据的加解密使用对称加密算法、非对称加密算法或独创的保密算法其中的一种或多种进行组合作为加解密算法。

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