CN104167031A - 电子锁、锁定系统以及操作电子锁的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种电子锁和操作电子锁的方法。该电子锁用于从在移动设备和电子锁之间建立的射频连接收集能量，利用收集的能量处理从移动设备通过所述射频连接接收到的授权令牌，以及利用收集的能量依据所述处理结果来控制解锁开关。

Description

电子锁、锁定系统以及操作电子锁的方法
技术领域
本发明涉及电子锁。此外，本发明涉及锁定系统。此外，本发明涉及操作电子锁的方法。
背景技术
现在，电子锁用于控制接入各种对象，诸如建筑物、房间和车辆。一种电子锁是基于射频(RF)技术，利用射频技术可以在接入设备和锁中的电子电路之间建立射频连接，以执行授权和解锁过程，接入设备例如是电子钥匙。例如，受欢迎的一种射频技术是近场通信(NFC)技术。通常，NFC参考一组用于智能电话和类似设备的标准，通过相互接触或者相互靠近来建立无线通信，通常设备之间的距离不超过几厘米。
然而，现有的支持NFC的锁，例如宾馆房间门锁，通常需要将NFC读取器设备集成到锁或门中。在这种情况下，NFC读取器时刻要为接入设备处于工作状态，这样会导致电池很快耗尽，非接触式智能卡作为钥匙的替代品来使用。此外，需要由系统操作员通过NFC接口对替代钥匙使用的智能卡进行编程，并且不能远程改变智能卡的设置。
发明内容
本发明的目的是减少电子锁的电力消耗。
根据本发明的一个方面，提出一种电子锁，包括：能量收集单元，用于从在移动设备和电子锁之间建立的射频连接收集能量；处理和控制单元，用于利用收集的能量处理从移动设备通过所述射频连接接收到的授权令牌，以及用于利用收集的能量依据所述处理结果来控制解锁开关。
根据本发明的示例性实施例，电子锁包括储能单元，特别是电容器，用于存储所收集的能量。
根据本发明的另一个示例性实施例，电子锁包括副天线，用于从所述射频连接收集能量。
根据本发明的另一个示例性实施例，电子锁能够用于近场通信，所述射频连接是近场通信连接。
根据本发明的另一个示例性实施例，处理和控制单元通过经由另一个射频连接将授权令牌发送到授权服务器，以此来处理授权令牌，以及通过在从授权服务器接收到表示对授权令牌的肯定的验证时或在此之后启动解锁开关，以此来控制解锁开关。
根据本发明的另一个示例性实施例，电子锁包括低功率射频收发机，用于建立另一个射频连接。
根据本发明的另一个示例性实施例，处理和控制单元包括安全元件，安全元件用于存储授权令牌，在电子锁将授权令牌发送到授权服务器之前对授权令牌进行加密，以及对来自授权服务器的响应进行解密。
根据本发明的另一个示例性实施例，处理和控制单元参与用于与移动设备建立安全通信的第一认证过程，以及参与用于与授权服务器建立安全通信的第二认证过程。
根据本发明的另一个示例性实施例，处理和控制单元包括安全元件，安全元件用于通过验证授权令牌来处理授权令牌以及在接收到对授权令牌作出肯定的验证时或在此之后启动解锁开关。
根据本发明的另一方面，提出一种锁定系统，该锁定系统包括前述电子锁，移动设备和授权服务器。
根据本发明的另一个示例性实施例，移动设备通过分离的通信信道从授权服务器请求授权令牌。
根据本发明的另一方面，提出一种操作电子锁的方法，电子锁从在移动设备和电子锁之间建立的射频连接收集能量，电子锁利用收集的能量处理从移动设备通过所述射频连接接收到的授权令牌，以及电子锁利用收集的能量依据所述处理结果来控制解锁开关。
附图说明
下面将参照附图详细描述本发明，其中：
图1示出了锁定系统的例子；
图2示出了具有副天线的电子锁的例子；
图3示出了操作电子锁的方法的例子。
具体实施方式
根据本发明，电子锁中的解锁开关是通过从移动设备产生的射频场收集的能量来供电的，或者换句话说，是通过从移动设备和电子锁之间的射频连接收集的能量来供电的。可以利用相同的射频连接在移动设备和电子锁之间交换授权数据，特别是授权令牌。射频连接例如可以是NFC连接。因为NFC要求通信设备之间很接近，NFC连接本身在一定程度上是安全的，因此可以提高锁定系统整体的安全性。
图1示出了锁定系统的例子。锁定系统100包括电子锁102，作为移动设备的移动电话104，以及作为授权服务器的云服务器106。在操作过程中，锁102从电话104和锁102之间的射频连接收集能量。在这个例子中，锁102利用通过射频连接收集的能量，将接收到的授权令牌从电话104通过另一个射频连接发送到云服务器106。当云服务器106成功验证授权令牌时或在此之后，锁102利用收集的能量启动锁102内的解锁开关。相对简单的授权令牌的典型实例是口令和个人识别号码，也可以是更复杂的授权令牌。在这个例子中，授权服务器验证授权令牌。或者，锁102中的安全元件(SE)可以验证授权令牌并在授权服务器作出肯定的验证结果时或在此之后启动解锁开关。
解锁开关可以是不需要比从射频连接收集的能量多的电力的电子开关。同样，可以通过低功率射频收发机(LpRF)来建立另一个射频连接，低功率射频收发机不需要比从射频连接收集的能量多的电力。因此，锁102的至少目前揭示的元件不需要电池供电。然而，为了确保稳定的供电，可以使用储能单元。
能量收集这一功能可以例如集成到安全元件中，或者作为外部能量收集电路来实现。可选的是，如果需要额外的能量或者更稳定的供电以操作解锁开关或低功率射频收发机的话，则可以将储能单元(未在图2中示出)集成到锁102中。例如，可以使用电容器用于这一目的。可以首先从射频场对电容器进行充电，然后可以使电容器放电，以便为实现锁102的功能提供额外的能量。图1中示出的锁102包括单个天线，用于进行数据交换和能量收集。给锁上电所必需的能量是利用附接在安全元件上的单个天线从射频场收集的。安全元件可以收集能量，并将能量转换成所需的电压馈送，以给解锁开关和低功率射频收发机上电。因此，在这种情况下，使用同一个天线进行通信和供电。可选的是，为了能量收集，可以增加副天线。
图2示出了具有副天线的电子锁的例子。除了图1中所示的元件之外，电子锁200还包括副天线以及能量收集和存储单元。能量收集和存储单元包括用于存储所收集的能量的电容器。主天线连接到安全元件，并且仅用于通信。副天线连接到能量收集和存储单元，能量收集和存储单元在安全元件外部，用于给锁200上电。或者，可以在安全元件内部实现能量收集和存储单元。在这种情况下，安全元件将连接到主天线和副天线这两者。
图3示出了操作电子锁的方法的例子。在第一个步骤S1中，执行第一认证过程，即在移动设备和电子锁之间执行认证过程。请注意，移动设备可以包括软件实现的应用(例如app)，执行移动设备的上述功能，例如第一认证过程。如果第一认证过程成功的话，则在第二个步骤S2中，移动设备将认证令牌以加密形式通过射频连接发送到电子锁。请注意，在这个例子中，射频连接是NFC连接。随后，在第三个步骤S3中，电子锁中的安全元件对接收到的授权令牌进行解密并存储解密后的授权令牌。随后，在第四个步骤S4中，执行第二认证过程，即在电子锁和授权服务器之间执行认证过程。如果第二认证过程成功的话，则在第五个步骤S5中，安全元件对授权令牌进行加密，并将其以加密形式通过另一个射频连接发送到授权服务器。随后，在第六个步骤S6中，授权服务器对授权令牌进行解密，并对该授权令牌进行验证。如果验证结果是肯定的话，则在第七个步骤S7中，授权服务器会将表示肯定验证的加密响应通过另一个射频连接发送到电子锁。最后，在第八个步骤S8中，电子锁对该响应进行解密，检查其内容并控制解锁开关将锁打开。在这个阶段，可以对用于建立另一个射频连接的射频收发机断电以节省更多能量。
如上所述，在通过射频连接发送数据之前，在移动设备的应用和锁的安全元件之间进行认证过程。如果认证成功的话，则将建立安全信道，该安全信道允许在移动设备的应用和锁的安全元件之间交换加密数据。然后，可以通过安全元件接收加密的授权令牌并对其进行解密和存储。为了将授权令牌发送到授权服务器，即后端云服务器，通过安全元件(经由VDDOn/Off)对低功率射频收发机上电，以建立另一个射频连接。然后可以在锁和授权服务器之间开始新的认证过程。授权令牌可以再次被加密并被发送到授权服务器用于验证。如果验证的结果是肯定的，则通过相同的信道即另一个射频连接将表示该结果的响应发送回去，并且可以通过启动解锁开关将锁打开。随后，锁可以使低功率射频收发机返回到断电模式。这样，可以显著减少锁的电力消耗。此外，授权服务器操作员能够在任何时刻及时地给令牌发放授权，从而在任何时刻只要服务器验证失败，就可以防止用户打开锁。因此，除了节省电力之外，在使用授权服务器来验证授权令牌的情况下，电子锁能够实现更加灵活的授权政策。
移动设备的应用可以通过分离的无线通信信道(例如，3G蜂窝式通信信道，WiFi信道或NFC信道，如图1所示)至少连接到授权服务器一次，以获得授权令牌。也可以通过因特网连接来实现。在应用和授权服务器之间的认证过程和加密/解密授权令牌可能还需要在公共网络上实现安全通信。如果可以的话，嵌入在移动设备中安全元件可以被用来保证密钥和数据即授权令牌的安全。
最后，应当注意的是，本文中的附图都是示意性的。在不同的附图中，相似的或相同的部分具有相同的参考标号。此外，应当注意的是，在本文中对示例性实施例进行了简要描述，并没有对本领域的惯用技术手段和公知常识的实施细节做详细描述。应当理解的是，对于这些实施方式，本领域技术人员为了实现特定的目标会作出各种特定的实施决定，以符合系统要求或商业要求。然而对于本领域技术人员来说，对这些实施方式的变形并不超出本发明的保护范围。
上述实施例并不是用于限制本发明，本领域技术人员不背离所附权利要求的范围可以设计出许多替代实施例。在权利要求书中，置于括号中的任何附图标记不应被解释为是对权利要求的限制。本文中所使用的“包括”或“包含”并不排除存在其他部分或步骤。组成部分前面没有量词并不排除存在多个这样的部分。本发明可以通过包括若干不同组成部分的硬件来实现，和/或可以通过适当编程的处理器来实现。在列举了若干装置的设备权利要求中，这些装置可以由一个硬件单元和相同的硬件单元来实施。事实是，某些措施在相互不同的从属权利要求中被叙述并不表示这些措施的组合不能被有利地使用。

Claims (12)

1.一种电子锁，其特征在于，包括：
能量收集单元，用于从在移动设备和电子锁之间建立的射频连接收集能量，
处理和控制单元，用于利用收集的能量处理从移动设备通过所述射频连接接收到的授权令牌，以及用于利用收集的能量依据所述处理结果来控制解锁开关。
2.如权利要求1所述的电子锁，其特征在于，
包括储能单元，特别是电容器，用于存储所收集的能量。
3.如权利要求1或2所述的电子锁，其特征在于，
包括副天线，用于从所述射频连接收集能量。
4.如在前的任一项权利要求所述的电子锁，其特征在于，
所述电子锁能够用于近场通信，所述射频连接是近场通信连接。
5.如在前的任一项权利要求所述的电子锁，其特征在于，
处理和控制单元通过经由另一个射频连接将授权令牌发送到授权服务器，以此来处理授权令牌，以及通过在从授权服务器接收到表示对授权令牌的肯定的验证时或在此之后启动解锁开关，以此来控制解锁开关。
6.如权利要求5所述的电子锁，其特征在于，
包括低功率射频收发机，用于建立所述另一个射频连接。
7.如权利要求5或6所述的电子锁，其特征在于，
处理和控制单元包括安全元件，安全元件用于存储授权令牌，在电子锁将授权令牌发送到授权服务器之前对授权令牌进行加密，以及对来自授权服务器的响应进行解密。
8.如权利要求5到7中任一项所述的电子锁，其特征在于，处理和控制单元：
参与用于与移动设备建立安全通信的第一认证过程，
参与用于与授权服务器建立安全通信的第二认证过程。
9.如权利要求1到4中任一项所述的电子锁，其特征在于，
处理和控制单元包括安全元件，安全元件用于通过验证授权令牌来处理授权令牌以及在接收到对授权令牌作出肯定的验证时或在此之后启动解锁开关。
10.一种锁定系统，其特征在于，包括如前述任一项权利要求所述的电子锁，移动设备和授权服务器。
11.如权利要求10所述的锁定系统，其特征在于，
移动设备通过分离的通信信道从授权服务器请求授权令牌。
12.一种操作电子锁的方法，其特征在于，
电子锁从在移动设备和电子锁之间建立的射频连接收集能量，
电子锁利用收集的能量处理从移动设备通过所述射频连接接收到的授权令牌，以及
电子锁利用收集的能量依据所述处理结果来控制解锁开关。
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