CN104717642A - 一种利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法，包括以下步骤：1)基站发送多个单频波，并实时接收钥匙反馈的所有单频波产生的磁场的方位角；2)判断所有单频波产生的磁场的方位角的偏差是否全部落在设定的容许误差内，若为是，则认定为中继攻击，否则则为正常。本发明具有通过避免中继攻击来提高系统的安全防盗新能等优点。

Description

一种利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法

技术领域

本发明涉及一种防止中继攻击的方法，尤其是涉及一种利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法。

背景技术

无钥匙被动系统(如无钥匙进入\启动系统)在现代汽车和智能家居上越来越流行。如图1所示，一个配备无钥匙进入\启动系统的车辆的被动系统由一个基站1(包括数个天线11和一个控制器12)和一个智能钥匙组成2。

基站和钥匙之间通过无线信号进行认证和定位。如图2所示，基站天线向智能钥匙发出一帧包含认证码和一个或多个单频电磁波的认证信息。

接收到认证信息后，智能钥匙就会计算认证码、测量单频波产生的磁场的强度，然后将计算结果和测量到的强度信息用无线信号发送给基站。钥匙离基站天线越近，测量到的磁场强度就越大。钥匙回应信息的结构如下图3所示。

如果钥匙计算结果与基站的匹配，基站就会确认钥匙的合法性。根据钥匙回应的强度信息，基站可以估计钥匙的位置。根据钥匙位置的不同，基站就会允许相应的操作。例如，在一个无钥匙进入/启动车辆上，如果基站发现钥匙在车外，且离车门的距离符合要求，那么基站就会解锁车门，允许进入。车门解锁后，如果基站发现钥匙在车内，基站就会允许启动发动机。

这种通过无线信号的形式进行钥匙认证和定位的机制，让被动系统非常容易遭受中继攻击。中继攻击实施者将基站的认证信息远程中继到钥匙端，并将钥匙的回应中继回基站。通过这种方法，中继攻击者就会获得合法的钥匙才能得到的权限。(例如在一个被动进入/启动车辆中获得进入和启动车辆的权限。)

发明内容

本发明的目的就是为了克服上述现有技术存在的缺陷而提供一种利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法。

本发明的目的可以通过以下技术方案来实现：

一种利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基站发送多个单频波，并实时接收钥匙反馈的所有单频波产生的磁场的方位角；

2)判断所有单频波产生的磁场的方位角的偏差是否全部落在设定的容许误差内，若为是，则认定为中继攻击，否则则为正常。

所述的单频波产生的磁场的方位角具体如下：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}\\ \mathrm{\β}\\ \mathrm{\γ}\end{array}\right)={\cos }^1\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_x/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\\ {\mathrm{\τ}}_y/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\\ {\mathrm{\τ}}_z/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\end{array}\right)$

其中α为τ相对于x轴的方向角；

β为τ相对于y轴的方向角；

γ为τ相对于z轴的方向角；

τ为T在点O处的法相向量；

T为基站天线单频波产生的磁场

τ_x为x轴上的轴向强度；

τ_y为y轴上的轴向强度；

τ_z为z轴上的轴向强度。

若单频波为两个，认定为中继攻击需同时满足以下三个条件：

α₁、β₁、γ₁为单频波1产生的磁场的方向角；

α₂、β₂、γ₂为单频波2产生的磁场的方向角；

Δ₁为容许误差。

若单频波为两个以上，认定为中继攻击需同时满足以下三个条件：

s_α、s_β、s_γ为每组方位角的偏差；

α₁、β₁、γ₁为单频波1产生的磁场的方向角；

α₂、β₂、γ₂为单频波2产生的磁场的方向角；

....

α_n、β_n、γ_n为单频波n产生的磁场的方向角；

Δ₂为容许误差；

为三组方向角的算术平均值，计算如下：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\α}}_i;\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\β}}_i;\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\γ}}_i;\end{array}\right.$

。

与现有技术相比，本发明具有通过避免中继攻击来提高系统的安全防盗新能，有效地提高了系统的安全性和可靠性。

附图说明

图1为无钥匙被动系统的结构示意图；

图2为基站发送的认证信息结构示意图；

图3为钥匙回应信息的结构示意图；

图4为钥匙测量磁场强度的三轴天线示意图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明进行详细说明。

实施例

若要阻止中继攻击，基站需要分辨钥匙是在回应真正的认证信息，还是在回应被中继了的认证信息。

图4展示了钥匙测量磁场强度的三轴天线的工作原理。基站天线发射的单频电磁波在自由空间里形成一个磁场T，将钥匙的三轴天线固定在点O，同时改变钥匙的姿态。也就是说改变法向向量τ在钥匙天线的坐标系里的方向角(α，β和γ)。这样，虽然钥匙测得的轴向强度(τ_x，τ_y和τ_z)会发生变化，而向量τ的模不变，因此钥匙天线测得的合成磁场强度不变。

从上面的分析中，可以看出，我们可以通过钥匙天线测得的轴向强度反算出τ的方向角：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}\\ \mathrm{\β}\\ \mathrm{\γ}\end{array}\right)={\cos }^{-1}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_x/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\\ {\mathrm{\τ}}_y/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\\ {\mathrm{\τ}}_z/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\end{array}\right)$

其中α为τ相对于x轴的方向角；

β为τ相对于y轴的方向角；

γ为τ相对于z轴的方向角；

τ为T在点O处的法相向量；

T为基站天线单频波产生的磁场

τ_x为x轴上的轴向强度；

τ_y为y轴上的轴向强度；

τ_z为z轴上的轴向强度。

在中继攻击的情况下，攻击者很难把单频波中继到不同的假基站天线上去。因此我们假设中继攻击者只有一个假基站天线。基站发送认证信息的时间是很短的(小于150毫秒)，被中继的单频波产生的磁场相对于钥匙三轴天线的坐标系具有相同的方向角。考虑到钥匙三轴天线的互耦，可以选定一个系统误差。如果钥匙测得的所有单频波产生的磁场的方位角的偏差全部落在系统误容许差内，则认为是中继攻击。

若单频波为两个，认定为中继攻击需同时满足以下三个条件：

α₁、β₁、γ₁为单频波1产生的磁场的方向角；

α₂、β₂、γ₂为单频波2产生的磁场的方向角；

Δ₁为容许误差。

若单频波为两个以上，认定为中继攻击需同时满足以下三个条件：

s_α、s_β、s_γ为每组方位角的偏差；

α₁、β₁、γ₁为单频波1产生的磁场的方向角；

α₂、β₂、γ₂为单频波2产生的磁场的方向角；

....

α_n、β_n、γ_n为单频波n产生的磁场的方向角；

Δ₂为容许误差；

为三组方向角的算术平均值，计算如下：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\α}}_i;\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\β}}_i;\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\γ}}_i;\end{array}\right.$

。

不同的基站天线激励的磁场有可能在某些点或区域重合，将钥匙放在这些点上或这些区域内，基站会得到相同的方向角，因此会被误判为中继攻击。为了减少这些点或减小这些区域，基站天线的安装位置和角度需要仔细调整。

Claims (4)

1.一种利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)基站发送多个单频波，并实时接收钥匙反馈的所有单频波产生的磁场的方位角；

2)判断所有单频波产生的磁场的方位角的偏差是否全部落在设定的容许误差内，若为是，则认定为中继攻击，否则则为正常。

2.根据权利要求1所述的利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法，其特征在于，所述的单频波产生的磁场的方位角具体如下：

$\left(\begin{array}{c}\mathrm{\α}\\ \mathrm{\β}\\ \mathrm{\γ}\end{array}\right)={\cos }^{-1}\left(\begin{array}{c}{\mathrm{\τ}}_x/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\\ {\mathrm{\τ}}_y/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\\ {\mathrm{\τ}}_z/\sqrt{{\mathrm{\τ}}_x^2+{\mathrm{\τ}}_y^2+{\mathrm{\τ}}_z^2}\end{array}\right)$

其中α为τ相对于x轴的方向角；

β为τ相对于y轴的方向角；

γ为τ相对于z轴的方向角；

τ为T在点O处的法相向量；

T为基站天线单频波产生的磁场

τ_x为x轴上的轴向强度；

τ_y为y轴上的轴向强度；

τ_z为z轴上的轴向强度。

3.根据权利要求2所述的利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法，其特征在于，若单频波为两个，认定为中继攻击需同时满足以下三个条件：

α₁、β₁、γ₁为单频波1产生的磁场的方向角；

α₂、β₂、γ₂为单频波2产生的磁场的方向角；

Δ₁为容许误差。

4.根据权利要求2所述的利用磁场方向角差异防止中继攻击的方法，其特征在于，若单频波为两个以上，认定为中继攻击需同时满足以下三个条件：

s_α、s_β、s_γ为每组方位角的偏差；

α₁、β₁、γ₁为单频波1产生的磁场的方向角；

α₂、β₂、γ₂为单频波2产生的磁场的方向角；

....

α_n、β_n、γ_n为单频波n产生的磁场的方向角；

Δ₂为容许误差；

为三组方向角的算术平均值，计算如下：

$\left\{\begin{array}{c}\stackrel{\‾}{\mathrm{\α}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\α}}_i;\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{\β}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\β}}_i;\\ \stackrel{\‾}{\mathrm{\γ}}=\frac{1}{n}{\mathrm{\Σ}}_{i=1}^n{\mathrm{\γ}}_i;\end{array}\right.$

。