CN105139196A - 红外支付终端、红外适配终端、红外支付系统及支付方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了红外支付终端、红外适配终端、红外支付系统及支付方法。其中，红外支付终端包括安全加密模块、安全控制模块、红外发送模块、发送控制开关模块，红外接收模块和接收控制开关模块。当发送一路加密数据时，安全控制模块输出预设频率的方波信号和控制信号，控制红外发送模块向红外适配终端发射红外信号；当发送两路加密数据时，安全控制模块控制发送控制开关模块切换发送信道或发射频率，并使红外发送模块根据切换的发送信道或发射频率向红外适配终端发射红外信号，从而利用了波分复用和码分复用等多路复用技术，来区分不同的红外发射和接收设备，防止多个红外支付设备同时通讯时导致设备间冲突，并满足设备跳频扩频FHSS保密通讯要求。

Description

红外支付终端、红外适配终端、红外支付系统及支付方法

技术领域

本发明涉及安全支付技术领域，特别涉及红外支付终端、红外适配终端、红外支付系统及支付方法。

背景技术

非接触支付技术已非常普及，也给消费者支付带了极大的方便。传统非接触支付手段主要有：扫条形码支付、声波支付、NFC射频感应、蓝牙支付、光通讯支付等手段。它们具有各自不同的特点，可以应用于各种不同的支付场景，其技术本身没有优劣差别。

譬如，蓝牙支付适用于点对多点网络，蓝牙支付需要设备配对后才能使用，如果有多个设备需要通过蓝牙同时通讯则只有配对过的设备可以通讯，其他设备均无法通讯。NFC近场通讯与光子支付均适合点对点的非接触近距离通信。

支付安全设备应该具备简单易用和安全两个基本特征，市面上现有支付安全设备主要有：智能CPU卡、密码键盘、数字证书USBKey、动态口令卡Token，这些设备要么不能完全满足移动支付要求，要么无法实现非接触式无线传输通讯（如Token），大多仍采用PC机上的接触式USB接口，操作使用不方便。

在光通讯领域：根据光的波长分为可见光与不可见光，不可见光如红外光、紫外光，可见光是电磁波谱中人眼可以感知的部分，可见光谱没有精确的范围；一般人的眼睛可以感知的电磁波的波长大约在380～780nm之间。红外数据协会IRDA采用950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。

红外通信技术适合于低成本、跨平台、点对点高速数据连接，具有射程短、无连接、定向点对点、低功耗的特征，不占用无线频率资源，不能穿透障碍物、保密性好等诸多优点，比使用无线通信方式具有更高的安全性。

红外通信技术主要应用于：设备互联和信息网关。在设备互联后可完成不同设备内文件与信息的交换。信息网关负责连接信息终端和互联网。红外通信技术是在世界范围内被广泛使用的一种无线连接技术，被众多的硬件和软件平台所支持，其特点主要有：

1、通过数据电脉冲和红外光脉冲之间的相互转换实现无线的数据收发。

2、红外通信技术主要用来取代点对点的线缆连接。

3、新的通信标准兼容早期的通信标准。

4、小角度（30度锥角以内）、短距离（1米范围之内）、点对点直线数据传输，其保密性强。

5、传输速率较高，4M速率的FIR技术已被广泛使用，16M速率的VFIR技术已经发布；

6、不透光材料的阻隔性、可分隔性、限定物理使用性，方便集群使用：红外线技术是限定使用空间的。在红外传输的过程中，遇到不透光的材料（如墙面）它就会反射，这一特点，确定了每套设备之间可以在不同的物理空间里使用。

7、红外通信无频道资源占用性，安全特性高：红外线利用光传输数据的这一特点确定了它不存在无线频道资源的占用性，且安全性特别高。在限定的空间内使用，进行窃听数据不是一件容易的事。

8、优秀的互换性，通用性。因为采用了光传输，且限定物理使用空间，红外线发射和接收设备在同一频率的条件下，可以相互使用。

因而利用红外通信技术用于安全支付有着巨大的利用价值。

发明内容

鉴于上述现有技术的不足之处，本发明的目的在于提供红外支付终端、红外适配终端、红外支付系统及支付方法，能在安全支付的同时，实现移动支付。

为了达到上述目的，本发明采取了以下技术方案：

一种红外安全支付终端，其包括：安全加密模块、安全控制模块、红外发送模块、发送控制开关模块，红外接收模块和接收控制开关模块；

当发送一路加密数据时，所述安全控制模块输出预设频率的方波信号和控制信号，控制红外发送模块向红外适配终端发射红外信号；当发送两路加密数据时，所述安全控制模块控制发送控制开关模块切换发送信道或发射频率，并使红外发送模块根据切换的发送信道或发射频率向红外适配终端发射红外信号；

在接收加密数据时，所述红外接收模块接收红外适配终端发射的红外信号，并对所述红外信号进行解调解码；当接收的红外信号为一路时，所述红外接收模块将红外信号发送给安全控制模块；当接收的红外信号为两路时，所述接收控制开关模块切换接收信道或接收频率，并使红外接收模块接收的红外信号通过相应的信道或频率发送给安全控制模块。

所述的红外安全支付终端中，所述安全控制模块包括安全控制器和编码调制单元，所述红外安全支付终端还包括解调解码单元，所述安全控制器通过编码调制单元连接红外发送模块、通过发送控制开关模块连接红外发送模块、并通过解调解码单元连接红外接收模块、也通过接收控制开关模块连接红外接收模块、还连接安全加密模块。

所述的红外安全支付终端中，所述红外发送模块包括至少一红外发射单元，所述红外发射单元包括：第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和红外发射管，所述第一三极管的基极通过第一电阻连接安全控制器的发送控制端，第一三极管的发射极连接供电端，第一三极管的集电极连接第二三极管的集电极，第二三极管的基极通过第二电阻连接安全控制器的方波信号发生端，第二三极管的发射极通过第三电阻连接红外发射管的正极，红外发射管的负极接地。

所述的红外安全支付终端中，所述发送控制开关模块包括发端定时子单元、量化及编码子单元、码型变换子单元、数量与红外发射单元对应的第一放大滤波子单元和数量与第一放大滤波子单元对应的取样子单元；

各第一放大滤波子单元用于对安全控制模块输出的信号进行放大和滤波处理输出给相应的取样子单元，所述发端定时子单元控制相应取样子单元定时取样红外信号，并发送给量化及编码子单元进行编码处理，并通过码型变换子单元进行码型变换后使红外发射单元向红外适配终端发射红外脉冲信号。

所述的红外安全支付终端中，所述接收控制开关模块包括收端定时子单元、码型反变换子单元、译码子单元、至少两个信号分离子单元和数量与信号分离子单元对应的第二放大滤波子单元；

所述码型反变换子单元将红外接收模块接收的红外信号进行码型逆变换后发送给译码子单元译码，并由收端定时子单元定时控制相应的信号分离子单元根据切换信道或频率，将译码后的红外信号分离成至少两路，并通过相应的第二放大滤波子单元进行放大和滤波处理后发送给安全控制模块。

所述的红外安全支付终端中，所述安全加密模块包括：

安全存储单元，用于存储数据文件；

EEPROM，用于存放安全密钥；

安全算法协处理器，用于产生真随机数，完成硬件级的加密、解密算法，对安全数据进行加密或解密；

安全存储单元、EEPROM和安全算法协处理器均连接安全控制模块。

所述的红外安全支付终端，还包括用户身份识别信息采集模块，用于采集用户的身份识别信息；所述安全控制模块还用于根据所述身份识别信息识别用户的唯一身份。

一种红外适配终端，与智能终端的音频接口连接，其包括：红外收发模块和音频接口转换模块；红外收发模块接收红外安全支付终端发射的红外信号，经所述音频接口转换模块转换成音频信号输出给智能终端。

一种红外安全支付系统，其包括：

智能终端；

如上所述的红外安全支付终端；

如上所述的红外适配终端；

安全支付服务器；

所述红外适配终端与智能终端连接，所述红外安全支付终端发射红外信号与红外适配终端配对，配对成功后，由智能终端与安全支付服务器通信完成支付。

一种红外安全支付系统的红外安全支付方法，其包括如下步骤：

当收到配对指令时红外安全支付终端进入配对连接准备就绪状态，与红外适配终端进行配对；

配对成功后，由智能终端与安全支付服务器通信完成支付。

相较于现有技术，本发明提供的红外支付终端、红外适配终端、红外支付系统及支付方法，其红外支付终端为便携式移动设备，能在安全支付的同时，实现移动支付。当红外支付终端发送一路加密数据时，所述安全控制模块输出预设频率的方波信号和控制信号，控制红外发送模块向红外适配终端发射红外信号；当发送两路或以上加密数据时，所述安全控制模块控制发送控制开关模块切换发送信道或发射频率，并使红外发送模块根据切换的发送信道或发射频率向红外适配终端发射红外信号；所述红外接收模块接收红外适配终端发射的红外信号，并对所述红外信号进行解调解码；当接收的红外信号为一路时，所述红外接收模块将红外信号发送给安全控制模块；当接收的红外信号为两路或以上时，所述接收控制开关模块切换接收信道或接收频率，并使红外接收模块接收的红外信号通过相应的信道或频率发送给安全控制模块，从而利用了波分复用（WDM)和码分复用（CDM)等多路复用技术，来区分不同的红外发射和接收设备，防止多个红外支付设备同时通讯时导致设备间冲突，并满足设备跳频扩频FHSS（Frequency-HoppingSpreadSpectrum，跳频技术）保密通讯技术要求。

附图说明

图1为本发明提供的红外安全支付终端的结构框图。

图2为本发明提供的红外安全支付终端中红外发送单元的电路图。

图3为本发明提供的红外安全支付终端中发送控制开关模块的结构框图。

图4为本发明提供的红外安全支付终端中接收控制开关模块的结构框图。

图5为本发明提供的红外适配终端的结构框图。

图6为本发明提供的红外适配终端的电路图。

图7为本发明提供的红外安全支付系统的结构框图。

图8为本发明提供的红外安全支付方法的流程图。

具体实施方式

本发明提供红外支付终端、红外适配终端、红外支付系统及支付方法，使用了近红外线不可见光作为通信信道介质，红外安全支付终端内置了安全芯片实现支付账户或者个人口令的数据安全存储。当需要安全认证身份并支付时，安全数据（设备ID、账号、个人口令）通过近红外线信道介质编码加密存取。

为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实施例对本发明进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

本发明的提供的红外安全支付终端优选采用红外数据协会IRDA的950nm近红外波段的红外线作为传递信息的媒体，即通信信道。请参阅图1，其为本发明提供的红外安全支付终端的结构框图，如图1所示，所述的红外安全支付终端包括：安全加密模块10、安全控制模块20、红外发送模块30、发送控制开关模块40，红外接收模块50、解调解码单元501和接收控制开关模块60。其中，安全加密模块10、红外发送模块30、发送控制开关模块40，红外接收模块50和接收控制开关模块60均连接安全控制模块20，所述发送控制开关模块40还连接红外发送模块30，所述接收控制开关模块60还连接红外接收模块50。

在向红外适配器发射红外数据时，一路红外数据和多路红外数据可通过两种方式发送，具体为：当发送一路加密数据时，所述安全控制模块20输出预设频率的方波信号和控制信号，控制红外发送模块30向红外适配终端发射红外信号；当发送两路加密数据时，所述安全控制模块20控制发送控制开关模块40切换发送信道或发射频率，并使红外发送模块30根据切换的发送信道或发射频率向红外适配终端发射红外信号。

相应地，在接收红外数据时，也可根据红外信号的频率采用两种不同的方式，具体为：在接收加密数据时，所述红外接收模块50接收红外适配终端发射的红外信号，并对所述红外信号进行解调解码；当接收的红外信号为一路时，所述红外接收模块50将红外信号发送给安全控制模块20；当接收的红外信号为两路时，所述接收控制开关模块60切换接收信道或接收频率，并使红外接收模块50接收的红外信号通过相应的信道或频率发送给安全控制模块20。

请继续参阅图1，所述安全控制模块20包括安全控制器21和编码调制单元22，所述安全控制器21通过编码调制单元22连接红外发送模块30、通过发送控制开关模块40连接红外发送模块30、并通过解调解码单元501连接红外接收模块50、也通过接收控制开关模块60连接红外接收模块50、还连接安全加密模块10。

本实施例中，安全控制器21可采用具有管理各逻辑接口电路、执行程序指令、数据处理、存取等功能的单片机，如51系列单片机等。另外，安全控制器21还可以是：通用处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)或其它可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或其设计成执行本发明所描述功能的任何组合来实现或执行。通用处理器可以是微处理器，但在替换方案中，该处理器可以是任何常规的处理器、控制器、微控制器、或状态机。安全控制器还可以是计算设备的组合，例如DSP与微处理器的组合、多个微处理器、与DSP核心协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类配置。

编码调制单元22可以集成在安全控制器21中，也可以为安全控制器21的外围电路。所述解调解码单元501也可集成在红外接收模块50中，也可为安全控制器21的外围电路。

请一并参阅图2，其为本发明提供的红外安全支付终端中红外发送单元的电路图。所述红外发送模块30包括至少一红外发射单元，所述红外发射单元包括：第一三极管Q1、第二三极管Q2、第一电阻R1、第二电阻R2、第三电阻R3和红外发射管D1。所述第一三极管Q1的基极通过第一电阻R1连接安全控制器21的发送控制端，第一三极管Q1的发射极连接供电端，第一三极管Q1的集电极连接第二三极管Q2的集电极，第二三极管Q2的基极通过第二电阻R2连接安全控制器21的方波信号发生端，第二三极管Q2的发射极通过第三电阻R3连接红外发射管D1的正极，红外发射管D1的负极接地。

其中，红外发射管D1可选用Vishay公司生产的TSAL6238，用来向外发射950nm的红外光束。所述第一三极管Q1可采用PNP9012三极管，其基极连接安全控制器21的发送控制端上，由安全控制器21控制其导通与截止。第二三极管Q2可采用NPN9013三极管，其基极连接安全控制器21的PWM信号输出端（即方波信号发生端）上，由安全控制器21控制其导通与截止。红外数据由安全控制器21输出信号“0”和“1”驱动第一三极管Q1，数位“0”使第一三极管Q1管导通，数位“1”使第一三极管Q1管截止，安全控制器21输出38kHz的方波信号来控制第二三极管Q2的导通与截止频率，来调制成38KHz的载波信号，并利用红外发射管D1以光脉冲的形式向外发送，通过脉冲之间的时间间隔来实现信号调制，最终实现安全传输加密数据。

由于半导体激光器只能发出固定波长的光波，安全性能有限，为了进一步提高安全性，及同时与多个智能终端进行安全支付，本发明可采用可变波长红外激光器（其可集成在安全控制器内）、或波分复用（WDM)和码分复用（CDM)功能，输出不同频率的红外信号来提高安全性，及当多个发射终端与另一接收终端交互时，不会发生信号串扰。

可变波长红外激光器可使红外激光器光源的发射波长可按需要进行调谐发送，其光谱性能将更加优越，而且具有更高的输出功率、稳定性和可靠性，可变波长的红外激光器更有利于降低成本，批量生产。

波分复用（WDM)和码分复用（CDM)技术，如图3所示，所述发送控制开关模块40包括发端定时子单元、量化及编码子单元、码型变换子单元、数量与红外发射单元对应的第一放大滤波子单元和数量与第一放大滤波子单元对应的取样子单元。

其中，发端定时子单元的输出数路与取样子单元的数量对应，此时，各第一放大滤波子单元的输入端连接安全控制器21，输出端各通过一取样子单元连接量化及编码子单元，量化及编码子单元通过码型变换子单元连接红外发射管D1。

在工作时，各第一放大滤波子单元用于对安全控制模块20输出的信号进行放大和滤波处理输出给相应的取样子单元，安全控制器发送控制指令使所述发端定时子单元控制相应取样子单元定时取样红外信号，并发送给量化及编码子单元进行编码处理，并通过码型变换子单元进行码型变换后使红外发射单元向红外适配终端发射红外脉冲信号。

较佳地，第一放大滤波子单元和取样子单元各为三个，3路红外信道（红外1~3）调制数据经放大和低通滤波后，发送端定时子单元针对3路信号分别定时取样，然后量化和编码，码型变换后输出最终红外光脉冲信号。此时，红外发射管可使用可变波长的红外管，使其发射相应波长的红外光脉冲信号。

另外，红外安全支付终端也可采用近红外光源阵列技术，由多个红外发射接收对管组成近红外阵列来取代可变波长红外激光器，且各个红外发射管的波长不同，具体可在码型变换子单元和近红外光源阵列之间增设一切换开关，由安全控制器控制切换开关来切换相应红外发射接收对管发射红外光脉冲信号。

请一并参阅图4，所述接收控制开关模块60包括收端定时子单元、码型反变换子单元、译码子单元、至少两个信号分离子单元和数量与信号分离子单元对应的第二放大滤波子单元。

其中，收端定时子单元的输出路数与信号分离子单元的数量对应，控制信号分离子单元的工作，码型反变换子单元的输入信号来自红外接收模块50，其输出端通过译码子单元连接各个信号分离子单元，各信号分离子单元通过相应的第二放大滤波子单元连接安全控制器21。

在工作时，所述码型反变换子单元将红外接收模块50接收的红外信号进行码型逆变换后发送给译码子单元译码，并由安全控制器发送控制指令使收端定时子单元定时控制相应的信号分离子单元根据切换信道或频率，将译码后的红外信号分离成至少两路，并通过相应的第二放大滤波子单元进行放大和滤波处理后发送给安全控制模块20。

较佳地，第二放大滤波子单元和分离子单元各为三个，在接收到红外光脉冲信号后经过码型逆变换后译码，收端定时子单元分别接收分离出的3路红外信道，每路信道再放大和低通滤波后，输出3路红外信道（红外1~3路输出）至安全控制器21中。

本发明采用波分复用（WDM)技术或者码分多址(CDMA)技术满足设备跳频扩频保密通讯技术要求，且多个信道可同时工作，在工作时采用发端定时子单元、收端定时子单元控制开关，也可通过高层应用控制软件协议协商后，双方根据协商结果选择一个固定信道实现红外通讯，从而实现了多个红外安全支付终端、多个红外适配器同时工作时，避免了访问冲突。

请继续参阅图1，所述安全加密模块10包括：安全存储单元11、EEPROM12和安全算法协处理器13，安全存储单元11、EEPROM12和安全算法协处理器13均连接安全控制模块20。

安全存储单元11（即NANDFLASH区域）用于存储数据文件，主要用来存储用户大数据文件，类似于U盘或者移动硬盘。安全存储单元11采用物理安全认证芯片，可抵御各种攻击，包括：断层扫描，静态和动态功率分析、故障诱导、旁路攻击等攻击手段。用户大数据直接存储在安全存储单元11中，数据可全部采用硬件加密，直接通过红外安全支付终端内部的安全控制芯片加密，可实现实时加密，整个加密过程在红外安全支付终端内部完成，整个加密黑盒化，并且由于内部采用专门的硬件加解密芯片（安全算法协处理器13）进行加密，安全级别高，加解密速度要达到25MB/S以上，硬件成本比软加密略高。

安全控制模块20中，可采用真正随机数发生器，支持双密钥三倍DES加速器对称DES算法、支持非对称的RSA和ECC椭圆形曲线算法。EEPROM12用于存放安全密钥，如根密钥，或者保存芯片唯一序列号，该区可以仅一次擦写或只读。安全算法协处理器13，用于安全算法协处理器完成硬件级的加密、解密算法，对安全数据进行加密或解密，安全算法协处理器13的加密、解密工作由安全控制器21控制完成。

为了进一步提高安全性，本发明的红外安全支付终端还包括用户身份识别信息采集模块80，用于采集用户的身份识别信息；所述安全控制模块20还用于根据所述身份识别信息识别用户的唯一身份。具体地，所述用户身份识别信息采集模块80可通过识别用户的指纹、脉搏、心率等多种手段进行1：1比对。如指纹识别，可现场采集持有人的指纹，然后与注册过的指纹模板进行对比，如果对比成功，则身份验证通过，否则身份验证失败，提示红外安全支付终端的工作状态。

进一步地，本发明的红外安全支付终端还包括人机交互模块90，如按键、显示屏等，还可包括指示灯、马达、蜂鸣器等指示工作状态的相关模块，来提示扫描状态、工作状态等。

更进一步地，本发明提供的红外安全支付终端外形有多种表现形式，如红外遥控器、戒指、手环、手表、钥匙扣、验钞小手电、激光笔、杯垫、充电板、台灯座中的一种，可实现非接触式红外免密支付，支持脱机或联机小额支付交易，具有非接触红外通讯安全支付、信息安全存储、通过红外通讯自动向软件窗体输入框中安全发送账号密码信息、无需用户输入和记住个人密码的特点。

请再次参阅图1，本发明的红外安全支付终端还包括电源模块70和电池（图中未示出），实现对电池充电，及其它各模块的供电，确保红外安全支付终端可靠的工作。

另外，本发明提供的红外安全支付终端在丢失后，还具有自销毁数据密钥功能，红外安全支付终端还包括GPS定位模块（图中未示出），与安全控制模块20连接，可实现在紧急情况销毁密钥（如手动方式、红外无线策略方式、拆开设备自毁方式），在销毁密钥时通过运用高速、高效的加密算法，使用设备的配套应用软件存储介质的磨损均衡及纠错算法，设备固件及加密算法可通过红外或者ISP(在系统可编程)更新。

本发明提供的红外安全支付终端能满足以下几种安全使用场景：

1）实现非接触式红外免密支付，支持脱机或联机小额支付交易。

2）自动向PC软件或手机App登陆窗口输入框内发送登陆口令，免手工输入口令。

3）安全存储并获取个人重要资料，可当加密移动U盘或移动硬盘使用。

4）实现红外非接触门禁安全控制。

基于上述的红外安全支付终端，本发明还相应提供一种红外适配终端，与智能终端的音频接口连接。其中，智能终端包括智能手机、平板电脑等，红外适配终端只需与智能手机的耳机插口连接即可工作。

如图5所示，所述的红外适配终端包括红外收发模块和音频接口转换模块；红外收发模块接收红外安全支付终端发射的红外信号，经所述音频接口转换模块转换成音频信号输出给智能终端。

如图6所示，红外收发模块包括：红外接收单元101、电容C1、第四电阻R4和第五电阻R5，所述音频接口转换模块采用微控制器，红外接收单元101内置红外接收管D2用于将感应的红外信号转换成电信号，红外接收单元101的第3端通过电容C1接地、还通过第四电阻R4连接第五电阻R5的一端和微控制器，红外接收单元101的第1端连接第五电阻R5的另一端和微控制器，红外接收单元101的第2端接地。所述红外接收单元101可采用HS0038B芯片，具有红外信号接收、放大滤波、解码等功能，直接将红外信号转换成微控制器可识别的数字信号。

而音频接口转换模块主要将接收、并经处理后的红外数据转换成音频数据发送给智能终端，由智能终端与支付平台交互，并反馈交互结果给红外安全支付终端。由于音频接口转换模块的功能为现有技术，此处不作详述。另外，本发明的红外适配终端还可包括USB接口和ISP（In-SystemProgramming，在系统可编程）编程接口可与电脑连接，进行数据传输、软件升级、写入及修改软件代码等。

另外，红外适配终端的数据收发和数据处理部分也可采用红外安全支付终端的红外发射部分及其开关控制部分、红外接收部分及其开关控制部分和数据处理部分，即红外适配器也可采用红外安全支付终端相同的功能。

应当说明的是，考虑到红外光反射的原因，在全双工方式下发送的信号也可能会被本身接收，因此红外通信需采用异步半双工方式，即通信的某一方（如红外安全支付终端）发送和接收是交替进行的。

在通信时，发送端将基带（如安全控制器）二进制信号调制为一系列的脉冲串信号，通过红外发射管发射红外信号。接收端（如红外适配终端）将接收到的红外信号光脉转换成电信号，再经过放大、滤波等处理后发送给解调电路进行解调，还原为二进制数字信号后输出。

红外接收器（如红外适配终端及红外安全支付终端的红外接收部分）需要一种方式来区分周围的干扰、噪声和有用信号，通常利用尽可能高的输出功率。高的功率表示在接收器中的大电流，有好的信噪比。然而，红外发射管不能在全部的时间连续以高功率进行数据的发送。因此，红外发射管使用每个BIT只有3/16或1/4脉冲宽度的信号进行传输。这样，输出的功率可以达到红外发射管连续闪烁的最大功率的4～5倍。另外，传输的途径不会携带直流成分(由于接收器连续的适应周围的环境，只检测环境变化)。两个Bit00调制为1000(其中第一个1/4BIT时间有脉冲，其他3/4时间无脉冲)，两个Bit01调制为0100(其中第二个1/4BIT时间有脉冲，其他3/4时间无脉冲)。这样，实现了用4个脉冲就可以传输一个字节的数据量。

本发明还相应提供一种红外安全支付系统，如图7所示，其包括：智能终端、红外安全支付终端、红外适配终端和安全支付服务器。所述红外适配终端与智能终端连接，所述红外安全支付终端发射红外信号与红外适配终端配对，配对成功后，由智能终端与安全支付服务器通信完成支付。

红外安全支付终端发射红外信号时，安全数据加密后采用脉时调制（PPM）方式，将二进制数字信号调制成某一频率的脉冲序列，并驱动红外发射管以光脉冲的形式发送出去；红外安全支付终端接收信号后，可将接收到的光脉冲转换成电信号，再经过放大、滤波、解调处理后，还原为二进制数字信号，然后解密后输出到安全存储器，使光脉冲既是通讯信道介质、也作为加密手段。

其中，所述安全支付服务器包括用户管理系统、安全认证平台、交易结算平台等，红外安全支付终端(支付端)与智能手机（受付端）通过红外适配器连接，红外安全支付终端可以先在用户管理系统注册绑定银行卡账户或直接存储账户信息，也可以通过红外安全支付终端关联虚拟钱包账号充值，在安全认证通过并确认支付人的身份后由交易结算平台自动清算相应交易金额，安全认证平台用于认证红外支付终端有关数字证书或数字签名，防止非法伪造红外安全支付终端。由于安全支付服务器部分为现有技术，此处不作详述。并且，红外安全支付终端和红外适配终端在上文已进行了相应描述，此处不再赘述。

在通信时，加密、解码算法，密钥协商选择具体如下：

一、通信密钥：红外安全支付终端和与智能手机连接的红外适配终端的通信密钥的生成方式可以为下述四种方式之一：

(1)通信双方(红外安全支付终端与红外适配终端)具有对称密码运算功能，通信密钥直接为双方共同具有的对称密钥，由于采用对称加密，通讯双方有相同的通信密钥，为秘密钥key_IR，即双方设备安全存储区EEPROM中保存有对称密钥，也可作为根密钥，双方将该对称密钥key_IR作为红外通信密钥；

(2)通信双方具有对称密码运算功能，通信密钥由双方共同具有的对称密钥推演而来，称为过程密钥，每次进行身份认证时过程密钥都发生变化，但双方都保证产生相同的过程密钥用以通信时的对称加密，过程密钥Key_proc与双方共同具有的对称密钥key_IR和通信双方具备的某个随机数R相关，即key_proc＝F(key_IR，R)，F(key_IR，R)表示关联函数，所以过程密钥根据随机数的不同而变化，key_IR为秘密钥，即红外安全支付终端与智能手机红外接收适配器中均保存有对称密钥，红外支付通信密钥由该对称密钥推演而得到；

(3)通信双方具有非对称密码运算功能，通信密钥直接为非对称密钥对，红外安全支付终端与智能手机红外接收适配器中各具其一，但密钥对不分公私钥，皆不公开，为秘密钥，即红外安全支付终端与智能手机红外接收适配器中都保存有非对称密钥对，双方分别将该非对称密钥对之一作为红外支付通信信道的通信密钥；

(4)通信双方具有非对称密码运算功能，通信密钥由双方进行密钥协商得来，所述密钥协商方法采用非对称密码方法，该方法包括但不限于采用大数模幂或椭圆曲线实现的Diffie-Hellman密钥交换，密钥协商结果作为通信密钥，为秘密钥，即红外安全支付终端与智能手机红外接收适配器中通过非对称密钥机制进行密钥协商，得到红外支付通信信道的通信密钥。

红外安全支付终端与智能手机红外接收适配器中内置国密算法3DES、AES、RSA和ECC的可选认证加密库协处理器模块，实现对称或非对称密码运算。

二、身份相互认证：

借助红外支付终端内置的真随机数发生器，以及对称或非对称安全算法协处理器进行双方身份认证，此处，身份认证可以采用下述两种方式之一：

方式一：包括如下步骤：

A、红外安全支付终端与红外适配终端中均设有对称密钥，红外适配终端向红外安全支付终端发送请求认证信息：

B、红外安全支付终端随机产生一个字串Ra，返回给红外适配终端；

C、红外适配终端用本身的密钥加密收到的字串Ra，并产生随机字串Rb，一并传送给红外安全支付终端；

D、红外安全支付终端解密后与本身产生的字串Ra作比较，若相同则确认红外适配终端的身份，然后将Rb加密后发送给红外适配终端；

E、红外适配终端解密后与本身产生的字串Rb作比较，若相同则确认红外安全支付终端的身份。

方式一可使用滚动码身份认证方法，这方法包括：编码器检测到按键输入,把系统从省电状态中唤醒,同步记数加1,与序列号一起经密匙加密后形成密文数据,并同键值等数据发送出去。由于同步计数值每次发送都不同,即使是同一按键多次按下也不例外。同步计数自动向前滚动,发送的码字不会再发生。因此被称为滚动码。同步计数跟编码器序号（一个64位）一起经过上文描述的密钥协商步骤选择加密算法和密钥。加密之后的密文则通过红外系统发射出去。

接收端接收到密文之后，通过上文描述的密钥协商步骤选择加密算法和密钥进行解密，解密之后得到同步计数和编码器序号。首先检测编码器序号是否与接收器的序号相对应，如果对应，就检测同步计数是否在同步窗口内，也就是说是否大于本机保存的同步计数，但是又不大得太多，如果大得太多，本机就再作一次同步。如果在同步窗口中，通知执行机构执行用户命令。

方式二可基于非对称公钥体制的签名验证技术，包括基于RSA或ECC椭圆曲线的签名验证技术等，其为现有技术，此处不作详述。

本发明还相应提供一种红外安全支付系统的红外安全支付方法，如图8所示，其包括如下步骤：

S1、当收到配对指令时红外安全支付终端进入配对连接准备就绪状态，与红外适配终端进行配对；

S2、配对成功后，由智能终端与安全支付服务器通信完成支付。

优选的，在红外安全支付终端长期（如几个月）不使用没有配对时，所述红外安全支付终端可暂时锁定，在下次配对时，需连接用户安全认证服务器手工激活才可使用，进一步提高安全性。

其中，在配对时，红外安全支付终端和红外适配终端通过上文描述的红外传送方式和配对方式进行配对，此处不再赘述。

在步骤S1之前，需进行通信双方的身份认证，由于该身份认证方式已在上文进行了详细描述，此处不再赘述。并且在此之前，需激活终端设备，将设备从休眠省电状态切换至工作就绪状态，开启红外安全支付终端的安全支付功能，如通过按键或者摇晃红外安全支付终端后，红外安全支付终端进入配对连接准备状态，双方协商并选择确认通信信道、确认通讯密钥，互相验证设备身份合法性，配对成功，否则配对失败，提示工作状态。

本发明与现有技术相比，其有益效果如下：

1、红外安全支付终端实体形式可以是：红外遥控器、戒指、手环、手表、钥匙扣、验钞小手电、激光笔、杯垫、充电板、台灯座其中的一种。具备多种用途：

1）实现非接触式红外免密支付，支持脱机或联机小额支付交易；

2）自动向PC软件或智能手机App登陆窗口输入框内发送登陆口令，免手工输入口令；

3）安全存储并获取个人重要资料，可当加密移动U盘或移动硬盘使用；

4）实现红外非接触门禁安全控制，此处需要在门禁上安装红外适配终端。

2、红外光脉冲既是通讯信道介质也作为加密手段。

3、数据红外安全通讯动作触发条件可以是：当靠近物体时、按下支付按键、拍打震动、声控、体感手势识别、生物特征识别。

4、近红外线信道介质采用波分复用（WDM)和码分复用（CDM)等多路复用技术，这样可以防止多个红外支付设备同时通讯时设备冲突，并满足设备跳频扩频FHSS保密通讯技术要求，本发明采用可变波长红外激光器或近红外发射接收光源阵列实现波分复用（WDM)和码分复用（CDM)功能。

5、红外支付数据通讯状态人机交互方式可以是开关按键、指示灯、蜂鸣器、显示器、震动马达，提示通讯工作状态及设备状态。

6、红外安全通讯及数据存储安全芯片（硬件加密）采用真正随机数发生器，内置安全算法协处理器（硬件）支持双密钥三倍DES加速器对称DES算法；支持非对称的RSA和ECC椭圆形曲线算法。

7、本发明安全支付通讯过程采用红外发射接收传输（不占用无线频率资源，安全性高）。红外无线传输技术还可用于固件在线升级（OTA）及安全算法密钥管理。

8、整机（红外安全支付终端和红外安全支付系统）供电系统包括充电电路采用内置锂离子电池供电或通过电池仓方便用户更换电池。充电电路采用Micro-USB接口，还可采用无线感应线圈充电。

9、还可采用有线数据传输通讯接口与充电共用同一个Micro-USB接口，实现USBOTG切换，既可做从设备也可作为主设备，数据通讯接口还可以采用磁性触点。

10、信息处理智能终端指智能手机、平板电脑、或者手持终端PDA，通过具有音频接口转换模块的红外适配终端，接收和处理红外安全支付终端传输过来的安全数据，还可用于向红外安全支付设备发送接收位置数据，实现位置跟踪实时定位、以及设备丢失后数据自动销毁功能。

可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种红外安全支付终端，其特征在于，包括：安全加密模块、安全控制模块、红外发送模块、发送控制开关模块，红外接收模块和接收控制开关模块；

当发送一路加密数据时，所述安全控制模块输出预设频率的方波信号和控制信号，控制红外发送模块向红外适配终端发射红外信号；当发送两路加密数据时，所述安全控制模块控制发送控制开关模块切换发送信道或发射频率，并使红外发送模块根据切换的发送信道或发射频率向红外适配终端发射红外信号；

在接收加密数据时，所述红外接收模块接收红外适配终端发射的红外信号，并对所述红外信号进行解调解码；当接收的红外信号为一路时，所述红外接收模块将红外信号发送给安全控制模块；当接收的红外信号为两路时，所述接收控制开关模块切换接收信道或接收频率，并使红外接收模块接收的红外信号通过相应的信道或频率发送给安全控制模块。

2.根据权利要求1所述的红外安全支付终端，其特征在于，所述安全控制模块包括安全控制器和编码调制单元，所述红外安全支付终端还包括解调解码单元，所述安全控制器通过编码调制单元连接红外发送模块、通过发送控制开关模块连接红外发送模块、并通过解调解码单元连接红外接收模块、也通过接收控制开关模块连接红外接收模块、还连接安全加密模块。

3.根据权利要求2所述的红外安全支付终端，其特征在于，所述红外发送模块包括至少一红外发射单元，所述红外发射单元包括：第一三极管、第二三极管、第一电阻、第二电阻、第三电阻和红外发射管，所述第一三极管的基极通过第一电阻连接安全控制器的发送控制端，第一三极管的发射极连接供电端，第一三极管的集电极连接第二三极管的集电极，第二三极管的基极通过第二电阻连接安全控制器的方波信号发生端，第二三极管的发射极通过第三电阻连接红外发射管的正极，红外发射管的负极接地。

4.根据权利要求1-3任意一项所述的红外安全支付终端，其特征在于，所述发送控制开关模块包括发端定时子单元、量化及编码子单元、码型变换子单元、数量与红外发射单元对应的第一放大滤波子单元和数量与第一放大滤波子单元对应的取样子单元；

各第一放大滤波子单元用于对安全控制模块输出的信号进行放大和滤波处理输出给相应的取样子单元，所述发端定时子单元控制相应取样子单元定时取样红外信号，并发送给量化及编码子单元进行编码处理，并通过码型变换子单元进行码型变换后使红外发射单元向红外适配终端发射红外脉冲信号。

5.根据权利要求4所述的红外安全支付终端，其特征在于，所述接收控制开关模块包括收端定时子单元、码型反变换子单元、译码子单元、至少两个信号分离子单元和数量与信号分离子单元对应的第二放大滤波子单元；

所述码型反变换子单元将红外接收模块接收的红外信号进行码型逆变换后发送给译码子单元译码，并由收端定时子单元定时控制相应的信号分离子单元根据切换信道或频率，将译码后的红外信号分离成至少两路，并通过相应的第二放大滤波子单元进行放大和滤波处理后发送给安全控制模块。

6.根据权利要求1所述的红外安全支付终端，其特征在于，所述安全加密模块包括：

安全存储单元，用于存储数据文件；

EEPROM，用于存放安全密钥；

安全算法协处理器，用于产生真随机数，完成硬件级的加密、解密算法，对安全数据进行加密或解密；

安全存储单元、EEPROM和安全算法协处理器均连接安全控制模块。

7.根据权利要求1所述的红外安全支付终端，其特征在于，还包括用户身份识别信息采集模块，用于采集用户的身份识别信息；所述安全控制模块还用于根据所述身份识别信息识别用户的唯一身份。

8.一种红外适配终端，与智能终端的音频接口连接，其特征在于，包括：红外收发模块和音频接口转换模块；红外收发模块接收红外安全支付终端发射的红外信号，经所述音频接口转换模块转换成音频信号输出给智能终端。

9.一种红外安全支付系统，其特征在于，包括：

智能终端；

如权利要求1-7任意一项所述的红外安全支付终端；

如权利要求8所述的红外适配终端；

安全支付服务器；

所述红外适配终端与智能终端连接，所述红外安全支付终端发射红外信号与红外适配终端配对，配对成功后，由智能终端与安全支付服务器通信完成支付。

10.一种如权利要求9所述红外安全支付系统的红外安全支付方法，其特征在于，包括如下步骤：

当收到配对指令时红外安全支付终端进入配对连接准备就绪状态，与红外适配终端进行配对；

配对成功后，由智能终端与安全支付服务器通信完成支付。