CN106340089B - 一种智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法，包括如下步骤：用户注册步骤：A1.用户打开移动设备端APP应用软件并唤醒锁控单元；A2.锁控单元通过无线通讯方式获取移动设备信息和移动设备特征数据；A3.锁控单元控制指纹进入注册状态，用户在指纹采集区域输入指纹；A4.锁控单元获取采集的指纹特征数据。本发明具有以下的特点和有益效果：对多验证方式的特征数据有机融合和还原，实现在比对指纹操作前对用户权限预判，可避免任何人都可以输入指纹尝试比对的现象；实现了多验证方式的特征数据多设备分开存储设计，即使有一方设备丢失，或更换验证模块，也不能进入比对操作，为产品提供了强有力的安全保障。

Description

一种智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法

技术领域

本发明涉及一种智能电子锁上验证方法，具体涉及一种智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法。

背景技术

随着电子技术的日趋发展，消费者越来越关注自身的隐私以及安全问题。为了满足市场的需求，各种智能电子锁应运而生，像指纹锁、蓝牙锁等智能电子锁得到了更广泛的推广普及。但随着消费者对产品的认识逐步深入，需求日益提高，由通用的单一指纹识别模块、蓝牙模块组成的智能电子锁已越来越不能满足最核心的安全问题，主要体现在以下几个方面：

1)目前市场上智能电子锁并未对使用者做任何限制，任何人都可输入自己的指纹进行尝试比对操作；再加上指纹识别模块存在一定的误识率会识别到未注册用户的指纹，得出比对认证正确的结果，存在安全隐患。

2)使用手机上的蓝牙验证方式的智能电子锁会面临手机丢失后门锁被打开的危险。

传统电子锁的缺点在于：

1)目前传统电子锁对指纹和蓝牙特征数据处理方式是模块单独存储，指纹模块被更换或者手机丢失时其他用户也可使用其进行开门。

2)传统电子锁是所有用户均可触发系统上电，输入未注册的指纹或使用未配对的蓝牙设备尝试进行比对。目前指纹识别模块都存在一定的误识率会识别未注册用户的指纹，得出比对认证正确的结果。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术不足，提供一种结构合理，安全性高的智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法。

为实现上述技术目的，本发明采用了以下技术方案：

智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法，包括如下步骤：

用户注册步骤：

A1.用户打开移动设备端APP应用软件并唤醒锁控单元；

A2.锁控单元通过无线通讯方式获取移动设备信息和移动设备特征数据；

A3.锁控单元控制指纹进入注册状态，用户在指纹采集区域输入指纹；

A4.锁控单元获取采集的指纹特征数据；

A5.锁控单元向融合模块发送生成原始电子钥匙命令；

A6.融合模块将指纹特征数据和移动设备信息、移动设备特征数据生成原始电子钥匙后，反馈成功应答包；

A7.锁控单元向融合模块发送生成加密电子钥匙命令；

A8.融合模块将原始电子钥匙逐段加密后，反馈成功应答包；

A9.锁控单元向融合模块发送生成随机数命令；

A10.融合模块生成随机数成功后，反馈成功应答包，并包含随机数；

A11.锁控单元向融合模块发送生成加密片段钥匙命令；

A12.融合模块生成加密片段钥匙成功后，反馈成功应答包；

A13.锁控单元将所有加密片段钥匙根据既定规则分别发送到移动设备和指纹锁设备内存储；

A14.锁控单元提示并通知移动设备端APP应用软件，注册用户成功；

用户开锁步骤：

B1.用户打开移动设备端APP应用软件并唤醒锁控单元；；

B2.锁控单元通过无线通讯方式获取移动设备信息；

B3.锁控单元对移动设备信息进行提前验证，验证成功后，锁控单元继续获取移动设备端存储所有加密片段钥匙；若验证失败则不允许进行后续所有操作；

B4.锁控单元获取指纹锁设备存储的所有加密片段钥匙；

B5.锁控单元向还原模块发送还原加密电子钥匙命令；

B6.还原模块还原出加密电子钥匙后，反馈成功应答包；

B7.锁控单元向还原模块发送还原原始电子钥匙命令；

B8.还原模块还原出原始电子钥匙后，反馈成功应答包；

B9.锁控单元控制指纹进入比对状态，提示用户在指纹采集区域输入指纹；

B10.锁控单元将刚刚采集的指纹特征数据和还原出的原始电子钥匙内所有指纹特征数据进行比对，验证判断是否是注册用户指纹；

B11.验证成功，锁控单元提示并控制开锁；若失败，做相应提示。

作为优选，融合模块的处理包括如下步骤：

1)锁控单元分别获取不同设备上存储的特征数据和特征长度；任一设备都有多形式、多组特征数据；

2)融合模块按照:“设备总数、设备1长度、设备1数据、设备2长度、设备2数据、…设备n长度、设备n数据”格式排列生成原始电子钥匙；

3)融合模块将原始电子钥匙加密，生成加密电子钥匙；

4)融合模块生成一个随机数r，r的取值为设备总数的倍数，且有效范围是在1和255之间；融合模块将加密电子钥匙平分成r等份；并按照片段结构增加包头、包序号、包长度和校验和字段信息，生成r条加密片段钥匙；

5)锁控单元将r条加密片段钥匙按顺序发送给所有设备存储。

作为优选，还原模块的处理包括如下步骤：

1)锁控单元获取所有设备上存储的所有加密片段钥匙；

2)还原模块将所有加密片段钥匙依据片段结构中包序号字段信息依次顺序排列；

3)还原模块提取出所有加密的包数据，还原加密电子钥匙；

4)还原模块对提取出的加密电子钥匙内容解密，还原原始电子钥匙；

5)锁控单元依据设备数量取出对应各设备的特征数据。

本发明具有以下的特点和有益效果：

1)对多验证方式的特征数据有机融合和还原，实现在比对指纹操作前对用户权限预判，可避免任何人都可以输入指纹尝试比对的现象。

2)实现了多验证方式的特征数据多设备分开存储设计，即使有一方设备丢失，或更换验证模块，也不能进入比对操作，为产品提供了强有力的安全保障。

附图说明

图1是融合模块的处理示意图一；

图2是融合模块的处理示意图二；

图3是移动设备和主控设备框图；

图4是电路原理图；

图5是用户注册指纹的操作流程图；

图6是用户指纹开锁的操作流程图；

具体实施方式

下面结合实施例对本发明做进一步描述。下述实施例的说明只是用于帮助理解本发明。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

本发明技术思路概述：

本发明引入了片段的数据结构，以及融合模块和还原模块。不仅可以预防存储关键数据的模块丢失或被替换而发生未授权用户开门的后果，还可以对未授权用户进行权限限制，完全禁止任何未授权用户的尝试比对机会，有效降低因为误识率过高而带来的安全隐患。此外，本发明会确保在所有线路上传输的数据都是加密后的数据。

片段结构：

每条片段由包头、包序号、包长度、包数据和校验和共5部分组成。

字段项	长度	说明
			包头	2字节	固定为0xEF，0x01，表示后续是一个有效的片段数据
包序号	1字节	表示该片段在所有片段中序号
			包长度	1字节	表示包数据字段占用字节数，内容为m
包数据	m字节	表示该片段包含的加密后一部分的特征数据
			校验和	1字节	表示包头到包数据所有字节的累加和，进位项忽略

融合模块：

融合模块负责将参与验证的多种特征数据经过一定格式的排列组合、加密分解，生成若干条片段钥匙；由系统中所有参与的设备一起来存储这些片段钥匙，每个设备都存储其中一部分片段钥匙。其原理如下：

1)主控系统分别获取不同设备上存储的特征数据和特征长度；任一设备都有多形式、多组特征数据；

2)融合模块按照如下格式排列生成原始电子钥匙；

3)融合模块将原始电子钥匙加密，生成加密电子钥匙；

4)融合模块生成一个随机数r，r的取值为设备总数的倍数，且有效范围是在1和255之间；融合模块将加密电子钥匙平分成r等份；并按照片段结构增加包头、包序号、包长度和校验和字段信息，生成r条加密片段钥匙；如图1所示。

5)主控系统将r条加密片段钥匙按特殊顺序发送给所有设备存储；如有3个设备平分成9条片段钥匙时，序号1片段存储在设备1号，序号2片段存储在设备2号，序号3片段存储在设备3号，序号4片段存储在设备1号，序号5片段存储在设备2号，以此类推直至序号9片段存储在设备3号结束。如图2所示。

还原模块：

还原模块负责将所有设备上存储的加密片段钥匙收集汇总，依据片段结构中包序号字段信息依次顺序排列，生成加密电子钥匙，并对其解密还原出原始电子钥匙，即验证用的特征数据。其原理如下：

1)主控系统获取所有设备上存储的所有加密片段钥匙；

2)还原模块将所有加密片段钥匙依据片段结构中包序号字段信息依次顺序排列；

3)还原模块提取出所有加密的包数据，还原加密电子钥匙；

4)还原模块对提取出的加密电子钥匙内容解密，还原原始电子钥匙；

5)主控系统依据设备数量取出对应各设备的特征数据。

原理框图：

本发明在实际应用过程中需要两部分单元参与，分别是移动设备和主控设备。本发明的技术原理框图如图3所示：

移动设备由移动设备无线模块、移动设备数据库、移动设备控制系统等功能单元构成。

移动设备无线模块：作用是提供一种非物理连接线的通讯方式。

移动设备数据库：作用是存储注册用户的特征数据拆分的片段。

移动设备控制系统：作用是处理移动设备无线模块收到的主控设备控制系统命令。

主控设备由主控设备无线模块、主控设备数据库、指纹采集模块、融合模块、还原模块、识别比对模块、主控设备控制系统等功能单元构成。

主控设备无线模块：作用是提供一种非物理连接线的通讯方式。

主控设备数据库：作用是保存注册用户特征数据片段。

指纹采集模块：作用是采集用户指纹图像、图像处理并提取出指纹特征数据。

融合模块：作用是将所有用户特征数据有机融合，对数据加密后拆分成若干个加密片段钥匙。

还原模块：作用是将所有加密片段钥匙进行汇总合并解密，提取出原始电子钥匙数据。

识别比对模块：作用是对采集的用户特征数据和已注册的用户特征数据进行识别比对操作，得出相互匹配度。

主控设备控制系统：作用是协作处理各模块之间的通信，确保系统正确运行。

通讯命令：

根据应用的需求，本发明提供的方法对融合模块和还原模块的相关通讯命令如下：

如图4为电路原理图，其中：

AS602芯片(U2)，主频为128MHz，内置128K字节高速静态随机存储器(SRAM),内嵌1M字节串行FLASH，内部有多种硬件实现的加解密算法。

电阻R3和电容C11为AS602提供上电复位信号。

电阻R4、晶振Y1、电容C12和C13为AS602提供稳定的时钟信号。

芯片U1为AS602提供稳定的1.8V电源。

电容C1和C2为储能电容。

电容C3、C4、C5、C7、C8、C9和C10是滤波电容。

接口J1为上位机和本模块UART通信用接口。

平时该模块处于断电状态，需要使用融合和还原功能时，上位机给模块提供3.3V电源，并通过UART通信传输命令和数据。

该模块可掉电存储片段数据。

本实施例以蓝牙手机开启蓝牙指纹锁为例，仅为举例说明介绍本发明方法在注册用户指纹过程和使用指纹开锁过程中的工作原理和流程。本实施例假设蓝牙手机已安装使用本发明方法的APP应用软件，而蓝牙指纹锁上使用了本发明方法的融合模块和还原模块。该实施例并不完全代表本专利所述的技术原理本身，而仅仅视为技术原理的一种体现形式。

用户注册指纹的操作流程图和步骤如下：

1、用户打开手机端APP应用软件；

2、用户操作蓝牙指纹锁后盖注册按键，唤醒蓝牙指纹锁锁控单元；

3、锁控单元通过蓝牙通讯方式获取移动设备信息和移动设备特征数据；

4、锁控单元控制指纹进入注册状态，用户在指纹采集区域输入2次手指；

5、锁控单元获取采集的指纹特征数据；

6、锁控单元向融合模块发送生成原始电子钥匙命令；

7、融合模块将指纹特征数据和移动设备信息、移动设备特征数据生成原始电子钥匙后，反馈成功应答包；

8、锁控单元向融合模块发送生成加密电子钥匙命令；

9、融合模块将原始电子钥匙逐段加密后，反馈成功应答包；

10、锁控单元向融合模块发送生成随机数命令；

11、融合模块生成随机数成功后，反馈成功应答包，并包含随机数；

12、锁控单元向融合模块发送生成加密片段钥匙命令；

13、融合模块生成加密片段钥匙成功后，反馈成功应答包；

14、锁控单元将所有加密片段钥匙根据既定规则分别发送到手机和蓝牙指纹锁设备内存储；

15、锁控单元提示并通知手机APP，注册用户成功。

用户指纹开锁的操作流程图和操作步骤如下：

1、用户打开手机端APP应用软件；

2、用户触摸指纹采集区域，唤醒蓝牙指纹锁锁控单元；

3、锁控单元通过蓝牙通讯方式获取移动设备信息；

4、锁控单元对移动设备信息进行提前验证，验证成功后，锁控单元继续获取手机端存储所有加密片段钥匙；若验证失败则锁控单元不做任何声音和灯光提示，同时不允许进行后续所有操作；

5、锁控单元获取蓝牙指纹锁设备存储的所有加密片段钥匙；

6、锁控单元向还原模块发送还原加密电子钥匙命令；

7、还原模块还原出加密电子钥匙后，反馈成功应答包；

8、锁控单元向还原模块发送还原原始电子钥匙命令；

9、还原模块还原出原始电子钥匙后，反馈成功应答包；

10、锁控单元控制指纹进入比对状态，提示用户在指纹采集区域输入手指；

11、锁控单元将刚刚采集的指纹特征数据和还原出的原始电子钥匙内所有指纹特征数据一一比对，验证判断是否是注册用户指纹；

12、验证成功，锁控单元提示并控制开锁；若失败，做相应提示。

Claims (3)

1.一种智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法，其特征在于,包括如下步骤：

用户注册步骤：

A1.用户打开移动设备端APP应用软件并唤醒锁控单元；

A2.锁控单元通过无线通讯方式获取移动设备信息和移动设备特征数据；

A3.锁控单元控制指纹进入注册状态，用户在指纹采集区域输入指纹；

A4.锁控单元获取采集的指纹特征数据；

A5.锁控单元向融合模块发送生成原始电子钥匙命令；

A6.融合模块将指纹特征数据和移动设备信息、移动设备特征数据生成原始电子钥匙后，反馈成功应答包；

A7.锁控单元向融合模块发送生成加密电子钥匙命令；

A8.融合模块将原始电子钥匙逐段加密后，反馈成功应答包；

A9.锁控单元向融合模块发送生成随机数命令；

A10.融合模块生成随机数成功后，反馈成功应答包，并包含随机数；

A11.锁控单元向融合模块发送生成加密片段钥匙命令；

A12.融合模块生成加密片段钥匙成功后，反馈成功应答包；

A13.锁控单元将所有加密片段钥匙根据既定规则分别发送到移动设备和指纹锁设备内存储；

A14.锁控单元提示并通知移动设备端APP应用软件，注册用户成功；

用户开锁步骤：

B1.用户打开移动设备端APP应用软件并唤醒锁控单元；

B2.锁控单元通过无线通讯方式获取移动设备信息；

B3.锁控单元对移动设备信息进行提前验证，验证成功后，锁控单元继续获取移动设备端存储所有加密片段钥匙；若验证失败则不允许进行后续所有操作；

B4.锁控单元获取指纹锁设备存储的所有加密片段钥匙；

B5.锁控单元向还原模块发送还原加密电子钥匙命令；

B6.还原模块还原出加密电子钥匙后，反馈成功应答包；

B7.锁控单元向还原模块发送还原原始电子钥匙命令；

B8.还原模块还原出原始电子钥匙后，反馈成功应答包；

B9.锁控单元控制指纹进入比对状态，提示用户在指纹采集区域输入指纹；

B10.锁控单元将刚刚采集的指纹特征数据和还原出的原始电子钥匙内所有指纹特征数据进行比对，验证判断是否是注册用户指纹；

B11.验证成功，锁控单元提示并控制开锁；若失败，做相应提示。

2.根据权利要求1所述的智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法，其特征在于，融合模块的处理包括如下步骤：

1)锁控单元分别获取不同设备上存储的特征数据和特征长度；任一设备都有多形式、多组特征数据；

2)融合模块按照如下格式:“设备总数、设备1长度、设备1数据、设备2长度、设备2数据、…设备n长度、设备n数据”排列生成原始电子钥匙；

3)融合模块将原始电子钥匙加密，生成加密电子钥匙；

4)融合模块生成一个随机数r，r的取值为设备总数的倍数，且有效范围是在1和255之间；融合模块将加密电子钥匙平分成r等份；并按照片段结构增加包头、包序号、包长度和校验和字段信息，生成r条加密片段钥匙；

5)锁控单元将r条加密片段钥匙按顺序发送给所有设备存储。

3.根据权利要求1所述的智能电子锁上多验证数据融合拆分存储和合并还原方法，其特征在于，还原模块的处理包括如下步骤：

1)锁控单元获取所有设备上存储的所有加密片段钥匙；

2)还原模块将所有加密片段钥匙依据片段结构中包序号字段信息依次顺序排列；

3)还原模块提取出所有加密的包数据，还原加密电子钥匙；

4)还原模块对提取出的加密电子钥匙内容解密，还原原始电子钥匙；

5)锁控单元依据设备数量取出对应各设备的特征数据。