CN106537308B - 通过静电信道的密码密钥交换 - Google Patents

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Abstract

公开了涉及通过静电通信在显示设备与输入设备之间交换密码密钥的各种实施例。在一个实施例中，交互式通信设备包括一个或多个电极和无线电收发机。该一个或多个电极可被激励以与邻近通信设备的一个或多个电极电容耦合，以便将密码密钥从交互式通信设备电容性地发送到邻近通信设备。该无线电收发机可被配置成经由无线电信道与邻近通信设备的无线电收发机进行通信。交互式通信设备可被配置成随后通过无线电信道与邻近通信设备交换经加密的通信。该经加密的通信可使用密码密钥来被加密。

Description

通过静电信道的密码密钥交换
附图简述
图1示出了示例交互式显示器系统。
图2示出了图1的交互式显示器系统的示例电极矩阵。
图3示出了图1的交互式显示器系统的示例内部组件。
图4示出了在图1的交互式显示器系统的交互式显示器和指示笔之间的示例数据传输。
图5示出了图1的交互式显示器系统的输入设备。
图6示出了经由静电信道在交互式显示器与输入设备之间传送密码密钥的示例方法。
图7示出了示例计算设备。
详细描述
已经开发了从指示笔接收用户输入的交互式显示器。在一种类型的实现中，每支指示笔由无线电信道链接到交互式显示器。当指示笔被放置在交互式显示器附近时，该指示笔可经由无线电信道将它的Y(或X)位置报告给交互式显示器。为了查明该Y位置，指示笔经由其尖端处的电极来进行静电测量。相应地，交互式显示器的电极矩阵的电极可被以循环顺序地驱动。具体而言，“传送”电极(例如，具有驱动电压)处的激励在此电极与“接收”电极之间创建电容耦合，该电容耦合在接收电极处通常被检测为检测到的电流。从检测到的电流导出的电容测量可指示该指示笔的Y位置。在电极之间经由电容耦合的信息传递可被称为静电信道。
此外，通过此静电信道，指示笔和交互式显示器可确定电极尖端与电极矩阵的行(或列)之间的电压被驱动为高(或者在一些情况下，被驱动为低)的精确共享的时序感。具体而言，由指示笔进行的电容测量可通过无线电信道被报告给交互式显示器，其与由交互式显示器内的电子器件进行的测量相结合，可被用于查明指示笔的行和列的位置。交互式显示器可相应地处理该输入以便显示，例如，诸如指示笔的所报告的位置处的光标的GUI元素。
此外，指示笔和交互式显示器可传送除了位置信息之外的信息。例如，交互式显示器可向指示笔发送升级版本的固件。在一个示例中，该升级版本的固件经由无线电信道被发送。然而，此方式可能容易遭受恶意行为。例如，恶意设备可读取通过无线电信道发送的数据。在另一示例中，恶意设备可以以与在合法指示笔和交互式显示器之间发送的数据不可区分的方式注入数据。在一个特定示例中，恶意设备可被用于向指示笔写入使得该指示笔永久地不起作用的恶意固件，如拒绝服务攻击。在另一示例中，恶意固件可被用于跟踪经由指示笔提供的用户输入信息，如一种形式的间谍软件。
因此，本描述涉及经由静电通信在交互式显示器与指示笔之间电容性地交换密码密钥，以便保护该交互式显示器与该指示笔之间的后续通信。在一个实现中，交互式显示器包括一个或多个电极和无线电收发机。该一个或多个电极可被激励以便与邻近指示笔的电极电容地耦合，以通过静电信道进行通信。具体而言，静电信道可被用于将密码密钥从交互式显示器电容性地发送到指示笔。后续通信可使用密码密钥来被加密。例如，交互式显示器可被配置为随后通过无线电信道与指示笔交换经加密的通信，该无线电信道形成于交互式显示器的无线电收发机与指示笔的无线电收发机之间。
在另一实现中，指示笔可经由静电信道将密码密钥电容性地发送到交互式显示器。通过经由交互式显示器与指示笔之间的静电信道电容性地发送密码密钥，相对于经由无线电信道在交互式显示器与指示笔之间发送不安全的通信，交互式显示器与指示笔之间的通信可能较不易遭受恶意行为。
图1示出了示例性交互式显示器系统100。系统100包括被配置成同时感测来自多个源的输入的交互式显示器102。例如，显示器102可感测由人类手指101施加的触摸输入以及由一个或多个输入设备施加的输入。输入设备可具有指示笔104的外形，或可以另一种合适的外形因素来配置。如在下文中更详细地示出和描述的，可响应于在交互式显示器102处输入的接收来生成并显示合适的图形输出108。
图2示意性示出可被包括于交互式显示器系统100中以便于输入检测的示例性电极矩阵200。电极矩阵200可作为或被包括于交互式显示器的触摸传感器中。电极矩阵200包括相互电绝缘的多个行电极202和多个列电极204。在矩阵中的每个交点处(例如，节点206)，可存在从行电极到列电极的电容。该电容可随触摸位置而变化。其他电容，例如到指示笔尖端中的电极的电容，可随其他设备(例如该指示笔)的位置而变化。
多个行电极202可电耦合于相应的驱动电路208，其被配置成以以下各种描述的方式驱动行电极。相应地，多个列电极204可电耦合到相应的检测电路210，其可检测由多个行电极202的驱动导致的列电极中的电流和/或电压，由指示笔104和/或手指101对显示器的触摸而对显示器102的电压施加。然而，在其他实现中，伴随着多个列电极204被驱动，检测电路可替代地被耦合到多个行电极202。如下所述，如此构成的电极矩阵可被用于检测不仅来自用户手指的触摸输入，而且还确定诸如指示笔104的输入设备的位置的至少一个坐标。在图2中示出的行和列的数量仅用于说明性的用途，并且，在典型显示器中比图2所例示的更多的列和行被包括在电极矩阵200中。
现在转向图3，例示出交互式显示器系统100的附加内部组件的示意图被示出。如所示，系统100包括交互式显示器102，其包括具有位于多个列电极204上方(在发光方向)的多个行电极202的上述电极矩阵200。多个行电极202和列电极204由介电层308隔离，该介电层308可包括各种合适的介电材料(例如，玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、环烯聚合物(COP)薄膜等)。位于电极矩阵200下方(相对于发光方向)的是发光层310，该发光层310可以是，例如，液晶显示器(LCD)栈、发光二极管(LED)栈、有机发光二极管(OLED)栈、或等离子显示面板(PDP)。发光层310被配置成通过电极矩阵200发射光L，使得光通过交互式显示器102的顶面，并作为显示于显示器顶面的图像显现给用户。发光层310和电极矩阵200在控制器314的控制下进行操作。
交互式显示器系统100进一步包括图像源312，其可经由控制器314从电极矩阵200接收具有经检测的触摸数据324和经检测的输入设备数据322的形式的输入，在图像源312处理输入，并生成合适的图形输出108作为响应，该响应被发送回控制器314以用于通过交互式显示器102的发光层310来显示。如所示，图像源312可以是外部计算设备，或集成到交互式显示器102的外壳中的计算设备，并可包括合适的程序、处理器、和存储子系统以执行本文描述的功能。可被用作图像源312的示例计算设备在以下参考图7描述。
为了便于各种指示笔104与交互式显示器102之间通信信道(链路)的建立，交互式显示器102可经由建立于电极矩阵200与邻近指示笔104之间各静电信道302来与邻近指示笔104进行通信。具体而言，当电极尖端被定位于离多个行电极202的在垂直范围R内的一距离时，可由矩阵200的电极与每个指示笔104的电极尖端318之间的电容耦合形成静电信道302。R表示在其内电容耦合可被形成以经由静电信道发送和接收信息的范围。在一些示例中，R可以是从0至1米、从0至20厘米、或从0至5厘米的范围。系统可被配置为利用其他合适的范围值。如下所述，可经由静电信道302传递各种类型的信息，包括发送随后被用于在交互式显示器和指示笔之间发送安全通信的密码密钥。
在一些实现中，具有以不同方式随位置变化并且在与交互式显示器相距一定距离(例如，三米)处呈现更大或更小的电场的电场的两个不同的单向静电信道可被用于在邻近设备的电极之间电容性地传递信息。第一静电信道可被用于将信息从交互式显示器的电极电容性地发送到指示笔。在此第一静电信道中，电场的大小可由电极矩阵中被激励以将信息发送到指示笔的行电极的数量以及该电极的大小来指示。例如，显示器越大，则行电极越长，并且电场越大。在一些实现中，通过相对于激励电极矩阵的所有行电极来激励电矩阵的电极的子集，可减小第一静电信道的电场大小。例如，可基于检测到的指示笔的位置来选择子集。在一个特定示例中，可仅激励与检测到的指示笔的Y位置相对应的行电极以形成电容耦合。
第二静电信道可被用于将信息从指示笔的电极发送到交互式显示器的电极。由第二静电信道生成的电场可以是显著小于由第一静电信道生成的静电场的，因为相对于被激励以形成电容耦合的整行或多行，单点电极被激励以形成电容耦合。
注意，由上述静电信道生成的电场可以是显著小于由无线电信道生成的电场的。换言之，静电信道可比无线电信道更安全，因为恶意设备可能更难以被定位于静电信道的较小的窃听范围中。此外，第二静电信道可比第一静电信道更安全，因为恶意设备可能更难以被定位于第二静电信道的较小的窃听范围中。例如，无线电信道的有效窃听范围可以是10-100米，第二静电的有效窃听范围可以是1-10米，而第二静电信道的有效窃听范围可以小于1米。注意，静电信道和无线电信道可被设计成任何合适的规范，但是通常静电信道可具有比无线电信道更小的有效范围。
如以上所提到的，交互式显示器系统100还可经由建立在显示器侧无线电收发机320与在图5中示出的输入设备侧无线电收发机512之间的各自双向无线电信道304来与指示笔104进行通信。无线电信道304的每一个可被形成于被用于在显示器侧收发机320与输入设备侧收发机512之间无线地通信的多个可能的信道321中的不同的信道或相同的信道上，但每个输入设备侧无线电收发机512被分配给此信道内不同的时间槽。
当指示笔104被首先带入显示器的范围R内时，交互式显示器102的控制器314被配置为经由静电信道302来传递由显示器侧无线电收发机320使用的信道的信道信息和同步模式两者。具体而言，指示笔104的电极尖端318和电极矩阵200的一个或多个邻近电极可形成电容耦合，以在交互式显示器102与指示笔104之间电容性地发送信息。通过使用该信息，指示笔104能够在显示器侧收发机使用的信道上建立无线电信道304，并且能够基于同步模式建立与交互式显示器分享的时序感，由于电极矩阵被循环地驱动，这使指示笔能基于在电极尖端与最近行电极之间的电容变化来准确地查明它的Y(即，行)的位置。
检测到的触摸数据324通常包括所检测到的用户手指的触摸的X、Y数据。在图像源处的程序逻辑接收经检测的输入设备数据322和经检测的触摸数据324，并执行程序处理以生成图形输出108。如上所述，图形输出108从图像源312被发送给控制器314，进而以合适于在交互式显示器102上显示图形输出108的方式来控制发光层310。在图3中，左侧的指示笔104被示为触摸显示器表面、按压指示笔的电极尖端，而右侧的指示笔104被示为用电极尖端318以未按压状态悬停并位于范围R内。
将包括经由无线电信道304接收的指示笔104的Y(行)位置以及由电极矩阵200感测到的指示笔104的X(列)位置的经检测的输入设备数据322，连同来自用户手指的任何经检测的触摸数据324一起，被发送给图像源312。除了指示笔104的X，Y(列，行)位置，经检测的输入设备数据322可包括电极尖端318是否被按压的指示。其他数据也可被包括于所检测的输入设备数据322内，诸如时钟同步信号、模式指示(写入或擦除)、以及输入设备标识符等。
在一些实现中，在交互式显示器与指示笔之间的不同类型的数据的交换可以被组织成帧的不同部分。在一个示例中，帧指的是对施加的输入完成一次电极矩阵扫描所花费的持续时间。该帧可被划分成多个等分的时隙。此外，帧可被划分成三个或更多个不同的部分。出于建立指示笔的Y位置的目的以及出于确定手指触摸的X和Y位置的目的，帧的第一部分可专用于顺序地驱动行电极。
出于确定指示笔的X位置的目的，帧的第二部分可专用于检测指示笔电极的激励。注意，在帧的第二部分期间电极矩阵可不激励行电极。通常，第二部分中的时隙数量可大致地小于第一部分中的时隙数量。
帧的第三部分可专用于从交互式显示器向指示笔或从指示笔向交互式显示器发送除了位置信息之外的信息。在帧的第三部分期间可被传递的示例信息可包括时序同步信息、无线电信道信息、以及安全通信信息。在一个特定示例中，在帧的第三部分期间(或在多个帧的第三部分期间)密码密钥通过静电信道被电容性地发送。
指示笔104的电极尖端318与电极矩阵200之间的电容耦合可被用于在交互式显示器102与指示笔104之间发送密码密钥323。密码密钥323可被用于加密指示笔104与交互式显示器102之间的通过无线电信道304的后续通信。在一个示例中，此类经加密的通信包括指示笔104的位置信息。在另一示例中，此类经加密的通信包括将被安装在指示笔104上的升级版本的固件。任何合适的信息可被包括在交互式显示器102与指示笔104之间的经加密的通信中。
在一些实现中，密码密钥可在帧的指定时隙期间被发送，在该指定时隙期间位置信息经由电极尖端与电极矩阵之间的电容耦合来被交换。具体而言，如上所述，可在被指定用于传输除了位置数据之外的数据的时隙期间发送密码密钥。在一些实现中，可响应于中断或触发事件来发送密码密钥。例如，由电极矩阵执行的位置感测例程可被中断以发送密码密钥。
在一些实现中，密码密钥323包括对称密钥。例如，诸如AES或类似SHA-2的散列函数的对称密钥加密算法可被用于实现对称密钥。任何合适的算法可被用于实现对称密钥。
在对称密钥实现中，可在指示笔与交互式显示器之间共享单个秘密，以便加密后续通信。如此，该秘密必须因此存在于指示笔自身内，这使得该秘密对反向工程是可访问的。系统可采取各步骤以使反向工程更困难(例如，通过仅在计算签名的相同微处理器中的片上存储器中保存秘密)，但通过对单个指示笔进行反向工程，该系统中的所有指示笔的安全性可能受损，因为各指示笔可使用相同的对称密钥。
此外，通过空气(例如，经由无线电信道)传送对称密钥通常可能使对称密钥暴露从而被恶意设备截取，而无需该恶意设备邻近于交互式显示器和/或指示笔。具体而言，因为无线电信道的窃听范围可以是大致大于静电信道的窃听范围的，所以恶意设备可能能够从更大的距离截取对称密钥。
因此，可经由交互式显示器的电极与指示笔之间的电容耦合来发送对称密钥，以显著地减小窃听范围，使得可以以相对于经由无线电信道发送对称密钥更安全的方式来发送对称密钥。
此外，在一些实现中，作为安全性的进一步措施，每当发生触发事件时可随机地生成对称密钥的新版本，以减小恶意设备对可用对称密钥进行反向工程的可能性。在一个特定示例中，每当升级版本的固件将被安装在指示笔上时，新的对称密钥就可随机地被生成。在另一示例中，新的对称密钥在指定时间段(诸如每天一次或另一持续时间)之后可被随机地生成。任何合适的事件可触发对要在指示笔与交互式显示器之间被传递的新的对称密钥的随机生成。
在其他实现中，密码密钥323包括非对称密钥。可经由在交互式显示器的一个或多个电极与输入设备的电极尖端之间形成的静电信道来在交互式显示设备与输入设备之间内发送非对称密钥。非对称密钥可被用于加密随后经由无线电信道在交互式显示设备与输入设备之间发送的通信。在一些实现中，密码密钥323可由交互式显示器102生成并且经由静电信道302被发送到指示笔104。具体而言，电极矩阵200的驱动电极可被激励以将密码密钥323电容性地发送到指示笔104。驱动电极通过使用时变的激励电压来传送数据，该时变的激励电压进而产生时变的检测到的电流，该检测到的电流被处理以提取数字信号(例如，密码密钥)。
在一些实现中，电极矩阵的一些或所有驱动电极可被激励以传送密码密钥。相对于通过无线电信道传送密码密钥，使用这种方式可使恶意设备更难以截取密码密钥。然而，通过激励电极矩阵的所有驱动电极而创建的电场可在某一距离(例如，几十英尺)处创建可测量的电场。
因此，在一些实现中，为了减小在其中密码密钥被传送的电场的大小，指示笔相对于电极矩阵的位置可被用于指定电极矩阵的特定驱动电极，以将密码密钥传送给指示笔。具体而言，可通过激励电极矩阵的电极的子集来发送密码密钥。可基于指示笔的电极尖端相对于电极矩阵的位置来选择电极子集。通过仅激励邻近指示笔的发射电极，电场大小可被减小以防止在距交互式显示器某一距离处的恶意设备观察到该传送。
在一些实现中，密码密钥323可由指示笔104生成并且经由静电信道302被发送到交互式显示器102。指示笔中的电极比显示矩阵的行电极或列电极小得多。假定电场被指示笔上的较小点电极生成时较小，则相对于其中交互式显示器将密码密钥传送给指示笔的实现，恶意攻击者可能更难以窃听。
在一些实现中，指示笔可经由静电信道以随机板(random pad)的形式将密码密钥传送给交互式显示器。随后，可通过使用无损操作(例如，XOR)将固件与随机板相组合来加密升级版本的固件，并且该加密的通信可通过无线电信道发送。由于指示笔知道随机板，所以指示笔可使用随机垫解密所接收的信息以认证固件。在密码密钥是随机生成的对称密钥的一些实现中，指示笔可使用被用于作出其电容测量的模拟电子器件来附加地测量环境和半导体设备噪声，作为用于随机生成对称密钥的真随机源。
在一些实现中，为了进一步降低在指示笔将密码密钥传送给交互式显示器时恶意设备成功窃听的概率，交互式显示器可被配置为随机激励电极矩阵的一个或多个电极以创建随机噪声电场。这可导致附加的电流流入恶意设备的测量电极内，从而隐藏由指示笔传送的信号。在一个示例中，来自交互式显示器的噪声信号可使用密码上安全的随机数生成器来生成。
在这样的随机噪声实现中，交互式显示器感测来自它的触摸传感器的电容性信号，并通过减去由矩阵电极的随机激励生成的随机噪声来从电容性信号中提取密码密钥。交互式显示器具有由矩阵电极传送的噪声波形的知识，并因此可使用此知识来滤除噪声并提取由指示笔电极发送的密码密钥。恶意设备不知道波形，并因此不能将密码密钥与噪声进行区分。如上所述，当使用密码上安全的随机数生成器来生成噪声时，安全性更强。
在一些实现中，可使用公钥密码算法来实现密码密钥。在这种方式中，用于检查签名的秘密不同于用于生成签名的秘密。这意味着设备自身不包含可被用于生成有效签名的信息。如此，对设备进行反向工程以获取被用于生成签名的秘密可被禁止。然而，处理公钥算法可以是资源密集的，过于资源密集使得低功率微处理器(诸如指示笔中使用的处理器)可能不能够处理该公钥。如此，公钥算法可被用于具有比指示笔的处理能力更大的处理能力的输入设备的实现中。
尽管对交互式显示器的讨论一般涉及大规格壁挂式显示设备。交互式显示器可以采用任何合适的形式而不偏离本公开的范围。例如，交互式显示器可被包括在膝上型计算设备、平板计算设备、或智能电话计算设备，以及其他形式的计算设备中。在一个示例中，指示笔的电极尖端与平板计算设备的显示器的一个或多个电极电容耦合以形成静电信道。电极尖端与显示器的一个或多个电极之间的电容耦合可被用于通过静电信道以安全方式(例如，从指示笔到平板或从平板到指示笔)发送密码密钥。此外，电极尖端与显示器的一个或多个电极之间的电容耦合可被用于确定电极尖端相对于显示器的一个或多个电极的位置，以确定指示笔相对于显示器的位置。
图4是交互式显示器系统100的局部分解图，例示出交互式显示器系统100如何与指示笔104建立通信链路。在该分解图中，示出被配置成显示图形输出108并且从用户的手指或从指示笔104接收输入的表面400。例如，表面400可以是位于多个行电极202之上的保护层的顶面。图4还示出位于表面400下方(相对于发光方向)的电极矩阵200，以及在电极矩阵与指示笔104的电极尖端318之间形成的静电信道402。为了说明起见，表面400与电极矩阵200之间的间距被夸大了，并且这些组件的合成和位置并非旨在以任何方式被限制。
在一些实现中，例如，电极矩阵200的驱动电路208可被形成控制器314的部分的现场可编程门阵列(FPGA)内实现的微编码的状态机驱动。每个驱动电路208可作为移位寄存器实现，其具有一个触发器并为每个行电极输出，并且可被操作以独立于寄存器状态强制所有输出值为零。对每个移位寄存器的输入可以是时钟、数据输入、以及空输入，其可被来自微编码的状态机的输出驱动。可通过将要被激励的每个输出用一而别处用零来填充移位寄存器来传送信号，并接着利用所需调制来切换空输入。如果以这种方式使用移位寄存器，则输出电压可只取两个值。在其他实现中，例如其他电路可被用于允许输出电压取较大的范围的值，以减少输出波形的谐波内容，并降低交互式显示器系统100辐射的发射量。
由于多个行电极202被顺序地驱动从而确定其至少一部分相对于交互式显示器系统100的位置，故指示笔104可检测位置信号。具体而言，指示笔104的电极尖端318可在该阶段期间(其中多个行电极202中每行电极被连续地驱动)接收不同的电流。例如，最高的接收到的电流可指示最接近的电极尖端318的行电极。此外，指示笔104可经由电极尖端318检测通过以上述方式操作移位寄存器产生的其他信号。
具有经检测的位置信号，指示笔104可经由在显示器侧无线电收发机320与输入设备侧无线电收发机(图5中的512处示出)之间建立的无线电信道304传送关于其至少一部分相对于交互式显示器系统100的位置的数据。无线电信道304上的传输可发生于预先确定的无线电信道上，其可以是预先确定的无线电跳频序列中的多个无线电信道之一。用于经由无线电信道304传输的标识当前无线电信道的信道标识符可经由静电信道302被传送给指示笔104，如下文进一步详细描述的。
图5示出了示例指示笔104。如上所述，指示笔104包括导电的且被配置成当邻近电极矩阵200的经驱动电极时接收电流的电极尖端318。如图所示，尖端318被可操作地耦合到模拟电路504，该模拟电路被配置成将在尖端接收到的电流转换成对应的电压。模拟电路504可进一步包括电压源，该电压源被配置成将尖端318保存于恒定电压，或，在其他操作模式期间，将时变电压施加于该尖端，如下文进一步详细描述的。
在一些实现中，电极尖端318可以是可开关尖端，该可开关尖端包括被配置成在指示笔104与表面(例如，对着表面400被按压)接触的情况下提供第一输出并在指示笔未与表面接触(例如，未按压)的情况下提供第二输出的可按压开关505。来自开关505的输出可接着经由无线电信道304被中继至交互式显示器102，使得悬停输入可与接触输入区别开，即，使得交互式显示器102可确定指示笔104是与表面400接触还是并未接触而是悬停于交互式显示器102的表面400之上。
在一些实现中，电极尖端318可被配置为测量力。因此，尖端318可生成在输出范围内的输出，这指示由尖端感测到的力。如图5所示，尖端318与指示笔104的主体间隔距离D，按压尖端可减少该距离。该尖端可被弹簧向外压偏，而且距离D被关闭的程度可被感测为施加于尖端的力的代理。
指示笔104进一步包括模数(A/D)转换器506，其操作地耦合于模拟电路504并且被配置成数字化从模拟电路接收到的电压。作为一个非限制性示例，转换器506可以1Mbit/s的采样率转换具有100kHz带宽的传入静电信号。
指示笔104进一步包括处理器508，其操作地耦合到A/D转换器506、存储器510、以及输入设备侧的无线电收发机512。处理器508被配置成处理来自转换器506的数字化信号，执行存储器510中保持的指令，并控制输入设备侧的收发机512。在一些实现中，输入设备侧收发机512可被配置成传送和接收具有例如，2.4GHz与2.5GHz之间的频率的信号，并且可经由同步串行端口被操作地耦合到处理器508。
为了将指示笔104与交互式显示器102配对并在适当的信道上建立无线电信道304，交互式显示器102的控制器314可通过以将无线电信道信息编码到驱动信号的一部分中的方法来驱动电极矩阵，经由电极矩阵200与在使用中的无线电信道通信，如下面所讨论的。指示笔104可经由来自电极矩阵200的电极尖端318，经由静电信道302，静电地接收无线电信道标识符以及同步模式。处理器508可接着执行存储于存储器510中的指令，以基于从电极矩阵200传送的无线电信道标识符来从存储于存储器中的表或其他合适的数据结构中检索无线电频率。例如，指示笔104可接着经由输入设备侧收发机512与显示器侧无线电收发机320之间形成的无线电信道304以所检索到的无线电频率来传送数据。以此方式，指示笔可将来自该指示笔的诸如该指示笔相对于电极矩阵200的行位置(Y坐标)的位置信息经由无线电信道传送给交互式显示器，如参考图6所详细地描述的。
在一些实现中，指示笔104可被配置成生成密码密钥323。指示笔104可被配置成激励电极尖端318，以便经由指示笔的电极尖端与邻近的交互式显示器的电极矩阵的一个或多个感测电极的电容耦合，将密码密钥从指示笔电容性地发送到邻近的交互式显示器。指示笔还可被进一步配置成随后通过无线电信道与交互式显示器交换经加密的通信。经加密的通信可使用密码密钥来被加密。
图6示出了在第一通信设备与第二通信设备之间从交互式显示器向输入设备传送信息的示例方法600。例如，方法600可在交互式显示器系统100中实现，并用于经由静电信道302和建立于交互式显示器102与指示笔104之间的无线电信道304在交互式显示器102与指示笔104之间传送密码密钥。
在602，方法600可包括通过将第一通信设备的一个或多个电极与邻近于第一通信设备的第二通信设备的一个或多个电极电容耦合来建立静电信道。在一个示例中，交互式显示器的电极矩阵的一个或多个行电极可在帧期间被顺序地驱动。例如，可在输入检测模式期间顺序地驱动行电极，以便检测在交互式显示器处或交互式显示器上方施加的触摸输入和指示笔输入。在另一示例中，指示笔可激励电极尖端，并且交互式显示器的检测电路可检测列电极的电容的变化。在任一示例中，静电信道可被形成于交互式显示器的(一个或多个)电极与指示笔的电极尖端之间。静电信道可被用于在交互式显示器与指示笔之间电容性地发送信息。
在604，方法600可包括在第一通信设备的第一无线电收发机与第二通信设备的第二无线电收发机之间建立无线电信道。在一个示例中，同步和信道标识符信息可通过静电信道从交互式显示器被传送到指示笔。同步信息可被用于同步指示笔与交互式显示器之间的时序。信道标识符信息可标识在其上数据可在指示笔与交互式显示器之间被发送的无线电信道。
在606处，方法600可包括经由第一通信设备的一个或多个电极与第二通信设备的一个或多个电极的电容耦合，将密码密钥从第一通信设备发送到第二通信设备。在一个示例中，交互式显示器通过静电信道将密码密钥发送到指示笔。在另一示例中，指示笔通过静电信道将密码密钥发送到交互式显示器。
在一些实现中，密码密钥可以是对称密钥。此外，在一些实现中，每次发生触发事件时就可随机地生成对称密钥的新版本。在一个示例中，每次在指示笔上安装升级版本的固件时，就随机地生成新的对称密钥。在一些实现中，密码密钥可以是非对称密钥。
在指示笔发送密码密钥的一些实现中，交互式显示器可被配置成在输入设备正在向交互式显示器发送密码密钥时随机地激励电极矩阵的一个或多个电极。这种随机激励可如上所述地创建隐藏密码密钥的传输的噪声。此外，交互式显示器可被配置成感测来自电极矩阵的电容性信号，并且通过从电容性信号中减去由一个或多个电极的随机激励生成的噪声来从电容性信号中提取密码密钥。
在608，方法600可包括使用对称密钥来加密第一通信设备与第二通信设备之间的通信。在一个示例中，经加密的通信可包括用于指示笔的升级版本的固件。在另一示例中，经加密的通信可包括指示笔位置信息。交互式显示器与指示笔之间的任何合适的通信可使用对称密钥来加密。
在610，方法600可包括通过在第一通信设备的第一无线电收发机与第二通信设备的第二无线电收发机之间形成的无线电信道来与第二通信设备交换经加密的通信。
上述方法可被执行以便以窃听设备难以篡改系统或获取密码密钥的方式在交互式显示器与指示笔之间传递密码密钥。具体而言，通过在交互式显示器的电极与指示笔之间电容性地发送密码密钥，由电极的激励而生成的电场相对于通过无线电信道的传输可以是小的。如此，恶意设备将必须靠近交互式显示器以便甚至检测信号。因此，可以以相对于其他方式更安全的方式传送密码密钥。
此外，在一些实现中，附加的安全措施可被采取以便禁止恶意设备篡改系统。例如，可响应于各种触发事件随机地生成新的对称密钥，以减少恶意设备篡改系统的可能性。作为另一示例，在指示笔将密码密钥传送给交互式显示器的情况下，交互式显示器可在指示笔传送时随机地生成噪声，以便对恶意设备隐藏密码密钥。
如上讨论的，本文描述的方法和过程可实现于具有外部或内部图像源312的交互式显示器102，这通常是计算设备。可被用作图像源312的计算设备的内部组件在图7中被例示出。
图7示意性地示出了可执行上述方法和过程中的一个或多个的计算系统700的非限制性实现。以简化形式示出了计算系统700。计算系统700可采取以下形式：一个或多个个人计算机、服务器计算机、平板计算机、家庭娱乐计算机、网络计算设备、游戏设备、移动计算设备、移动通信设备(例如，智能电话)和/或其他计算设备。
计算系统700包括逻辑子系统702和存储机704。计算系统700可任选地包括显示子系统706、输入子系统708、通信子系统710、和/或在图7中未示出的其他组件。
逻辑子系统702包括被配置成执行指令的一个或多个物理设备。例如，逻辑机可被配置成执行作为以下各项的一部分的指令：一个或多个应用、服务、程序、例程、库、对象、组件、数据结构、或其他逻辑构造。这种指令可被实现以执行任务、实现数据类型、转换一个或多个部件的状态、实现技术效果、或以其他方式得到期望结果。
逻辑机可包括被配置成执行软件指令的一个或多个处理器。作为补充或替换，逻辑机可包括被配置成执行硬件或固件指令的一个或多个硬件或固件逻辑机。逻辑机的处理器可以是单核或多核，且在其上执行的指令可被配置为串行、并行和/或分布式处理。逻辑机的各个组件可任选地分布在两个或更多单独设备上，这些设备可以位于远程和/或被配置成进行协同处理。逻辑机的各方面可由以云计算配置进行配置的可远程访问的联网计算设备来虚拟化和执行。
存储机704包括被配置成保存可由逻辑机执行以实现此处所述的方法和过程的指令的一个或多个物理设备。在实现这些方法和过程时，可以变换存储机704的状态(例如，保存不同的数据)。
存储机704可以包括可移动和/或内置设备。存储机704可包括光学存储器(例如，CD、DVD、HD-DVD、蓝光盘等)、半导体存储器(例如，RAM、EPROM、EEPROM等)和/或磁存储器(例如，硬盘驱动器、软盘驱动器、磁带驱动器、MRAM等)等等。存储机704可包括易失性、非易失性、动态、静态、读/写、只读、随机存取、顺序存取、位置可寻址、文件可寻址和/或内容可寻址设备。
存储机704包括一个或多个物理设备。然而，本文描述的指令的各方面可另选地通过不由物理设备在有限时长内持有的通信介质(例如，电磁信号、光信号等)来传播。
逻辑子系统702和存储机704的各方面可被一起集成到一个或多个硬件逻辑组件中。这些硬件逻辑组件可包括例如现场可编程门阵列(FPGA)、程序和应用专用的集成电路(PASIC/ASIC)、程序和应用专用的标准产品(PSSP/ASSP)、片上系统(SOC)以及复杂可编程逻辑器件(CPLD)。
在被包括时，显示子系统706可用于呈现由存储机704保存的数据的视觉表示。此视觉表示可采用图形用户界面(GUI)的形式。由于本文所描述的方法和过程改变了由存储机保持的数据，并由此变换了存储机的状态，因此同样可以转变显示子系统706的状态以视觉地表示底层数据的改变。显示子系统706可以包括使用实质上任何类型的技术的一个或多个显示设备。可将此类显示设备与逻辑子系统702和/或存储机704组合在共享封装中，或者此类显示设备可以是外围显示设备。
在包括输入子系统708时，输入子系统708包括诸如键盘、鼠标、触摸屏或游戏控制器之类的一个或多个用户输入设备或者与其对接。在一些实现中，输入子系统可以包括所选择的自然用户输入(NUI)部件或与其对接。这种元件部分可以是集成的或外围的，并且输入动作的转导和/或处理可以在板上或板外被处理。NUI部件的示例可包括用于语言和/或语音识别的话筒；用于机器视觉和/或姿势识别的红外、色彩、立体显示和/或深度相机；用于运动检测和/或意图识别的头部跟踪器、眼睛跟踪器、加速计和/或陀螺仪；以及用于评估脑部活动的电场感测部件。
当包括通信子系统710时，通信子系统710可被配置成将计算系统700与一个或多个其他计算设备通信地耦合。通信子系统710可以包括与一个或多个不同通信协议兼容的有线和/或无线通信设备。作为非限制性示例，通信子系统可被配置成用于经由无线电话网络或者有线或无线局域网或广域网来进行通信。在一些实现中，通信子系统可允许计算系统700经由诸如因特网这样的网络将消息发送至其他设备以及/或者从其它设备接收消息。
本文描述的配置和/或方式本质是示例性的，这些具体实现或示例不应被视为限制性的，因为许多变体是可能的。本文描述的具体例程或方法可以表示任何数量的处理策略中的一个或多个。如此，所示和/或所述的各种动作可以以所示和/或所述顺序、以其他顺序、并行地执行，或者被省略。同样，上述过程的次序可以改变。
本公开的主题包括各种过程、系统和配置以及本文公开的其他特征、功能、动作和/或属性、以及它们的任一和全部等价物的所有新颖且非显而易见的组合和子组合。

Claims (20)

1.一种交互式显示设备，包括：
触摸传感器，所述触摸传感器包括具有行电极和列电极的电极矩阵，其中所述交互式显示设备被配置成按帧激励所述电极矩阵的一个或多个电极，所述帧是对输入完成一次电极矩阵扫描所花费的持续时间，所述帧被划分成三个或更多个包括多个时隙的不同的部分，其中所述帧的第三部分专用于从所述交互式显示器和输入设备之间的除了位置信息之外的信息发送，其中所述一个或多个电极形成电容耦合以便在所述帧的第三部分期间经由静电信道电容性地向所述输入设备发送密码密钥；以及
无线电收发机，所述无线电收发机被配置成经由无线电信道进行通信，其中所述交互式显示设备被配置成随后通过所述无线电信道交换经加密的通信，所述经加密的通信使用所述密码密钥被加密。
2.如权利要求1所述的交互式显示设备，其特征在于，所述密码密钥是对称密钥。
3.如权利要求2所述的交互式显示设备，其特征在于，每次发生触发事件时所述对称密钥的新版本就被随机地生成。
4.如权利要求1所述的交互式显示设备，其特征在于，
其中所述电极矩阵的所述一个或多个电极与所述输入设备的电极尖端电容耦合；以及
其中所述电极尖端与所述电极矩阵的所述一个或多个电极之间的电容耦合被用于确定所述电极尖端相对于所述电极矩阵的位置。
5.如权利要求4所述的交互式显示设备，其特征在于，通过激励所述电极矩阵的所述一个或多个电极的子集来发送所述密码密钥，所述子集是基于所述电极尖端相对于所述电极矩阵的位置来选择的。
6.如权利要求4所述的交互式显示设备，其特征在于，所述密码密钥在帧的指定时隙期间被发送，在所述指定时隙期间位置信息经由所述电极尖端与所述电极矩阵之间的电容耦合被发送。
7.如权利要求1所述的交互式显示设备，其特征在于，所述密码密钥是非对称密钥。
8.一种被配置成与交互式显示设备进行交互的输入设备，所述输入设备包括：
电极尖端，所述电极尖端被配置成被激励以形成与交互式显示设备的触摸传感器的电极矩阵的行电极和列电极的电容耦合，其中所述交互式显示设备被配置成按帧激励所述电极矩阵的一个或多个电极，所述帧是对输入完成一次电极矩阵扫描所花费的持续时间，所述帧被划分成三个或更多个包括多个时隙的不同的部分，其中所述帧的第三部分专用于从所述交互式显示器和输入设备之间的除了位置信息之外的信息发送，以便所述一个或多个电极在所述帧的第三部分期间经由静电信道电容性地向所述输入设备发送密码密钥；以及
无线电收发机，所述无线电收发机被配置成经由无线电信道进行通信，其中所述输入设备被配置成随后通过所述无线电信道交换经加密的通信，所述加密的通信使用所述密码密钥被加密。
9.如权利要求8所述的输入设备，其特征在于，所述密码密钥是对称密钥。
10.如权利要求9所述的输入设备，其特征在于，每次发生触发事件时所述对称密钥的新版本就被随机地生成。
11.如权利要求8所述的输入设备，其特征在于，所述经加密的通信包括用于所述输入设备的升级版本的固件。
12.如权利要求8所述的输入设备，其特征在于，
其中所述电极尖端与被包括在交互式显示器的触摸传感器中的电极矩阵的一个或多个电极电容耦合；以及
其中所述电极尖端与所述电极矩阵的所述一个或多个电极之间的电容耦合被用于确定所述电极尖端相对于所述电极矩阵的位置。
13.如权利要求12所述的输入设备，其特征在于，所述交互式显示器被配置在所述输入设备正在向所述交互式显示器发送所述密码密钥时随机地激励所述电极矩阵的一个或多个电极。
14.如权利要求13所述的输入设备，其特征在于，所述交互式显示器被配置成感测来自所述触摸传感器的电容性信号，并且通过从所述电容性信号中减去由所述电极矩阵的所述一个或多个电极的随机激励生成的噪声来从所述电容性信号中提取所述密码密钥。
15.如权利要求11所述的输入设备，其特征在于，所述密码密钥在帧的指定时隙期间被发送，在所述指定时隙期间位置信息经由所述电极尖端与所述电极矩阵之间的电容耦合被发送。
16.如权利要求11所述的输入设备，其特征在于，所述电极尖端与平板计算设备的显示器的一个或多个电极电容耦合；以及
其中所述电极尖端与所述显示器的所述一个或多个电极之间的电容耦合被用于确定所述电极尖端相对于所述显示器的所述一个或多个电极的位置。
17.一种用于在第一通信设备与第二通信设备之间传送信息的方法，所述方法包括：
由所述第二通信设备按帧激励电极矩阵的一个或多个电极，所述帧是对输入完成一次电极矩阵扫描所花费的持续时间，所述帧被划分成三个或更多个包括多个时隙的不同的部分，其中所述帧的第三部分专用于从所述第二通信设备和所述第一通信设备之间的除了位置信息之外的信息发送；
经由所述第一通信设备的一个或多个电极与所述第二通信设备的所述电极矩阵的一个或多个电极的电容耦合，其中在所述帧的第三部分期间将对称密码密钥从所述第一通信设备发送到所述第二通信设备；以及
随后通过在所述第一通信设备的第一无线电收发机与所述第二通信设备的第二无线电收发机之间形成的无线电信道来与所述第二通信设备交换经加密的通信，所述经加密的通信使用所述对称密码密钥被加密。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，
其中所述第一通信设备是输入设备；
其中所述输入设备的所述一个或多个电极包括电极尖端；
其中所述第二通信设备是交互式显示器；
其中所述交互式显示器的所述一个或多个电极是所述交互式显示器的触摸传感器的一部分，并且所述电极矩阵包括行电极和列电极；以及
其中所述电极尖端与所述电极矩阵之间的电容耦合被用于确定所述电极尖端相对于所述电极矩阵的位置。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述交互式显示器被配置在所述输入设备正在向所述交互式显示器发送所述对称密码密钥时随机地激励所述电极矩阵的一个或多个电极。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，所述交互式显示器被配置成感测来自所述触摸传感器的电容性信号，并且通过从所述电容性信号中减去由所述电极矩阵的所述一个或多个电极的随机激励生成的噪声来从所述电容性信号中提取所述密码密钥。
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