CN109166218B - 一种基于时间加密的汽车钥匙通讯方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于时间加密的汽车钥匙通讯方法，属于汽车电子技术领域。包括：在钥匙端安装定时芯片，将钥匙端作为发送端，车载端作为接收端，执行如下步骤：步骤1，按下钥匙按钮时，发送经调制后加密的序列号、发送时钟、特征码及功能码；步骤2，接收端在收到发射信号后，进行解密处理；然后接收端判断发送时钟与接收端的本地时钟的差值是否小于设置的容忍误差；步骤3，接收端进一步将解密得到的序列号与特征码与本地存储的序列号与特征码进行相应比对判断。本发明采用时间代替同步码进行加密，提高破解难度的同时能阻止外部信号的重放攻击，提高汽车防盗性能，同时，采用不断更新车载端的容忍误差，解决时钟信号产生差异的问题。

Description

一种基于时间加密的汽车钥匙通讯方法

技术领域

本发明涉及一种基于时间加密的汽车钥匙通讯方法，属于汽车电子技术领域。

背景技术

目前市场上的汽车大多配备有无线射频遥控钥匙，可用来控制汽车上锁、解锁、开门等。汽车遥控钥匙的控制方式主要有以下两种：固定码和滚动码。

固定码，顾名思义，在选择了相同的遥控指令时，钥匙所发送的密码编码是固定的，不仅极易被破解，而且一旦被不法分子截获，再对汽车进行重放攻击，那么汽车的安全性无法得到保障。重放攻击的基本原理就是把以前窃听到的数据原封不动地重新发送给接收方。很多时候，网络上传输的数据是加密过的，此时窃听者无法得到数据的准确意义。但如果他知道这些数据的作用，就可以在不知道数据内容的情况下通过再次发送这些数据达到愚弄接收端的目的。例如，有的系统会将鉴别信息进行简单加密后进行传输，这时攻击者虽然无法窃听密码，但他们却可以首先截取加密后的口令然后将其重放，从而利用这种方式进行有效的攻击。

滚动码相比于固定码的区别就在于，滚动码在选择了相同的遥控指令之后，钥匙所发送的密码编码是不相同的。滚动码从原理上讲都是运用伪随机算法，使得同一个按键每次发出的滚动码看上去有显著的差异和没有明显的联系，并且相同的滚动码只能一次有效，第二次就无效了。下面说明滚动码的一般编码加密方式：滚动码是由序列号、同步码、特征码、功能码经过某种加密算法加密形成的。所述序列号为发射端ID，有唯一性；所述同步码对应当前的滚动码，相当于滚动码的序号；所述特征码是为了在接收端解密后以验证解密的正确性；所述功能码为对应按键按下产生的用于指示汽车动作的码。当发送端检测到按键，产生功能码，经过密钥运用加密算法加密形成与所述同步码相应的滚动码，并且同步码自动加一并存储在发送端内部存储器中，接收端收到滚动码的信息，也更新接收端的同步码值，保证同步码的一致，得以顺利解码。

滚动码在一定程度上提高了防盗性能，但即便是被普遍认为安全的高级加密标准AES加密方式，也存在一定的被盗风险。由于同步码信息已经储存在滚动码中，一旦当前的滚动码被截获，然后在之后对接收端进行重放攻击，那么接收端还是能够执行功能码。

发明内容

本发明针对于固定码，滚动码均存在被截的风险，一旦被截获对接收终端进行重放攻击，汽车存在被盗风险，为了提高汽车防盗性能，提出了一种基于时间加密的汽车钥匙通讯方法。

本发明提供的基于时间加密的汽车钥匙通讯方法，在钥匙端安装定时芯片，将钥匙端作为发送端，车载端作为接收端，执行如下步骤：

步骤1，按下钥匙按钮时，将定时芯片当前的时钟作为发送时钟，利用加密算法将序列号、发送时钟、特征码及功能码进行加密处理，形成发射信号经调制后发送出去；

步骤2，接收端在收到发射信号后，利用相应的解密算法进行解密处理，得到序列号、发送时钟、特征码及功能码；然后接收端判断得到的发送时钟与接收端的本地时钟的差值是否小于设置的容忍误差，如果是，则该发射信号有效，执行步骤3，否则，该发射信号无效，不执行功能码，并将统计的时间校核故障数加1，当时间校验故障数超过设定阈值时，接收端执行故障指令。

步骤3，接收端进一步将解密得到的序列号与特征码与本地存储的序列号与特征码进行相应比对，若至少有一项不一致，则该发射信号无效，不执行功能码；若两项全部一致，则执行功能码。

所述的步骤2中，接收端根据如下方式来设置容忍误差τ：设本次通讯中，车载端接收到发射信号的本地时钟为T_i+1，钥匙端记录的发送时钟为T′_i+1，车载端和钥匙端在上次通讯成功时车载端的本地时钟为T_i，i取值为正整数；则用于本次通讯的容忍误差τ为：

τ＝k(T_i+1-T_i)+ΔT_er0；

其中，k为车载端修正误差系数，初始值为0；ΔT_er0为车载端存储的初始容忍误差；

在出厂状态下，车载端存储ΔT_er0和出厂时钟T₁、k，钥匙端储存出厂时钟T₁；

所述的k根据下式得到：

进一步的，本发明方法还包括步骤4，在钥匙端还安装有时钟信息接收器，用于钥匙端与车载端的时钟误差进行修正，更新基准时间。当汽车钥匙插入汽车启动或成功执行功能码时，车载端将当前的本地时钟发送给钥匙端，钥匙端的时钟信息接收器接收车载端的本地时钟，并用来更正钥匙内的时钟。

本发明与现有技术相比，具有以下明显优势：

(1)本发明方法采用时间代替同步码进行加密，提高破解难度的同时能有效阻止外部信号的重放攻击，提高汽车防盗性能；

(2)本发明方法采用不断更新车载端的容忍误差，来解决随时间推移时钟信号产生差异的问题。

附图说明

图1是本发明基于时间加密的汽车钥匙通讯方法的流程图。

具体实施方式

为了便于本领域普通技术人员理解和实施本发明，下面结合附图对本发明作进一步的详细描述。

本发明提供的一种基于时间加密的汽车钥匙通讯方法，主要是：发送端，即钥匙端，将需要发送的控制信息与钥匙自身的时钟信息进行融合加密处理；接收端，即车载接收端，将接收到的加密信息进行解密处理，用解密出来的时钟信息与车载接收端的当前时钟信息进行对比，误差若在容忍范围内，则执行发送端的控制信息，否则控制信息无效。本发明用时钟信号代替同步码来进行加密处理，保障发射端信号的即时有效。

如图1所示，为本发明基于时间加密的汽车钥匙通讯方法流程。下面详细说明本发明的实现步骤。

步骤1，本发明在汽车遥控钥匙上安装有定时芯片，使用钥匙向整车发送命令时，记录当前按下钥匙按钮的时钟信息作为发送时钟，代替同步码，采用设置的加密算法将序列号、发送时钟、特征码以及功能码进行加密处理，产生发射信号，经调制后发送。

步骤2，接收端收到发射信号后，首先采用与加密算法相对应的解密算法对发射信号进行解密，得到序列号、发送时钟、特征码以及功能码。随后将得到的发送时钟与本地时钟进行比较，若二者的差值小于车载端存储的容忍误差，则确定该发射信号有效，执行步骤3，否则，认为该发射信号无效，不执行功能码，并将统计的时间校验故障数加1，当时间校验故障数超过设置的阈值时，接收端执行故障指令，发出警告。

步骤3，接收端继续将接收的序列号与特征码与本地储存的序列号以及特征码进行对比，若对应两项均一致，则执行功能码，否则，当至少有一项不一致时，说明发射信号无效，不执行功能码。

步骤4，修正钥匙端与车载端的时钟误差。由于钥匙端的发送时钟与车载控制器内的本地时钟可能存在误差，而且随着时间的推移该误差可能会逐渐扩大，因此本发明提供如下两种方法对钥匙端与车载端的时钟误差进行修正以保证通讯的正常实现。

第一种方法是：在钥匙中内置时钟信息接收器，接收车载端发送的时钟信息，当汽车钥匙插入汽车启动或成功执行功能码等条件时，车载端将当前车载本地时钟发送给钥匙端，钥匙端记录当前的本地时钟，并以此来修正钥匙内的时钟信息。

第二种方法是：根据正常通讯的时间跨度来修正时钟误差，此处的正常通讯指接收端收到发送端信号，能正常匹配序列号、特征码和时钟信息，并执行功能码。第二种修正方法的原理是根据前次成功通讯与本次通讯之间的时间间隔以及车载接收端存储的初始容忍误差线性推算出下次接收时的容忍误差。每一次接收到发射信息后都进行容忍误差的更新。

具体第二种修正时钟误差的方法如下：

设在出厂状态下，在车载端存储初始容忍误差为ΔT_er0、出厂车载时钟信息为T₁以及车载接收端修正误差系数为k，钥匙端中储存出厂时钟信息为T₁。

k的初始值为0，在每校核成功一次通讯时更新。设本次通讯中，车载端接收到发射信号的时刻为T_i+1，钥匙端记录的发送时钟为T′_i+1，车载端和钥匙端上次通讯成功的时钟信息为T_i，i取值为正整数。计算k更新采用下面公式：

k根据本次车载接收端接收信号和发送端发射信号的时间差比上本次通讯和前次成功通讯的时间差。由于前次发送端和接收端累计的时钟误差在容忍范围内，因此此处直接用前次车载端的接收时间T_i来计算。

车载端在接收到钥匙端的发射信号后，计算容忍误差τ，τ＝k(T_i+1-T_i)+ΔT_er0，所计算得到的容忍误差τ仅用于本次通讯中，当本次通讯成功，下次通讯时将会更新。

当第一次通过钥匙端向车载接收端发送控制指令时，设钥匙端记录发出的发送时间为T₂'，车载接收端接收到钥匙指令信息的时间为T₂；则得到钥匙端的发送时钟与车载端的本地时钟的时间差ΔT＝|T₂-T′₂|。第一次通讯时k为0，本次计算出τ＝k(T₂-T₁)+ΔT_er0＝ΔT_er0，即基于初始容忍误差来进行发射信号的收发时间差判断。则根据步骤2，若|T₂-T′₂|＜τ＝ΔT_er0，则认为本次通信的时间加密校核成功。随后校核序列号与特征码，若校核成功，则认为本次信息交互成功，整车执行功能码。

本发明利用第一种方式进行时钟误差修正时，是将本次成功通讯的时钟信息T₂记录在车载接收端，作为新的时钟信息，并发送给钥匙端，钥匙端的时钟信息接收器接收到时钟信息T₂时，修正钥匙内的时钟信息。

车载端在本次成功通讯时，同步更新k值，即更新

以用于下一次通讯。

若时间校核不成功，则将时间校验故障数N_err上加一，当N_err超过设定值时，执行相应的故障指令。本实施例中N_err设定为10次，超过10次车载接收端会进行警告。

若车载端再次收到钥匙端的发射信号时，设钥匙端记录发出的发送时钟为T′₃，车载端接收到发射信号时的本地时钟为T₃，则二者的时间差ΔT＝|T₃-T′₃|，进一步计算容易误差τ为：

根据τ按照本发明的步骤2进行判断，当ΔT＝|T₃-T′₃|＜τ时认为本次时间校核成功。

依次类推，在每次成功通讯时更新系数k，在每次通讯开始时利用k来得到容忍误差τ，然后进行本发明步骤2，相当于修正时钟误差。

Claims (1)

1.一种基于时间加密的汽车钥匙通讯方法，其特征在于，在钥匙端安装定时芯片，将钥匙端作为发送端，车载端作为接收端，然后执行如下步骤：

步骤1，按下钥匙按钮时，将定时芯片当前的时钟作为发送时钟，利用加密算法将序列号、发送时钟、特征码及功能码进行加密处理，形成发射信号经调制后发送出去；

步骤2，接收端在收到发射信号后，利用相应的解密算法进行解密处理，得到序列号、发送时钟、特征码及功能码；然后接收端判断得到的发送时钟与接收端的本地时钟的差值是否小于设置的容忍误差，如果是，则该发射信号有效，执行步骤3，否则，该发射信号无效，不执行功能码，并将统计的时间校核故障数加1，当时间校验故障数超过设定阈值时，接收端执行故障指令；

所述的接收端根据如下方式来设置容忍误差τ：设本次通讯中，车载端接收到发射信号的本地时钟为T_i+1，钥匙端记录的发送时钟为T′_i+1，车载端和钥匙端在上次通讯成功时车载端的本地时钟为T_i，i取值为正整数；则用于本次通讯的容忍误差τ为：

τ＝k(T_i+1-T_i)+ΔT_er0；

其中，k为车载端修正误差系数，初始值为0；ΔT_er0为车载端存储的初始容忍误差；

在出厂状态下，车载端存储ΔT_er0和出厂时钟T₁、k，钥匙端储存出厂时钟T₁；

所述的k根据下式得到，在车载端和钥匙端每成功通讯时更新；

步骤3，接收端进一步将解密得到的序列号与特征码与本地存储的序列号与特征码进行相应比对，若至少有一项不一致，则该发射信号无效，不执行功能码；若两项全部一致，则执行功能码；

步骤4，在钥匙端还安装有时钟信息接收器，当汽车钥匙插入汽车启动或成功执行功能码时，车载端将当前的本地时钟发送给钥匙端，钥匙端的时钟信息接收器接收车载端的本地时钟，并用来更正钥匙内的时钟。

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