CN110239484A

CN110239484A - 车辆锁远程安全控制系统和方法

Info

Publication number: CN110239484A
Application number: CN201910576152.9A
Authority: CN
Inventors: 崔可; 底明辉
Original assignee: Jiangsu Hengbao Intelligent System Technology Co Ltd
Current assignee: Jiangsu Hengbao Intelligent System Technology Co Ltd
Priority date: 2019-06-28
Filing date: 2019-06-28
Publication date: 2019-09-17
Anticipated expiration: 2039-06-28
Also published as: CN110239484B

Abstract

本发明涉及一种车辆锁远程安全控制系统，该系统包括用户终端、通信单元、车锁控制器和智能卡芯片。智能卡芯片通过7816接口和通信单元连接，通过CAN总线接入汽车CAN总线网络，并具备入网认证功能，智能卡芯片通过通信单元与用户终端进行数据交互。还提供一种车辆锁远程安全控制方法,智能卡通过校验码认证用户设备以及认证后进行密钥协商，利用协商出来的密钥进行密文传输和消息完整性校验，达到安全开锁的目的。并且使用扩展CAN接口的智能卡芯片与通信单元配合，接入汽车CAN总线网络，实现无钥匙进出系统。

Description

车辆锁远程安全控制系统和方法

技术领域

本发明涉及车联网远程控制领域，特别涉及一种车辆锁远程安全控制系统和方法。

背景技术

现有的汽车车门的开或关等操作一般采用的是车钥匙或/和无线遥控器。不足之处在于安全等级不高，如果车钥匙丢失或者被偷后，被其它人拿到，就可以容易地打开汽车车门。

而且车载设备和车钥匙通过无线射频信号进行通讯，车载设备始终在搜寻车钥匙是否处于有效的信号范围内，如车载设备检测到车钥匙位于有效的信号范围内的时候，则发出开门信号，如车载设备在一定的时间内无法检测到车钥匙位于有效的信号范围内，则发出锁门的信号。但是，这样车载设备是始终处于开启状态，不仅浪费电能，同时也带来了极大的安全隐患，不法分子有可能趁车主不注意，将车门打开实施盗抢。另外，当车载设备处于开启搜寻状态的情况下，给不法分子破解密钥提供了足够的时间和机会。

目前智能手机已经非常普及，手机作为一个人日常生活和出行必须携带的工具，手机号码以及手机内蓝牙模块设备识别码在每个手机中又完全不同，所以手机可以作为一个人身份识别的工具用于车门的开启是完全有可能的。

发明内容

本发明提供一种车辆锁远程安全控制系统，

该系统包括用户终端、通信单元、车锁控制器和智能卡芯片；

车锁控制器，用于接收智能卡芯片的控制信息，并根据上述信息打开或锁住车门；

通信单元，通过7816接口与智能卡芯片连接，具备无线通信网络接入功能，把无线通信网络接收到的数据发送给智能卡芯片，并且把智能卡的数据发到无线网络；

用户终端，用于接收用户输入的操作命令，跟智能卡通过无线网络和通信单元完成相互认证、密钥协商，并通过协商密钥把用户输入的操作命令以密文方式下发到智能卡芯片；

智能卡芯片，具备入网认证功能，通过通信单元与用户终端进行数据交互，通过CAN总线接入汽车CAN总线网络，把操作命令发送到CAN总线网络；

其中，智能卡芯片通过7816接口与通信单元连接，并且在保留7816接口的前提下，C4引脚扩展成CAN接口的CAN-H引脚，C8引脚扩展成CAN接口的CAN-L引脚。

进一步地，智能卡芯片通过通信单元与用户终端进行数据交互，具体包括在数据交互之前还需要进行：

智能卡芯片和用户终端之间的相互认证；协商出通信保护过程密钥；

智能卡芯片和用户终端进行密文数据通信；

智能卡芯片处理用户终端发送的各类命令。

进一步地，所述智能卡芯片通过CAN接口连接CAN总线，并通过CAN总线给车锁控制器发送命令打开或关闭车门。

进一步地，所述智能卡芯片通过CAN接口发送用户控制命令到车载CAN网络。

进一步地，智能卡芯片内部结构包括CPU内核、Memory、DMA、Secure、Coprocessers、Power、Timer、7816接口、CAN接口。

本发明还提供一种车辆锁远程安全控制方法，该方法具体包括：

(1)接收到用户开锁操作后，用户终端生成随机数RAND1，并使用预先设置的主密钥一对RAND1和用户终端的IMEI进行加密，生成校验码1；

(2)智能卡芯片使用主密钥二对RAND1和IMEI进行加密，生成校验码2，将校验码1和校验码2进行比较，并根据比较结果进行认证；

(3)智能卡芯片生成随机数RAND2，并使用主密钥二对RAND2和ICCID进行加密，生成校验码3；

(4)用户终端使用主密钥一对RAND2和ICCID进行加密，生成校验码4，将校验码3和校验码4进行比较，并根据比较结果进行认证；认证通过后，用户终端使用主密钥一对RAND1和RAND2进行加密，生成临时密钥；并给智能卡发送认证成功消息；

(5)智能卡芯片接收到认证成功信息后，使用主密钥二对从RAM中获取的RAND1和RAND2进行加密，生成临时密钥；

(6)用户终端使用临时密钥对开门命令进行加密，生成密文开门命令；

(7)智能卡芯片使用临时密钥解密密文开门命令，得到开门命令并通过CAN接口发送到汽车CAN网络上；

(8)车锁控制器接收到开门命令后，执行命令并生成执行结果，并将结果返回到智能卡芯片。

本发明有益的技术效果在于：使用扩展CAN接口的智能卡芯片，可以和通信模组联合，接入汽车CAN总线网络，实现无钥匙进出系统。而且利用本申请提供的包括改进智能卡芯片的系统和方法，可以提高车辆远程开锁的安全性，防止信息外泄。

附图说明

在此描述的附图只是为了所选实施例的示意的目的而非全部可能的实施，并且不旨在限制本公开的范围。在附图中：

图1是车辆锁远程安全控制系统示意图；

图2是智能卡芯片引脚的示意图；

图3是智能卡芯片内部结构示意图；

图4是车辆锁远程安全控制方法流程图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1所示，本发明提供一种车辆锁远程安全控制系统，该系统包括用户终端、通信单元、车锁控制器和智能卡芯片。

其中，车锁控制器，用于接收智能卡芯片的控制信息，并根据上述信息打开或锁住车门。

通信单元，通过7816接口与智能卡芯片连接，具备无线通信网络接入功能，把无线通信网络接收到的数据发送给智能卡芯片，并且把智能卡的数据发到无线网络，并实现与用户终端的数据交互。

用户终端，用于接收用户输入的操作命令，跟智能卡通过无线网络和通信单元完成相互认证、密钥协商，并通过协商密钥把用户输入的操作命令以密文方式下发到智能卡芯片。

智能卡芯片，具备入网认证功能，通过通信单元与用户终端进行数据交互，通过CAN总线接入汽车CAN总线网络，把操作命令发送到CAN总线网络。

智能卡芯片通过通信单元与用户终端进行数据交互，具体包括：

智能卡芯片和用户终端之间的相互认证；

智能卡芯片和手机终端进行密钥协商，协商出通信保护密钥；

智能卡芯片和用户终端进行密文数据通信；

智能卡芯片处理用户终端发送的各类命令。

另外，智能卡芯片通过CAN接口连接CAN总线，并通过CAN总线给车锁控制器发送命令打开或关闭车门；

智能卡芯片也可以通过CAN接口发送用户控制命令到车载CAN网络(启动引擎、打开空调等等)。

作为核心部件的智能卡芯片，在保留7816接口的前提下，扩展CAN接口后的智能卡引脚如图2所示，C1-C3、C5-C7引脚对应现有技术中常规引脚，C4引脚扩展成CAN接口的CAN-H引脚，C8引脚扩展成CAN接口的CAN-L引脚。

本申请改进后的智能卡芯片内部结构如图3所示：

包括CPU内核、Memory、DMA、Secure、Coprocessers、Power、Timer、7816接口、CAN接口。

其中，CPU内核用于接收和发送命令，并对交互数据进行译码，同时，还可以进行密钥和加密数据的逻辑计算；CPU内核还可以仲裁地址数据总线，并根据命令协调各个外设模块正常运行工作。

Memory，包括RAM和EEPROM，其中RAM进行数据暂存，EEPROM用于存储交互数据和程序代码。

DMA(Direct Memory Access)模块，用于接管地址数据总线，让其他外设模块可以和RAM间直接交换数据，大大提高了数据交换速度。

DMA模块可以让7816接口、CAN接口直接和RAM进行数据交换，而不需要CPU介入，大大提升了智能卡和外部进行数据交换的速度。

Secure(安全模块)，用于监控整个芯片的运行环境，如果出现环境异常，如温度异常、频率异常、供电异常等，则立刻复位整个芯片，避免敏感数据外泄。

Coprocessor(协处理器处理模块)，用于执行多种安全算法，大大提高了运算速度和防攻击性能。

Power(电源管理模块)，具有稳压功能，为各个模块提供了稳定的电压，且具备隔离功能，避免了外部电源扰动而干扰芯片的安全运行。

Timer(定时器模块)，用于设置具体执行时间。

7816接口，具备CLK和IO引脚，用于和外部设备按照7816协议进行数据交换，并且，在DMA模块的协助下，可以和RAM直接进行数据交换。

CAN接口，具备CAN-H和CAN-L引脚，可以和外部设备按照CAN协议进行数据交换，并且，在DMA模块的协助下，可以和RAM直接进行数据交换。

当用户远程控制车锁时，各个单元具体工作过程如下：

用户终端接收到用户开锁操作后，生成随机数RAND1，用户终端使用预先设置的主密钥一对RAND1和用户终端的IMEI进行加密，生成校验码1。随后，用户终端通过无线通信网络将上述若干RAND1、IMEI和校验码1发送到通信单元。

通信单元通过智能卡芯片中的C2引脚、7816接口中的C3和C7引脚连接智能卡芯片。通信单元接收到用户终端发送的若干RAND1、IMEI和校验码1后，将上述数据发送到智能卡芯片中。

智能卡芯片通过7816接口接收到若干RAND1、IMEI和校验码1后，在智能卡芯片中的DMA模块的控制下，将上述数据发送到RAM进行暂存，同时，CPU内核从RAM中读取RAND1、IMEI和校验码1，并从EEPROM中读取主密钥二和ICCID，CPU内核使用主密钥二对RAND1和IMEI进行加密，生成校验码2。随后，CPU内核将校验码1和校验码2进行比较，如果两者不相同，则说明主密钥一与主密钥二不对应，智能卡芯片通过通信单元向用户终端返回认证失败信息；如果两者相同，则说明主密钥一与主密钥二对应，认证成功，同时，CPU内核生成随机数RAND2，并使用主密钥二对RAND2和ICCID进行加密，生成校验码3，随后CPU内核将RAND2、ICCID和校验码3发送到RAM进行暂存。DMA模块控制7816接口将RAM中的RAND2、ICCID和校验码3发送到通信单元，通信单元通过无线通信网络发送到用户终端。

用户终端接收到RAND2、ICCID和校验码3后，使用主密钥一对RAND2和ICCID进行加密，生成校验码4。随后，用户终端将校验码3和校验码4进行比较，如果两者不相同，则说明主密钥一与主密钥二不对应，用户终端通过通信单元向智能卡芯片返回认证失败信息；如果两者相同，则说明主密钥一与主密钥二对应，同时，用户终端使用主密钥一对RAND1和RAND2进行加密，生成临时密钥，并向智能卡芯片返回认证成功信息。

智能卡芯片中的7816接口接收到认证成功信息后，CPU内核使用主密钥二对从RAM中获取的RAND1和RAND2进行加密，生成临时密钥，并发送到RAM进行暂存。

用户终端使用临时密钥对开门命令进行加密，生成密文开门命令，并发送到智能卡芯片中。智能卡芯片中CPU内核使用临时密钥解密密文开门命令，得到开门命令，并发送到RAM暂存。智能卡芯片中的DMA模块控制CAN接口从RAM中获取开门命令，并通过C4和C8引脚连接CAN总线，并通过CAN总线将开门命令发送到车锁控制器中。

车锁控制器接收到开门命令后，执行命令并生成执行结果，并将结果通过CAN总线返回到智能卡芯片的CAN接口。

智能卡芯片的CPU内核使用临时密钥对执行结果进行加密，生成密文执行结果，并通过通信单元发送到用户终端。

用户终端接收到密文执行结果后，使用临时密钥解密得到执行结果并显示。随后，用户终端向智能卡芯片返回会话结束信息并清除临时密钥。

智能卡芯片接收到会话结束信息后，清除临时密钥。

本发明中的智能卡芯片具备极强的安全性及可靠性，可以有效抵御网络侧的攻击，用户通过用户终端给智能卡芯片发送命令，智能卡芯片对用户身份进行安全认证，然后在CAN总线上通知打开车门。

用户打开车门后，用户终端可以根据用户操作直接向智能卡芯片发送各种命令，如打开引擎、打开空调、打开音响等。智能卡芯片的7816接口接收上述命令后，通过CAN接口发送到对应的控制设备中。其中，在CAN接口发送命令的同时，7816接口可以接收下一个命令，两者同步进行，提高了工作效率。

扩展了CAN总线的智能卡芯片可以用在车载设备及工业控制领域，智能卡配合通信单元为这些领域提供了网络接入能力，而CAN总线可以和车联网及工业控制网无缝对接，为这些网络提供安全认证及安全解决方案。

本发明还提供一种车辆锁远程安全控制方法，如图4所示，该方法具体包括：

接收到用户开锁操作后，生成随机数RAND1，并使用预先设置的主密钥一对RAND1和用户终端的IMEI进行加密，生成校验码1。随后，将上述若干RAND1、IMEI和校验码1发送到通信单元。

接收到若干RAND1、IMEI和校验码1后，将上述数据进行暂存，同时，读取RAND1、IMEI和校验码1，并读取主密钥二和ICCID，随后，使用主密钥二对RAND1和IMEI进行加密，生成校验码2。将校验码1和校验码2进行比较，如果两者不相同，则说明主密钥一与主密钥二不对应，向用户终端返回认证失败信息；如果两者相同，则说明主密钥一与主密钥二对应，认证成功，同时，生成随机数RAND2，并使用主密钥二对RAND2和ICCID进行加密，生成校验码3，随后将RAND2、ICCID和校验码3进行暂存。之后，将RAND2、ICCID和校验码3发送到用户终端。

接收到RAND2、ICCID和校验码3后，使用主密钥一对RAND2和ICCID进行加密，生成校验码4。随后，将校验码3和校验码4进行比较，如果两者不相同，则说明主密钥一与主密钥二不对应，向智能卡芯片返回认证失败信息；如果两者相同，则说明主密钥一与主密钥二对应，同时，使用主密钥一对RAND1和RAND2进行加密，生成临时密钥，并向智能卡芯片返回认证成功信息。

接收到认证成功信息后，使用主密钥二对从RAM中获取的RAND1和RAND2进行加密，生成临时密钥，并进行暂存。

使用临时密钥对开门命令进行加密，生成密文开门命令，并发送到智能卡芯片中。

使用临时密钥解密密文开门命令，得到开门命令，并进行暂存。随后，获取开门命令，并将开门命令发送到车锁控制器中。

接收到开门命令后，执行命令并生成执行结果，并将结果返回到智能卡芯片。

使用临时密钥对执行结果进行加密，生成密文执行结果，并发送到用户终端。

接收到密文执行结果后，使用临时密钥解密得到执行结果并显示。随后，向智能卡芯片返回会话结束信息并清除临时密钥。

接收到会话结束信息后，清除临时密钥。

用户打开车门后，可以根据用户操作直接向智能卡芯片发送各种命令，如打开引擎、打开空调、打开音响等。接收上述命令后，通过CAN接口发送到对应的控制设备中。其中，在CAN接口发送对应的控制命令的同时，7816接口可以接收下一个命令，保证接收命令和发送对应的控制命令这两个步骤同步进行，提高了工作效率。

本发明通过改进的智能卡芯片，使得上述系统和对应的方法具体如下特点：

具备DMA模块，允许外设和RAM之间进行高速数据交换，同时具备7816和CAN接口，两个接口可以并行运行，互不干扰，可以和两个或多个外设进行数据交换。

扩展了CAN总线的智能卡芯片可以用在车载设备及工业控制领域，智能卡配合通信模组为这些领域提供了网络接入能力，而CAN总线可以和车联网及工业控制网无缝对接，为这些网络提供安全认证及安全决策。

例如使用扩展CAN接口的智能卡芯片，可以和通信模组联合，接入汽车CAN总线网络，实现无钥匙进出系统。

以上参照附图描述了本公开的优选实施例，但是本公开当然不限于以上示例。本领域技术人员可在所附权利要求的范围内得到各种变更和修改，并且应理解这些变更和修改自然将落入本公开的技术范围内。

以上虽然结合附图详细描述了本公开的实施例，但是应当明白，上面所描述的实施方式只是用于说明本公开，而并不构成对本公开的限制。对于本领域的技术人员来说，可以对上述实施方式作出各种修改和变更而没有背离本公开的实质和范围。因此，本公开的范围仅由所附的权利要求及其等效含义来限定。

Claims

1.一种车辆锁远程安全控制系统，该系统包括用户终端、通信单元、车锁控制器和智能卡芯片；

2.根据权利要求1所述的车辆锁远程安全控制系统，其特征在于，智能卡芯片通过通信单元与用户终端进行数据交互，具体包括在数据交互之前还需要进行：

智能卡芯片和用户终端进行密文数据通信；

智能卡芯片处理用户终端发送的各类命令。

3.根据权利要求2所述的车辆锁远程安全控制系统，其特征在于，所述智能卡芯片通过CAN接口连接CAN总线，并通过CAN总线给车锁控制器发送命令打开或关闭车门。

4.根据权利要求2所述的车辆锁远程安全控制系统，其特征在于，所述智能卡芯片通过CAN接口发送用户控制命令到车载CAN网络。

5.根据权利要求1所述的车辆锁远程安全控制系统，其特征在于，智能卡芯片内部结构包括CPU内核、Memory、DMA、Secure、Coprocessers、Power、Timer、7816接口、CAN接口。

6.一种车辆锁远程安全控制方法，该方法具体包括：

7.根据权利要求6所述的车辆锁远程安全控制方法，其特征在于，步骤(8)之后还包括：

(9)使用临时密钥对执行结果进行加密，生成密文执行结果，并发送到用户终端；

(10)接收到密文执行结果后，使用临时密钥解密得到执行结果并显示，随后，向智能卡芯片返回会话结束信息并清除临时密钥；

(11)接收到会话结束信息后，智能卡芯片清除临时密钥。

8.根据权利要求6所述的车辆锁远程安全控制方法，其特征在于，在CAN接口发送对应的控制命令的同时，7816接口接收下一个命令。