UA57096C2 - Пристрій для захищеного від маніпуляцій прийому амплітудно-модульованого сигналу - Google Patents

Abstract

Схемний пристрій для прийому амплітудно-модульованих сигналів, зокрема для застосування в носіях даних системи ідентифікації, який містить демодулятор (Demod), під'єднаний після нього декодер (Decod), вузол керування (SM) для керування процесами прийому, демодуляції і обробки прийнятих даних. Між демодулятором (Demod) і декодером (Decod) ввімкнено керований вузлом керування (SM) перемикач (S), вхід якого з'єднаний з виходом демодулятора (Demod), а перший вихід з'єднаний зі входом декодера (Decod). Перемикач (S) має другий вихід, з'єднаний зі входом скидання пристрою.

Description

Опис винаходу

Винахід стосується пристрою для прийому амплітудно-модульованого сигналу, зокрема, для використання в носії даних системи ідентифікації, який містить прийомну схему, під'єднаний до неї демодулятор, під'єднаний до нього декодер і вузол керування, зокрема, прийомом, демодуляцією і обробкою прийнятих даних.

Такий пристрій відомий із європейського патенту ЕР 0 669 591 А2.

В системах ідентифікації здійснюється обмін даними між стаціонарним або квазі-стаціонарним пристроєм і мобільним чи переносним вузлом, іменованим в подальшому носієм даних, що містить принаймні 70 запам'ятовувач, а часто також передача енергії від стаціонарного пристрою до носія даних, переважно за допомогою індуктивного зв'язку або електромагнітного випромінювання. Прикладами є пристрої контролю доступу з переносними об'єктами ідентифікації, такими як, наприклад, чіп-картки. Але до систем ідентифікації даного роду належать також електронні залізничні стрілки з кодовими замками.

В системах ідентифікації даного роду дані від стаціонарного пристрою до носія даних передаються за допомогою амплітудної модуляції, причому, високочастотний несучий сигнал - можливо, після необхідного ділення та/або підготовки для цифрової обробки сигналів - безпосередньо використовується як тактовий сигнал, тому наявні у модульованому несучому сигналі пробіли появляються також у тактовому сигналі. Крім того, шляхом випрямлення і згладжування переданого сигналу одержується енергія, необхідна для живлення носія даних.

Демодуляція амплітудно-модульованого несучого сигналу здійснюється або безпосередньо із переданого і прийнятого сигналу, або лише із одержаного з нього тактового сигналу. Це можливо, оскільки тактовий сигнал також містить пробіли і, таким чином, теж модульований. Схеми в носіях даних відомих систем ідентифікації виконані таким чином, що допускається короткочасне випадання тактового сигналу.

При цьому прийом даних здійснюється згідно з наперед заданим протоколом, яким керує вузол керування с (Зіаїе таспіпе - блок керування). Переривання тактового сигналу у момент часу, не передбачений правилами Ге) протоколу прийому, веде до припинення прийому. Крім того, із європейського патенту ЕР 0 387 071 А1 відоме формування в ретрансляторі сигналу скидання, одержаного із тактового сигналу, сформованого із амплітудно-модульованого несучого сигналу, який (сигнал скидання) здійснює скидання схеми ретранслятора у вихідний стан, якщо тривалість, паузи між двома інтервалами часу, в яких наявний несучий сигнал, перевищує о певне значення. Ге»)

Після прийому даних, які можуть бути командами або ж даними, що підлягають обробці, вони оброблюються.

Така обробка може охоплювати зчитування і запис даних чи значень у енергонезалежні запам'ятовувачі носія о даних, а також передачу даних до стаціонарного пристрою з можливим кодуванням даних. Під час обробки ї- прийнятих даних носій даних не чекає ніяких подальших даних і, тим самим, розриву у тактовому сигналі, оскільки стаціонарний пристрій не здійснює модуляцію несучого сигналу. о

Звичайно, це веде до ризику, оскільки принципово допускається затримка тактового сигналу. Хакер міг би призупинити чи відфільтрувати тактовий сигнал, дослідити поточний стан схеми і, таким чином, вивідати її структуру і принцип дії з метою розробки можливості моделювання. «

Для боротьби з цією проблемою серед фахівців уже виробилася тенденція замість 100-процентної З 50 амплітудної модуляції використовувати амплітудну модуляцію з меншим індексом модуляції. Одначе, це с означає, що в носії даних має бути реалізована менш жорстка демодуляція, що веде до збільшення витрат з» внаслідок меншого виходу придатних мікросхем та необхідності проведення більш складних вимірювань або до гіршої компактності носія даних.

В основу цього винаходу покладено задачу розробки пристрою із вказаними родовими ознаками, вільного від наведених недоліків. і-й Між демодулятором і декодером носія даних системи ідентифікації розміщений перемикач, за допомогою якої -І вихід демодулятора у стані, коли не надходять дані, - під керівництвом вузла керування - з'єднується зі входом скидання пристрою. ші Коли дані від станції зчитування системи ідентифікації не передаються до носія даних, несучий сигнал,

Те) 20 який, які раніше, має передаватися для забезпечення живлення носія даних, надходить не модульованим, внаслідок чого демодулятор формує постійний сигнал, а тактовий сигнал, також одержаний із несучого сигналу, щи не містить пробілів.

Якщо хакер припинить надходження несучого сигналу, а разом з ним і тактового сигналу, з тим, щоб у цьому проміжку часу дослідити стан схеми носія даних, демодулятор змінить стан свого виходу, що, згідно з 25 винаходом, приведе до скидання схеми носія даних, внаслідок чого дослідження поточного стану схеми стає

ГФ) неможливим.

Одержання тактового сигналу із високочастотного несучого сигналу може бути здійснене шляхом обмеження о і обробки перетворювачем рівнів. В залежності від вибраної логіки, тактовий сигнал у паузі може приймати значення низького або високого рівня. Якщо демодулятор містить першу схему розпізнавання паузи, яка у 60 переважному, бо простішому і тому дешевшому варіанті утворена одновібратором з перезапуском, необхідно розпізнати стан сигналу, що підлягає демодулюванню, під час паузи у несучому сигналі. При цьому, як уже було сказано, сигнал, що підлягає демодулюванню, може бути або тактовим сигналом, одержаним із переданого станцією зчитування і прийнятого носієм даних сигналу, або сигналом, одержаним у демодуляторі із прийнятого сигналу і обробленим перетворювачем рівнів. бо Для забезпечення кращого захисту від втручання хакерів у переважному варіанті стан спокою сигналу,

поданого на першу схему розпізнавання паузи, може бути невизначеним. У цьому разі, згідно з винаходом, паралельно наявній у демодуляторі першій схемі розпізнавання паузи під'єднана ще одна схема розпізнавання паузи з інвертуючим входом, причому, вихід цієї другої схеми розпізнавання паузи з'єднаний зі входом скидання схеми носія даних. Сполучення як другого виходу перемикача, так і виходу другої схеми розпізнавання паузи зі входом скидання пристрою носія даних може бути здійснене, наприклад, за допомогою логічного елемента АБО (ОК). Завдяки цьому вигідному вдосконаленню, забезпечено, що кожне переривання тактового сигналу - незалежно від наявного при цьому рівні сигналу, підведеного до демодулятора - розпізнається і веде до скидання схеми. Еквівалентним чином можна також перед першою схемою розпізнавання паузи у демодуляторі /о Ввімкнути диференційну схему.

Попередній варіант виконання винайденого пристрою дозволяє здійснювати скидання, коли схемний пристрій перебуває в режимі обробки даних, тобто не очікує прийому даних. Під час прийому даних переривання тактового сигналу допускається, оскільки кожен переданий логічний "0" веде до переривання. | цей факт може бути зловмисно використаний хакером.

Для вирішення цієї проблеми у вигідному варіанті вдосконалення винаходу паралельно першій схемі розпізнавання паузи під'єднана третя схема розпізнавання паузи. Вихід цієї третьої схеми розпізнавання паузи також з'єднаний зі входом скидання пристрою, наприклад, також через логічний елемент АБО. Третя схема розпізнавання паузи має порівняно з першою схемою розпізнавання паузи значно більший час затримки, внаслідок чого скидання схеми здійснюється хоча й обов'язково, але при порівняно довших паузах у тактовому сигналі.

Нижче винахід детальніше пояснюється з використанням прикладу здійснення за допомогою ілюстрацій. На них зображено: фіг1 блок-схема винайденого пристрою, фіг2 деталізована схема одновібратора з перезапуском, фіг.З діаграма сигналів.

На фіг.1 зображена виконана у вигляді котушки Зр прийомна антена для системи ідентифікації вказаного сч ов роду. Клеми котушки зр з'єднані з випрямлячем б, на виходах якого формується необхідна для носія даних напруга живлення. Для передачі даних від носія даних до стаціонарного пристрою передбачено модулятор Мода, і) керування яким зображено лише стрілкою, оскільки цей модулятор не має значення для даного винаходу. Крім того, клеми прийомної антени бр з'єднані зі схемою Сі формування тактового сигналу, яка видає на виході тактовий сигнал СІ. Ге зо Для передачі даних від стаціонарного пристрою до носія даних використовується амплітудна модуляція, тому в несучому сигналі присутні пробіли. Тактовий сигнал СІ також містить ці пробіли, тому тактовий сигнал СІ Ме може бути залучений для демодуляції в демодуляторі Оетод. Можлива також подача вихідного сигналу о антенної котушки Зр безпосередньо на демодулятор ЮОетойд. В такому разі - в залежності від типу використовуваного демодулятора - додатково була б необхідна відповідна схема попередньої підготовки - зв сигналу. ю

Вихідний сигнал демодулятора через перемикач 5 подається на декодер ОекКкод. Вихідний сигнал декодера

Бекод подається на подальшу обробку в носії даних, що зображено стрілкою. Подальша обробка даних для розуміння винайденого пристрою значення не має і тому детальніше не описується.

Вузол керування ЗМ здійснює керування роботою перемикача 5, який має другий вихід, зв'язаний зі входом « кидання вузла керування ЗМ. В залежності від стану вузла керування, перемикач З з'єднує вихіддемодулятора Ше) с Оетоа або з декодером Оесод, або - у зображеному прикладі - Через логічний елемент АБО зі входом скидання вузла керування ЗМ. ;» При цьому в першому режимі роботи, при якому приймаються дані від стаціонарного пристрою, декодер

Оесод зв'язаний з демодулятором Юетод. Весь схемний пристрій виконаний таким чином, що допускаються пробіли в тактовому сигналі СІ, які виникають в рамках протоколу прийому. с В другому режимі роботи, в якому у схемному пристрої оброблюються прийняті дані, схемний пристрій чи носій даних не очікує даних від стаціонарного пристрою, тому не відбувається модуляція несучого сигналу і

Ш- ніякі пробіли виникати не можуть. Якщо ж вони все-таки виникають, то з великою вірогідністю можна о передбачити зловживання. Щоб виключити це зловживання, згідно з винаходом у другому режимі роботи за 5р Командою вузла керування ЗМ вихід демодулятора Оетоа з'єднується зі входом скидання вузла керування ЗМ, і, завдяки чому виникнення пробілів у тактовому сигналі СІ веде до скидання всього пристрою.

Ф Демодулятор Юетод містить першу схему РЕ1 розпізнавання пауз, яка може бути виконана у вигляді зображеного на фіг, 2 одновібратора з перезапуском. Така схема здатна розпізнати лише одну паузу певної полярності. Для випадку, коли пробіл у тактовому сигналі СІ не має певної полярності, що може свідчити про ов Втручання хакера, згідно з винаходом передбачена друга схема РЕ2 розпізнавання пауз з інверсним відносно першої схеми РЕ1 розпізнавання пауз входом, вихід якої також через логічний елемент АБО зв'язаний зі входом

Ф) скидання вузла керування ЗМ. ка Оскільки схемний пристрій згідно з фіг.1 в режимі прийому допускає пробіли в тактовому сигналі СІ, хакер міг би спробувати в цьому режимі дослідити схему шляхом подовження пробілів. Для запобігання цьому бо зловживанню у вдосконаленому варіанті винаходу передбачена третя схема РЕЗ розпізнавання пауз, до якої також підведений тактовий сигнал СІ і яка також через логічний елемент АБО діє на вхід скидання вузла керування ЗМ. Одначе, ця третя схема розпізнавання пауз має більший час затримки, ніж схеми РЕ! і РЕ2, оскільки вона з одного боку спрацьовує безумовно, але з іншого боку не повинна здійснювати скидання схеми при наявності пробілів, зумовлених нормальною модуляцією. Типові значення часу затримки при несучій частоті 65 13,56МГЦ, яка відповідає промисловій частоті, для першої і другої схем розпізнавання пауз становлять близько

ЗООнс, а для третьої схеми розпізнавання пауз близько бмкс.

Замість другої схеми РЕ2 розпізнавання пауз з інверсним входом перед першою схемою РЕЇ1 може бути ввімкнена диференційна схема О5, зображена на фіг.1 пунктирною лінією. Таким чином можуть бути виявлені обидві полярності пробілу в тактовому сигналі СІ.

На фіг.2 зображений приклад виконання схеми розпізнавання пауз у формі одновібратора з перезапуском.

Одновібратор складається із трьох з'єднаних послідовно інверторів ІМ7 - ІМЗ, причому, між виводом витоку п-канального транзистора Тг2 другого інвертора ІМ2 і виводом маси ввімкнено резистор К. Крім того, паралельно канапу п-канального транзистора Тг2 другого інвертора ІМ2 і резистору під'єднано конденсатор С.

Робота схеми згідно з фіг.2 пояснюється за допомогою діаграми сигналів згідно з фіг.3. Точки схеми, в 7/0 яких розглядаються сигнали, позначені римськими цифрами 1-ІМ. На вхід І схеми подається, наприклад, тактовий сигнал СІ. При передачі одного або кількох значень низького логічного рівня він містить пробіли або паузи.

Цей сигнал інвертується першим інвертором ІМ1 і подається на вхід другого інвертора ІМ2. Інвертований сигнал зображений під індексом ІІ. Коли сигнал на вході другого інвертора ІМ2 має значення логічного нуля, р-канальний транзистор Тг1 другого інвертора ІМ2 відкритий і конденсатор С заряджається. Коли сигнал на вході 7/5 другого інвертора ІМ2 приймає значення логічної одиниці, р-канальний транзистор Тг1 запирається, а п-канальний транзистор Тг2 відкривається і конденсатор С розряджається через канал п-канального транзистора

Тг2 і резистор К. При цьому конденсатор С і резистор К мають бути розраховані таким чином, щоб напруга на конденсаторі протягом половини періоду тактового сигналу не зменшувалась до значення, меншого від порогу перемикання третього інвертора ІМ3. Лише при наявності паузи в сигналі на вході одновібратора конденсатор розрядиться настільки, що буде досягнуте порогове значення і стан виходу третього інвертора ІМЗ зміниться.

В залежності від використовуваної схеми Сі формування тактового сигналу, тактовий сигнал СІ міг би мати також форму, зображену під індексом ІЇ, тобто паузі відповідає високий логічний рівень. Для виявлення пауз за допомогою схеми згідно з фіг.2 при такій формі тактового сигналу слід лише або під'єднати на вході ще один інвертор, або видалити перший інвертор. с

За допомогою винайденого пристрою і вказаних вдосконалень можна надійно запобігти зловживанням в системах ідентифікації, що використовують амплітудну модуляцію з індексом 100905. і)

Claims (6)

Формула винаходу (Се)

1. Схемний пристрій для прийому амплітудно-модульованих сигналів, зокрема для застосування в носіях (2) даних системи ідентифікації, який містить о демодулятор (ЮОетод), під'єднаний після нього декодер (Оесод), - вузол керування (ЗМ) для керування процесами прийому, демодуляції і обробки прийнятих даних, ю який відрізняється тим, що між демодулятором (ЮОетод) і декодером (Оесод) ввімкнено керований вузлом керування (ЗМ) перемикач (5), вхід якого з'єднаний з виходом демодулятора (Оетод), а перший вихід з'єднаний зі входом декодера (Оесод), а також тим, що перемикач (5) має другий вихід, з'єднаний зі входом скидання пристрою, а також тим, що перемикач (5) виконано з можливістю керування від вузла керування (5М) таким « 70 ЧМНноМ, що В режимі роботи, в якому приймаються дані, вихід демодулятора (Оетоа) через перемикач (5) з с з'єднаний зі входом декодера (Оесод), а в режимі роботи, в якому дані не приймаються, вихід демодулятора (Оетоа) через перемикач (5) з'єднаний зі входом скидання пристрою. :з»

2. Схемний пристрій за п. 1, який відрізняється тим, що демодулятор (Оетоа) містить першу схему (РЕ) розпізнавання пауз.

3. Схемний пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що паралельно першій схемі (РЕТ1) розпізнавання пауз сл під'єднана друга схема (РЕ2) розпізнавання пауз, причому, вихід другої схеми (РЕ2) розпізнавання пауз і другий вихід перемикача (5) об'єднані за допомогою логічного елемента АБО (ОК).

- 4. Схемний пристрій за п. 2, який відрізняється тим, що на вході першої схеми (РЕ) розпізнавання паузи о ввімкнена диференціююча схема (05).

5. Схемний пристрій за одним із пп. 2-4, який відрізняється тим, що паралельно першій схемі (РЕ) іс) розпізнавання пауз під'єднана третя схема (РЕЗ) розпізнавання пауз з більшим порівняно з першою схемою Ф (РЕТ) розпізнавання пауз часом затримки, а також тим, що вихід третьої схеми (РЕЗ) розпізнавання пауз також зв'язаний зі входом скидання пристрою.

6. Схемний пристрій за одним із пп. 2-5, який відрізняється тим, що схеми (РЕ, РЕ2, РЕЗ) розпізнавання вв ПпВауЗ виконані у вигляді одновібратора з перезапуском. Ф) іме) 60 б5