实用电子密码锁设计要点

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电子密码锁之研究可上溯到本世纪30年代初。60多年过去了,除特种应用外,尚不能在市场上与弹子锁平分秋色。其原因主要有三:

1)目前尚不能提供比弹子锁更可靠的安全感。电子锁以键盘代替钥匙,钥匙的失落、断残及被盗窃等不安全因素虽除,但任何人都可利用键盘以随机试验法捕捉密码开锁。

2)锁体结构较臃肿复杂,不如弹子锁简单坚固,小巧可靠。使用也较不便。

3)原材料耗用较多,加上电子元器件及组装工艺,故成本较高。

电子锁与弹子锁各有短长。要使电子锁获胜,必须扬长抑短,充分发挥电子技术的优势,使其主要功能大大超过弹子锁。即从以下几个方面着手。

一、提高密码总编码量。P=1/N\(_{T}\),即密码总编码量NT越大,随机开锁成功概率P越小,锁的安全保密性就越好,但N\(_{T}\)越大,电路相应越复杂,密码的记忆与操作也越麻烦。故NT应有合理的上限和下限。

下限N\(_{TL}\)应为使密码落在随机开锁可能成功的操作时区以外的最小编码量。若每一次开锁操作时间为t,为便于作随机试验,将NT分成n段并期望在1/n段的1/2处开锁成功,此时P=1/2n,则随机试验期望成功所需的操作时间为:Tr/N\(_{T}\)·t/2n。设电子锁因无人监管使他人可任意作随机开锁试验的时间为TEN,则:N\(_{TL}\)=(2nTEN/t)x,其中x为最低安全系数,即T\(_{EN}\)=(NTL·t/2n)/x。显然若使N\(_{T}\)≥NTL,则Tr>T\(_{EN}\),分段随机试验就不易成功。以一般门锁为例,设TEN=10小时,x=1.2,n=5,t=1秒,则N\(_{TL}\)=432000。如密码为十进制四位,NT=10\(^{4}\)《N\(_{TL}\),Tr≈0.28小时《TEN;如为十进制六位,N\(_{T}\)=106>NTL,Tr≈28小时》T\(_{EN}\)。不容置疑,前者随机试验容易成功,后者不容易成功。况且前者按完从0000~9999全部密码键的时间只有2.8小时,即不到三小时门必开无疑,可称很不安全。NT的上限N\(_{TU}\)原则上越大越安全。民用及一般安全要求用锁,取NTU=(10~10\(^{3}\))N\(_{TL}\)较合理。特殊保密要求的专用锁,可取NTU=(103~10\(^{6}\))N\(_{TL}\)或更高一些。

二、编码制式和主控电路。编码制式应根据N\(_{T}\)大小来选取。由于电路不同可分为三种:

密码各位都可取重码,N\(_{T1}\)=b\(^{i}\);

非相邻位都可取重码,N\(_{T2}\)=b(b-1)\(^{i}\)-1;

任何位都不可取重码,N\(_{T3}\)=b(b-1)…(b-i+1);

式中b为基数,i为位数,应取b与i满足N\(_{T}\)>NTL电子锁电路的编码制式有b=2,3,4,10,12,14,16。以b=10,i=6为例,N\(_{T1}\)=10\(^{6}\)>NTL,N\(_{T2}\)=590490>NTL,N\(_{T3}\)=151200<NTL,N\(_{T2}\)=0.59NT1,N\(_{T3}\)=0.15NT1。可见能不能取重码对N\(_{T}\)影响颇大,必须引起注意。

各制式的基本主控电路为:

1)b=2。要达到N\(_{T}\)>NTL,需要i=19位,故不适宜采用。

2)b=3,4。编码器ED5026、YYH26和解码器YYH28各有A0~A11十二位地址。每一地址可取V\(_{DD}\)、0、悬空三态之一,故各有NT=3\(^{12}\)。如A0作第四态,则N\(_{T}\)=411,当编解码器各地址状态一致即编码相同时,解码器将输出一控制脉冲触发输出级推动执行机构开锁。

3)b=10(包括b=12,14,16)。用键盘各数字键产生的定位脉冲,或者以键入脉冲的个数作为密码的数据,依次触发主控各串连级导通或对输入脉冲计数进位,直至触发输出级执行开锁。近几年出现YYH30、TWH9103及SR301等专用电子锁集成电路,最大N\(_{T}\)=10\(^{12}\),且功能较齐全,外围件少,价格适当,适宜开发。此外有用微电脑芯片作主控电路的。

4)b=16(包括b=12,14)。采用DTMF发生器电路如MK5087、CIC9187,通过0~15位键盘以八中取二方式组成不同的双音频信号,输送给接收电路如YN9101、MT8870,进行译码后输出相应的BCD码,借此触发输出级开锁。

选取电路除满足N\(_{T}\)>NTL外,还应兼顾器件少、功能多、成本低、电路简单、性能可靠。

三、让用户掌握三变主动权。三变即编码之b可变,i可变,密码可变。用户如能自己方便地调整,则随机捕捉密码不知从何制式下手,密码自身安全保密性能无疑将更上一层楼。

四、误码输入的保护。提高N\(_{T}\)降低P,加强密码自身安全保密性能,是发挥优势的主要对策。但P仍不能趋于0。由于编码与捕捉密码的试验都是随机的,成功概率将在1/NT≤P≤1之间随机出现。要使P≈1/N\(_{T}\)→0,还必须借助于误码输入的自动保护。

1)自动清零和延时输入。输入为误码时主控电路清零并定时关闭输入,过此时延电路自动恢复正常。应有二到三次误码清零延时。延时长短可调。既可打乱随机开锁试验的步骤,也使用户因偶然误键而有机会纠正。

2)报警。输入误码时立即(或延时)触发报警电路发出警报声。可就地报警,使监管人与外来者都能及时闻警。也可遥控报警,使监管中心或安全部门能闻警采取行动。

3)自动关闭主控电路。误码输入后主控电路即进入关闭状态,直至监管人通过专用装置发出解除指令,才能使电路恢复正常。

以上三种辅助功能可灵活运用。如设计第一、二次误码为清零延时及弱报警,第三次误码为强报警和自动关闭电路,则随机试验不超过三欢。T\(_{EN}\)=3t,Tr》TEN,P≈1/N\(_{T}\)→0。(傅尔瀚)