1．2 解密單元

　　跳碼解密單元是加密單元的逆操作。依據(jù)圖3，解密時(shí)，將欲解密的32位二進(jìn)制跳碼Y存入32位SR中，選取32位SR的0、8、19、25、30位和固定32位二進(jìn)制數(shù)據(jù)OX3A5C742E組成非線性函數(shù)NLR的輸入，NLR的輸出、SR的15、31位、以及64位key FSR移位后的15位，這些位數(shù)據(jù)異或（XOR）后產(chǎn)生的1bit數(shù)據(jù)作為32位SR的0位。循環(huán)此操作528輪后，32位SR中的數(shù)據(jù)即為解密后的數(shù)據(jù)X。這里給出用VC6．0對(duì)該解密算法的實(shí)現(xiàn)：

　　1．3 跳碼加解密算法在單片機(jī)中的實(shí)現(xiàn)

　　上述跳碼算法，即加密函數(shù)Encrypt（）和解密函數(shù)Decrypt（），接收的參數(shù)為32位無(wú)符號(hào)整數(shù)和64位無(wú)符號(hào)整數(shù)，返回的是32位無(wú)符號(hào)整數(shù)。單片機(jī)大多是8位機(jī)，其編譯開(kāi)發(fā)環(huán)境所定義的同樣數(shù)據(jù)類型的長(zhǎng)度與PC機(jī)有所不同，如unsigned int在PC上定義為32位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)，而在單片機(jī)上常定義為16位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)。假設(shè)單片機(jī)的unsigned int和unsigned long分別表示16位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)和32位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)，可將上述函數(shù)改為：

　　這里，用兩個(gè)32位無(wú)符號(hào)整數(shù)key_high和key_low分別表示64位無(wú)符號(hào)整數(shù)的高32位和低32位，程序的實(shí)現(xiàn)也要做相應(yīng)的改變。

　　針對(duì)不同編譯器所定義的數(shù)據(jù)類型，可采用相似方法移植跳碼算法程序。

　　2 基于跳碼的無(wú)線鎖方案

　　這里選用Atmel公司的AVR單片機(jī)作為鎖和鑰匙的處理器，無(wú)線收發(fā)模塊采用普通的RF模塊即可。下面給出基于跳碼的無(wú)線鎖方案的硬件框圖：

　　圖4中，鑰匙和鎖進(jìn)行單向通信，即按下鑰匙按鍵1時(shí)，鑰匙向鎖發(fā)送加密后的跳碼數(shù)據(jù)，鎖收到后解密，并判斷執(zhí)行。鑰匙是低功耗模塊，它大部分時(shí)間處于休眠狀態(tài)，每當(dāng)按鍵1按下時(shí)，鑰匙被喚醒，發(fā)送加密后形成的跳碼數(shù)據(jù)。鑰匙要便于攜帶，因此要求體積小，待機(jī)時(shí)間長(zhǎng)，故這里選用Atmel公司的Atiny系列單片機(jī)，并由鈕扣電池供電。鎖對(duì)功耗和尺寸不敏感，故這里選用Atmega8L單片機(jī)，供電方式可以靈活一點(diǎn)。

　　2．1 鑰匙工作原理

　　通過(guò)對(duì)跳碼算法的介紹，可以知道對(duì)于給定的任意32位二進(jìn)制數(shù)，利用跳碼加密算法Encrypt （）加密后得到的跳碼是個(gè)固定的32位二進(jìn)制數(shù)，這樣不能應(yīng)付“拷貝重發(fā)”的入侵手法。所以鑰匙每次加密的數(shù)據(jù)都應(yīng)該是不同的，這可以在鑰匙內(nèi)部維持一個(gè)計(jì)數(shù)器來(lái)實(shí)現(xiàn)，每當(dāng)鑰匙的按鍵被按下一次時(shí)，鑰匙內(nèi)部的計(jì)數(shù)器就自動(dòng)加1，并將新計(jì)數(shù)器值保存在內(nèi)部EEPROM中，作為下次計(jì)數(shù)器增加的起點(diǎn)。同時(shí)，利用加密算法加密新計(jì)數(shù)器值，加密后生成的跳碼作為*命令發(fā)送出去。這里，將該計(jì)數(shù)器定義為32位無(wú)符號(hào)二進(jìn)制數(shù)。鑰匙發(fā)送的信息幀格式為：

　　其中，一個(gè)字節(jié)的前導(dǎo)符是固定的位序列0b01010101，它沒(méi)有加密，主要目的是防止非本產(chǎn)品系列的無(wú)關(guān)產(chǎn)品發(fā)送的無(wú)線數(shù)據(jù)的干擾，即接收端只認(rèn)可第一字節(jié)為0b01010101的字節(jié)序列。32位跳碼部分是鑰匙加密計(jì)數(shù)器后的值，這是*命令，具有極高的安全性。

　　2．2 鎖的工作原理

　　鎖平時(shí)處于*狀態(tài)，當(dāng)接收了字節(jié)0b01010101時(shí)，鎖進(jìn)入接收32位跳碼程序，否則重新進(jìn)入*狀態(tài)。當(dāng)接收到32位跳碼數(shù)據(jù)后，鎖利用Decrypt（）解密后得到發(fā)端送來(lái)的計(jì)數(shù)器值，發(fā)端如何依據(jù)此計(jì)數(shù)器值判斷是否*呢？接收端也維持一個(gè)計(jì)數(shù)器CNT1，它保存的是上次成功*的計(jì)數(shù)器值。參見(jiàn)圖5，每當(dāng)接收端解密跳碼后，得到的是32位計(jì)數(shù)器值CNT2，接收端操作如下：

　　若CNT2

　　若0

　　若CNT2-CNT1》256，不動(dòng)作。

　　鎖和鑰匙在首次使用時(shí)，或者鑰匙的多次不合適操作導(dǎo)致鑰匙和鎖的計(jì)數(shù)器差值超過(guò)了同步窗口，這時(shí)就必須通過(guò)學(xué)習(xí)，讓鎖記住鑰匙的計(jì)數(shù)器值，實(shí)現(xiàn)同步。學(xué)習(xí)的操作是：按下鎖按鍵2，然后再按下鑰匙按鍵1（同時(shí)放*按鍵2），這樣鎖就接收了鑰匙來(lái)的信息，解密后得到計(jì)數(shù)器值，然后存儲(chǔ)此計(jì)數(shù)器值。為保證安全，學(xué)習(xí)時(shí)必須保證鎖處于開(kāi)啟狀態(tài)，即說(shuō)明發(fā)起學(xué)習(xí)者是鎖的合法擁有者。

　　2．3 方案的安全性分析

　　常見(jiàn)的攻擊無(wú)線遙控系統(tǒng)的方式有：a．拷貝重發(fā)：即入侵者通過(guò)儀器記錄下本次通信的無(wú)線電信號(hào)，然后重發(fā)這些數(shù)據(jù)實(shí)施主動(dòng)攻擊。因此采用固定的密碼，無(wú)法抵御這種攻擊。本方案在每次接收到合法的計(jì)數(shù)器CNT2后，將CNT2存入EEPROM，并作為下次匹配的起點(diǎn)，入侵者記錄的計(jì)數(shù)器值均小于或等于此值，只要設(shè)定只有CNT2》CNT1時(shí)鎖才動(dòng)作，就可有效抵御這類攻擊。b．掃描式攻擊：入侵者通過(guò)依次發(fā)送所有可能有效密碼實(shí)施攻擊。這里，我們?cè)O(shè)定了密碼長(zhǎng)度為32位，有效窗口大小為2 5 6，入侵者通過(guò)掃描攻擊成功的概率為256／232=1／224，這是微乎其微的。

　　這里，將同步窗口大小定義為256，是為了保證一定的容錯(cuò)。當(dāng)使用者在不能與接收端有效通信時(shí)，按下鑰匙按鍵導(dǎo)致鑰匙單方面動(dòng)作，從而使鑰匙和鎖的計(jì)數(shù)器差值增大。同步窗口大小要合適，太大會(huì)降低安全性，太小會(huì)因多次誤操作導(dǎo)致鎖和鑰匙不能再自動(dòng)同步。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　利用本文介紹的跳碼算法和設(shè)計(jì)的無(wú)線遙控解決方案，能設(shè)計(jì)出具有高度安全性的無(wú)線遙控系統(tǒng)，可廣泛應(yīng)用于對(duì)安全性要求較高的場(chǎng)合，如各種報(bào)警防盜系統(tǒng)、住宅、辦公樓、汽車及車庫(kù)門衛(wèi)管理系統(tǒng)，因此具有一定的應(yīng)用市場(chǎng)。