動態密碼電子鎖的設計

劉守兵

（東華大學，上海 201620）

隨著電子商務的發展，特別是奢侈品網上交易的發展，快遞運輸的安全日益引起人們的關注。常見的電子密碼鎖，一般只有固定的密碼，容易遭到暴力破解，不能滿足快遞運輸的需要。本文擬設計一種每次開鎖需輸入不同密碼的電子密碼鎖，以防止密碼被暴力破解，并可以根據開鎖代碼判斷快遞運輸狀態。

1 設計要求

（1）共5位密碼，每位密碼的取值范圍為 0～9。

（2）系統根據開鎖次數、電子鎖序號、開機隨機數動態生成密碼。

（3）5位密碼輸入不完全正確時，報警30 s，重新生成開機隨機數并顯示，生成新的密碼，用戶需要新的密碼才能打開密碼鎖。

（4）鍵入的 5位密碼完全正確時，LED閃爍 10 s，電子鎖開鎖。

（5）電子鎖上鎖后，顯示上鎖隨機數，用戶正確輸入密碼前，用戶不能重新生成隨機數。

（6）由于電子鎖運行過程中，需要輪換顯示上鎖隨機數、開鎖隨機數以及用戶輸入的密碼，因此，電子鎖需要有一位數碼管顯示相應的功能符。

（7）成本要比較低，硬件和軟件要盡可能簡潔可靠，便于批量生產[1]。

2 設計思路及軟硬件實現

根據總體設計要求分析，該電子鎖電路需要的I/O口線少于15個。若設計得當，程序不超過8 KB，所需的RAM少于256×8 bit。所以可選擇質優價廉的 AT89C52，而且不需要外接程序存儲器和數據存儲器及其他擴展部件。外圍電路主要由LED、鍵盤輸入顯示電路、繼電器驅動電路、揚聲器等組成。其硬件框圖如圖1所示。

圖1 動態密碼電子鎖硬件框圖

電子鎖上鎖后，數碼管顯示5位上鎖代碼，此代碼由2位開鎖次數和3位隨機數隨機組成。每次上鎖，由于開鎖次數和生成的隨機數不同，所以每次上鎖的上鎖代碼也不同。上鎖后，上鎖代碼存入E2PROM，正確開鎖前，不允許重復獲取上鎖代碼。第一次按開鎖鍵，數碼管顯示5位開鎖代碼，此代碼由前兩位的開鎖次數代碼和后三位的隨機數組成。如果開鎖代碼顯示的次數代碼與上鎖代碼顯示的上鎖次數代碼不同，客戶可以拒收或聯系賣家。第二次按開鎖鍵，進入密碼輸入程序，客戶可以按移位鍵和數字增加鍵輸入計算所得的密碼。全部密碼輸入完畢后，用戶第三次按下開鎖鍵，系統驗證輸入密碼是否正確，如正確，開鎖，綠色 LED閃爍 10 s；若密碼錯誤，蜂鳴器報警30 s后，重新顯示新的開鎖代碼，需要輸入最新生成的密碼。用戶需要密碼超時，重新顯示開鎖代碼，用戶需要輸入新的密碼。整個系統程序框圖如圖2所示。

圖2 動態密碼電子鎖的軟件流程圖

3 上鎖代碼、開鎖代碼的生成程序

為了保證程序運行過程中可以根據需要隨時顯示不同的隨機數，本程序在定時器中斷程序放置一個遞增變量作為種子，以調用strand（）程序初始化隨機數程序。然后調用rand（）產生隨機數。

上鎖隨機數由3位隨機數和2位開鎖次數代碼組成。在本系統中采用隨機數的個位、十位、百位和開鎖次數的個位、十位組成。系統取得這5個數字后，根據其和格式化這5個數字，生成上鎖隨機數。其程序流程圖如圖3所示。

開鎖隨機數由3位隨機數和2位開鎖次數代碼組成。為了方便客戶根據開鎖次數判斷快遞運輸狀態，開鎖代碼的首兩位為開鎖次數的十位和個位。后三位為隨機數百位、十位和個位。

圖3 上鎖代碼程序流程圖

4 密碼驗證程序

電子鎖系統運行過程中，每次用戶輸入密碼后，系統首先根據上鎖隨機數、開鎖隨機數、開鎖次數、電子鎖序列號生成密碼，然后與用戶輸入的密碼匹配。密碼輸入正確，開鎖，發光管閃爍，并初始化參數，運行電子鎖再次上鎖。若密碼輸入錯誤，報警30 s，在報警的過程中，不接收任何按鍵輸入，而是產生新的開鎖隨機數并顯示，用戶需要輸入最新產生的密碼才能開鎖。其程序流程圖如圖4所示。

圖4 密碼驗證程序流程圖

5 管理系統程序

管理系統主要由數據庫、商家發貨管理程序、買家收貨系統組成。數據庫主要用來存儲上鎖代碼、序列號、商家信息、電子鎖編碼信息和買家信息，商家發貨后，登錄管理系統，輸入發貨商品所用電子鎖編碼信息和上鎖代碼以及買家ID。對應買家登錄后，系統提示買家收貨以及商品所用電子鎖的開鎖代碼首兩位數字。收到貨物后，買家檢查開鎖代碼是否符合系統提示，若正確，登錄管理系統，輸入開鎖代碼，獲取密碼開鎖；若錯誤，直接拒收，或聯系賣家處理。

動態密碼電子鎖可以根據開鎖次數、電子鎖序列號動態生成密碼，每次開鎖需要輸入不同的密碼才能開鎖，不能暴力破解開鎖密碼，滿足了快遞運輸安全性的要求。同時硬件簡潔可靠，符合系統設計要求。

[1]董繼成.一種新型安全的單片機密碼鎖[J].電子技術，2004（3）：58-60.