［陳進(jìn)慧 申永 徐林 孫暉 馬建軍］

1 引言

門鎖作為普通百姓日常用品，是保障人們生活隱私和安全的必要工具。傳統(tǒng)門鎖控制方式有機(jī)械式的鑰匙、電磁感應(yīng)式的磁卡或磁芯，而鑰匙、磁卡或磁芯均攜帶不方便，易遺忘，耐久性較差，安全性不高。市面上已有智能門鎖可以支持密碼鍵盤輸入、指紋識(shí)別、虹膜識(shí)別、人臉識(shí)別等方式實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖，該類型智能門鎖價(jià)格昂貴，通常需要上千元，不利于廣泛普及，且功耗較高，需經(jīng)常更換電池?，F(xiàn)在市面上迫切需要一種智能、便攜、快捷、低功耗和低成本的安全型智能門鎖控制系統(tǒng)。智能終端（如智能手機(jī)）現(xiàn)已經(jīng)成為大部分人日常人手不離的工具，它集成了上述智能門鎖所需的指紋識(shí)別、人臉識(shí)別等身份認(rèn)證輸入和觸摸屏鍵盤密碼輸入等有效開(kāi)鎖部件，內(nèi)置閃光燈，可通過(guò)軟件方式對(duì)其進(jìn)行編碼調(diào)制，發(fā)射光信號(hào)作為有效的開(kāi)鎖指令。相對(duì)傳統(tǒng)藍(lán)牙、WIFI 等無(wú)線方式，光控門鎖優(yōu)點(diǎn)是門鎖端接收器光電探測(cè)器待機(jī)功耗低[1][2]，單向點(diǎn)對(duì)點(diǎn)傳輸省去通信配對(duì)和握手的時(shí)間開(kāi)銷，指令傳遞更快捷。

但是當(dāng)前光控門鎖的用于發(fā)送開(kāi)鎖口令的光信號(hào)很容易被探測(cè)復(fù)制，執(zhí)行非法的開(kāi)鎖操作。因而客觀上要求光信號(hào)每次加載傳輸?shù)拿艽a不規(guī)則、不一致且具有一定的時(shí)效性[3]，從而避免光信號(hào)開(kāi)鎖密碼被非法復(fù)制。由于該光控門鎖光信號(hào)為單向傳輸通信方式，門鎖端和控制端無(wú)法進(jìn)行雙向通信，不能采用傳統(tǒng)的加密芯片滾動(dòng)法或密碼詞典隨機(jī)數(shù)查表法獲得計(jì)次使用的動(dòng)態(tài)密碼，因而需要設(shè)計(jì)基于精準(zhǔn)時(shí)間戳的動(dòng)態(tài)密碼實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖指令安全傳遞。

2 光控門鎖工作原理

光控門鎖實(shí)施結(jié)構(gòu)包括控制端和門鎖端，其工作機(jī)制如圖1 所示?？刂贫嘶窘M成包括密碼發(fā)生器、編碼調(diào)制器、光信號(hào)發(fā)射器[1]。密碼發(fā)生器主要通過(guò)密碼輸入方式或身份認(rèn)證方式完成特定開(kāi)鎖指令生成，然后采用一定的編碼方式調(diào)制光源(如激光器、LED 等)實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖執(zhí)行發(fā)射。控制端載體可以為智能終端，通過(guò)安裝光控門鎖系統(tǒng)APP 實(shí)現(xiàn)密碼輸入或身份認(rèn)證、開(kāi)鎖指令編碼，智能終端自帶LED 閃光燈調(diào)制并發(fā)射開(kāi)鎖指令，APP 還配備預(yù)設(shè)模式用于對(duì)門鎖端認(rèn)證信息輸入及開(kāi)鎖密碼輸入。門鎖端基本組成包括光信號(hào)接收器、解碼器、解密模塊、密碼判決模塊和電控機(jī)械鎖體。光信號(hào)接收器包括光電探測(cè)器及信號(hào)處理電路；光電探測(cè)器接收光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)；光電探測(cè)器連接信號(hào)處理電路將所得電流信號(hào)濾波處理并轉(zhuǎn)換成電信號(hào)、喚醒待機(jī)模式的微控制器進(jìn)行解碼和密碼判決，若密碼符合規(guī)則通過(guò)電荷泵電路驅(qū)動(dòng)電控機(jī)械鎖體執(zhí)行開(kāi)鎖操作，并進(jìn)入待機(jī)模式，等待下一次開(kāi)鎖操作。門鎖端配置預(yù)設(shè)模式鍵，實(shí)現(xiàn)對(duì)控制端進(jìn)行認(rèn)證及開(kāi)鎖密碼設(shè)置。

圖1 光控門鎖基本工作流程

3 光控門鎖系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 系統(tǒng)組成

光控門鎖系統(tǒng)組成原理如圖2 所示，包括智能終端開(kāi)鎖密碼輸入模塊，智能終端動(dòng)態(tài)密碼生成模塊，手機(jī)閃光燈驅(qū)動(dòng)與編碼調(diào)制模塊以及預(yù)設(shè)模式下的雙向認(rèn)證和開(kāi)鎖密碼設(shè)置部分；光控門鎖端光信號(hào)探測(cè)與接收解調(diào)模塊，光控門鎖端動(dòng)態(tài)密碼解密模塊，光控門鎖執(zhí)行機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)模塊以及預(yù)設(shè)模式下控制端認(rèn)證和開(kāi)鎖密碼存儲(chǔ)部分。

圖2 系統(tǒng)組成原理框圖

控制端為具有內(nèi)置處理器、觸摸屏、閃光燈的智能終端，智能終端通常為智能手機(jī)和平板電腦等智能設(shè)備。智能終端閃光燈在開(kāi)鎖模式下可發(fā)射動(dòng)態(tài)開(kāi)鎖密碼作為開(kāi)鎖指令，在預(yù)設(shè)模式下可發(fā)射智能終端的串號(hào)到門鎖端作為有效認(rèn)證信息，具體操作通過(guò)APP 軟件實(shí)現(xiàn)。開(kāi)鎖模式下在用戶界面輸入密碼，然后組合門鎖機(jī)器碼和IMEI 串號(hào)產(chǎn)生共享密鑰，再通過(guò)加密模塊結(jié)合智能終端時(shí)間信息采用TOPT 算法進(jìn)行加密并生產(chǎn)動(dòng)態(tài)密碼，爾后驅(qū)動(dòng)相機(jī)模塊中的LED 閃光燈實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)密碼發(fā)射。預(yù)設(shè)模式下首先通過(guò)相機(jī)模塊掃描門鎖二維碼獲得門鎖機(jī)器碼完成門鎖認(rèn)證，然后將控制端IMEI 串號(hào)身份信號(hào)通過(guò)閃光燈傳送到門鎖完成控制端認(rèn)證，最后輸入開(kāi)鎖密碼，APP 根據(jù)算法組合開(kāi)鎖密碼、門鎖機(jī)器碼、IMEI 串口生產(chǎn)共享密鑰亦通過(guò)閃光燈傳輸?shù)介T鎖進(jìn)行存儲(chǔ)。在時(shí)間信息精度方面，智能終端具備時(shí)鐘網(wǎng)絡(luò)同步功能和GPS 時(shí)鐘同步功能，其時(shí)間信息是高精度的標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間（如北京時(shí)間）。

光控門鎖包括微控制器和其連接的光信號(hào)接收機(jī)構(gòu)、電控機(jī)械鎖機(jī)構(gòu)。光信號(hào)接收機(jī)構(gòu)包括光電探測(cè)器及信號(hào)處理電路；光電探測(cè)器連接信號(hào)處理電路，光電探測(cè)器接收光信號(hào)并將其轉(zhuǎn)換為電流信號(hào)后送入信號(hào)處理電路；信號(hào)處理電路的輸入端接入微控制器，信號(hào)處理電路將電流信號(hào)濾波處理并轉(zhuǎn)換成電壓信號(hào)、送入微控制器；電控機(jī)械鎖機(jī)構(gòu)包括電控開(kāi)鎖單元及其連接控制的機(jī)械鎖定裝置，微控制器連接電控開(kāi)鎖單元。光控門鎖控制端為發(fā)射控制光控門鎖的開(kāi)鎖密鑰光信號(hào)的設(shè)施。微控制器配備存儲(chǔ)器用于存儲(chǔ)門鎖機(jī)器碼、認(rèn)證信息和共享密鑰。微控制器連接預(yù)設(shè)模式鍵，用于實(shí)現(xiàn)預(yù)設(shè)模式下進(jìn)行控制端認(rèn)證[5]。光控門鎖內(nèi)高精度時(shí)鐘芯片，用于動(dòng)態(tài)密碼解密。鎖體主要基于傳統(tǒng)電控門鎖進(jìn)行升級(jí)改造，通過(guò)智能控制處理板賦予更多功能，可以支持專用數(shù)據(jù)輸出輸入接口與計(jì)算機(jī)進(jìn)行連接，并可配備存儲(chǔ)器進(jìn)行開(kāi)鎖記錄存儲(chǔ)。光控門鎖內(nèi)置高精度時(shí)鐘芯片，否則時(shí)鐘漂移后可用性受到影響，通過(guò)采用通用高精度時(shí)鐘芯片RX8025T 并外接0.5 ppm的有源低頻帶溫度補(bǔ)償TCXO 型高穩(wěn)石英晶體振蕩器，方能達(dá)到月誤差約1 秒，滿足光控門鎖解密的時(shí)間信息要求。同時(shí)在APP 軟件中配備時(shí)間同步功能，可以將智能終端高精度時(shí)鐘信息通過(guò)光信號(hào)傳遞到門鎖，實(shí)現(xiàn)對(duì)門鎖端時(shí)鐘芯片中日歷時(shí)間校準(zhǔn)。

3.2 雙向認(rèn)證技術(shù)

采用雙向認(rèn)證技術(shù)用于實(shí)現(xiàn)門鎖端到控制端、控制端到門鎖端有效身份認(rèn)證，并產(chǎn)生控制端與門鎖端一致的共享密鑰。雙向認(rèn)證過(guò)程中門鎖端的身份信息為唯一性的門鎖機(jī)器碼SN，控制端的身份信息為智能終端串號(hào)IMEI（International Mobile Equipment Identity，國(guó)際移動(dòng)設(shè)備識(shí)別碼）。

門鎖機(jī)器碼SN 作為門鎖唯一性標(biāo)志，是一個(gè)由2 個(gè)字符、12 個(gè)數(shù)字、2 個(gè)校驗(yàn)字符組成的門鎖標(biāo)識(shí)，2 個(gè)字符代表門鎖型號(hào)，12 個(gè)數(shù)字由門鎖內(nèi)MCU 序列號(hào)通過(guò)加密算法生成，2 個(gè)校驗(yàn)字符是根據(jù)門鎖型號(hào)和數(shù)字標(biāo)識(shí)進(jìn)行異或和求與組合邏輯生成，可在出廠時(shí)候附于門鎖內(nèi)側(cè)，當(dāng)將門鎖設(shè)置為預(yù)設(shè)模式下，SN 則以二維碼形式展現(xiàn)出來(lái)，通過(guò)智能終端內(nèi)置攝像頭和APP 軟件二維碼解析程序在認(rèn)證模式下獲取該二維碼，并執(zhí)行同樣邏輯校驗(yàn)判斷，若符合該規(guī)則認(rèn)為門鎖為有效光控門鎖，并獲取機(jī)器碼SN。完成門鎖端向控制端傳遞認(rèn)證信息。該認(rèn)證方式還可以防止非法門鎖進(jìn)入APP 軟件進(jìn)行管理，有效保護(hù)其產(chǎn)權(quán)。

智能終端串號(hào)IMEI 作為智能終端唯一的辨識(shí)碼，是由15 位數(shù)字組成的“電子串號(hào)”，可以通過(guò)智能終端APP 軟件在認(rèn)證模式下讀取該串號(hào)。APP 軟件將串號(hào)IMEI 經(jīng)過(guò)加密算法編碼為32 位的控制端序號(hào)，在雙向認(rèn)證過(guò)程中通過(guò)光信號(hào)和共享密鑰一起傳輸?shù)介T鎖中進(jìn)行存儲(chǔ)。通過(guò)智能終端身份有效性認(rèn)證可以防止智能終端在聯(lián)網(wǎng)情況下其輸入的密碼可能會(huì)被黑客通過(guò)非法方式監(jiān)聽(tīng)竊取或被旁人非法窺竊后利用APP 軟件執(zhí)行非法開(kāi)鎖操作，從而利用智能終端內(nèi)置開(kāi)鎖軟件執(zhí)行非法開(kāi)鎖操作。并且IMEI 還經(jīng)過(guò)加密算法編碼為32 位的序號(hào)，為了防止黑客非法獲取有效認(rèn)證的智能終端串號(hào)，通過(guò)偽裝方式執(zhí)行開(kāi)鎖。而且由于所采用的MCU 可配置防外部編程模式進(jìn)行程序數(shù)據(jù)讀取功能，可以有效保護(hù)存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)信息和程序被竊取克隆。

雙向認(rèn)證獲取的門鎖機(jī)器碼SN、控制端IMEI 串號(hào)是控制端和門鎖端生成動(dòng)態(tài)密碼所需共享密鑰的前提。共享密鑰K 通過(guò)智能終端軟件采用ECC（Elliptic Curves Cryptography，橢圓曲線密碼編碼學(xué)）算法組合IMEI、門鎖機(jī)器碼SN 和用戶預(yù)先設(shè)置的門鎖密碼P 生成一組base32 字符串。

COMPOSE 為ECC 組合算法函數(shù)，先選擇素域上的橢圓曲線Ep(a,b)上基點(diǎn)G[7]，并選用私有密鑰k（k＜n，n為G 的階），利用基點(diǎn)G 組合IMEI、SN、P 來(lái)計(jì)算生成192 位的共享密鑰K。

3.3 安全加密技術(shù)

針對(duì)光控門鎖靜態(tài)開(kāi)鎖密碼或指令易被竊取，執(zhí)行非法開(kāi)鎖操作的問(wèn)題，需要采取更加安全的動(dòng)態(tài)密碼方式加載開(kāi)鎖操作指令。動(dòng)態(tài)密碼即一次性密碼OTP（One Time Password），也稱動(dòng)態(tài)口令，密碼只能在一次會(huì)話或一段時(shí)間內(nèi)有效，屬于強(qiáng)認(rèn)證技術(shù)，可有效規(guī)避傳統(tǒng)靜態(tài)密碼易被竊取的缺點(diǎn)，其實(shí)現(xiàn)形式包括事件同步、挑戰(zhàn)/應(yīng)答、時(shí)間同步3 種方式[5]。由于智能終端光控門鎖采用的是單向光信號(hào)發(fā)射方式，不具備雙向通信能力，只能采用基于時(shí)間的OTP 同步方式?；跁r(shí)間的OTP 簡(jiǎn)稱TOTP（Time-based One Time Password）的基本認(rèn)證原理是認(rèn)證雙方共享密鑰，并使用同一個(gè)密鑰對(duì)時(shí)間戳進(jìn)行密碼算法計(jì)算，之后比較值是否一致進(jìn)行認(rèn)證，動(dòng)態(tài)口令使用后下一個(gè)時(shí)間戳作廢，理論上時(shí)間間隔越小，密碼安全性越高，TOTP 算法計(jì)算如公式如下。

Truncate 代表截取操作，K 為共享密鑰，T 代表時(shí)間信息，可以根據(jù)安全性和可用性要求事先約定動(dòng)態(tài)密碼截取長(zhǎng)度。TOTP 生產(chǎn)過(guò)程為首先將K 與T 通過(guò)HAMCSHA-256 算法轉(zhuǎn)換為256 bit 的哈希值，該算法作為2 代SHA 加密算法，目前還未有有效的攻擊方法。然后再通過(guò)Truncate 截取為32 bit 無(wú)符號(hào)整數(shù)TOTP，由于動(dòng)態(tài)密碼長(zhǎng)度達(dá)32 位，極大降低了其被暴力破解的可能性。并且在門鎖端比對(duì)判決邏輯還配置防止暴力破解的策略，防止對(duì)其攻擊和破解的方法是暴利破解，具體操作是若門鎖接收動(dòng)態(tài)密碼在時(shí)間窗口內(nèi)連續(xù)3 次判決失敗(動(dòng)態(tài)密碼錯(cuò)誤或編碼未經(jīng)認(rèn)證)則休眠一分鐘[6]，以此類推若連續(xù)發(fā)生3*n判決，則休眠2n-1 分鐘，進(jìn)一步抵御降低暴力破解。動(dòng)態(tài)密碼時(shí)間信息T 的計(jì)算過(guò)程如下。

T1 代表當(dāng)前時(shí)間戳，T0 代表初始時(shí)間戳，X代表時(shí)間步長(zhǎng)或間隙。通常T1 可以取為UTC 時(shí)間（32 位整數(shù)），T0 則直接取0，步長(zhǎng)X通常選為30 s[5]。由于控制端和門鎖端時(shí)間不可能完全一致，當(dāng)一個(gè)處于指定步長(zhǎng)的時(shí)間戳結(jié)尾，另一個(gè)處于某時(shí)間戳開(kāi)始，收到的動(dòng)態(tài)密碼則不能解析，應(yīng)該設(shè)置策略允許動(dòng)態(tài)密碼通過(guò)跳步到前一個(gè)或后一個(gè)時(shí)間戳進(jìn)行驗(yàn)證，但這樣增加時(shí)間延遲窗口，進(jìn)而增加暴利破解風(fēng)險(xiǎn)。為了提高實(shí)用性，采用前后設(shè)置一個(gè)步長(zhǎng)時(shí)延來(lái)兼容時(shí)間不一致性問(wèn)題，其前提是動(dòng)態(tài)密碼傳輸采用光信號(hào)和信號(hào)處理和邏輯判決采取高性能處理器，因而傳輸和處理時(shí)間可忽略。實(shí)際應(yīng)用中權(quán)衡安全性和可用性、以及門鎖時(shí)間精度，時(shí)間延遲窗口為2 個(gè)步長(zhǎng)（60 s），這意味著門鎖端需要針對(duì)一個(gè)控制端生成4 套動(dòng)態(tài)密碼逐一進(jìn)行比對(duì)，若某一個(gè)成功則控制指令有效執(zhí)行開(kāi)鎖，為了降低誤開(kāi)鎖概率。

動(dòng)態(tài)密碼工作機(jī)制原理如圖3 所示，客觀上控制端時(shí)鐘和門鎖端高精度時(shí)鐘芯片二者提供的時(shí)鐘信息在密碼判決有效期內(nèi)一致，每個(gè)控制端必須擁有不同的共享密鑰，并且其共享密鑰必須防止其他不安全因素進(jìn)行訪問(wèn)或使用，門鎖端作為服務(wù)器端，需預(yù)先存儲(chǔ)各控制端生成的共享密鑰，并能有效防止非法設(shè)備進(jìn)行篡改、訪問(wèn)或使用。工作流程是控制端根據(jù)共享密鑰和時(shí)間信息生成隨機(jī)數(shù)并進(jìn)行截取生成動(dòng)態(tài)密碼，動(dòng)態(tài)密碼加載到智能終端閃光燈進(jìn)行編碼、調(diào)制和光信號(hào)發(fā)射，門鎖端接收光信號(hào)解調(diào)并解碼后，利用門鎖內(nèi)預(yù)先存儲(chǔ)的共享密鑰和其內(nèi)置高精度時(shí)鐘芯片時(shí)間信息依據(jù)同樣原理和方式生成的動(dòng)態(tài)密碼進(jìn)行比對(duì)判決，若成功則執(zhí)行開(kāi)鎖操作。

圖3 動(dòng)態(tài)密碼工作機(jī)制

3.4 低功耗設(shè)計(jì)

為降低系統(tǒng)功耗，硬件上配套要求器件均選用低功耗器件，并且控制器具有低功耗模式，無(wú)光信號(hào)時(shí)，光電探測(cè)器自動(dòng)進(jìn)入待機(jī)模式，控制器關(guān)閉除光電探測(cè)器外其他部件電源同時(shí)進(jìn)入低功耗運(yùn)行模式，若光電探測(cè)到有效光信號(hào)則自動(dòng)喚醒控制器，并進(jìn)入運(yùn)行模式打開(kāi)各部件電源。為同時(shí)滿足光控門鎖解密高性能處理和低功耗長(zhǎng)時(shí)間待機(jī)需求，控制器采用低功耗微控器STM32L4A6，其基于32 位Cortex-M4 內(nèi)核，低功耗運(yùn)行模式下功耗僅為36 uA/MHz，內(nèi)部集成了哈希處理器，支持SHA-256 算法，調(diào)用庫(kù)函數(shù)HASH_SHA256進(jìn)行哈希值計(jì)算可得到256 bit的報(bào)文信息，其內(nèi)部Flash 具有加密功能，可以讀保護(hù)模式防止外部編程器或仿真器窺竊內(nèi)部程序和數(shù)據(jù)，并且工作電壓范圍為1.71 V 至3.6 V，可通過(guò)單節(jié)18 650 鋰電池或雙節(jié)5 號(hào)干電池直接供電工作。

在光電探測(cè)器方面，由于光控門鎖光電探測(cè)器接收光信號(hào)為手機(jī)閃光燈發(fā)出的可見(jiàn)光調(diào)制信號(hào)，因而需要采用硅光電探測(cè)器。由于硅PIN 光電探測(cè)器具有功耗和成本低、探測(cè)效率高的優(yōu)點(diǎn)。系統(tǒng)中選用LSSPD-1.2 硅光電探測(cè)器，其感光波段為400～1 100 nm，涵蓋可見(jiàn)光的光譜范圍，有效光敏面面積達(dá)1.2 mm×1.2 mm，響應(yīng)度為0.35 A/W（可見(jiàn)光650 nm 波段），靜態(tài)工作電流為5 mA，待機(jī)電流為12 μA。

實(shí)際應(yīng)用這能夠低功耗模式下微控器工作頻率為32 kHz，其待機(jī)電流僅1 μA 左右，考慮探測(cè)器待機(jī)電流和電路元器件功耗，低功耗模式下門鎖電控部分總功耗約30 μA 左右。門鎖驅(qū)動(dòng)上采用低功耗的電荷泵門鎖結(jié)構(gòu)驅(qū)動(dòng)技術(shù)，電荷泵充電電流約為600 mA，在運(yùn)行模式下，電荷泵需充電時(shí)間約1.5 s，然后執(zhí)行開(kāi)鎖，持續(xù)時(shí)間約0.5 s。開(kāi)鎖完畢，系統(tǒng)自動(dòng)進(jìn)入低功耗模式。

4 試驗(yàn)驗(yàn)證

4.1 試驗(yàn)驗(yàn)證環(huán)境

安全光控門鎖實(shí)物驗(yàn)證環(huán)境如圖4 所示，包括控制終端和光控門鎖端。控制端為智能手機(jī)，其APP 基于Android 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)，用戶輸入預(yù)先設(shè)定密碼，APP 進(jìn)行加密后，驅(qū)動(dòng)調(diào)制閃光燈發(fā)射動(dòng)態(tài)密碼到門鎖端。門鎖內(nèi)部主要包括光接收透鏡、光電探頭、控制處理板及鎖體，門鎖端光接收鏡和光電探頭進(jìn)行閃光燈光信號(hào)接收探測(cè)及解調(diào)，然后輸入到控制處理板進(jìn)行解密，若密碼正確、控制端合法且滿足時(shí)效性要求則執(zhí)行開(kāi)鎖操作。門鎖在使用前需要在預(yù)設(shè)模式下完成認(rèn)證和密碼設(shè)置，拆開(kāi)鎖體后，撥動(dòng)預(yù)設(shè)開(kāi)關(guān)將鎖體配置為預(yù)設(shè)模式，并在智能手機(jī)上安裝配套APP 軟件，點(diǎn)擊進(jìn)入預(yù)設(shè)模式，先掃描門鎖端內(nèi)置二維碼，獲取其機(jī)器碼實(shí)現(xiàn)門鎖認(rèn)證，然后發(fā)送手機(jī)IMEI 串號(hào)到門鎖端實(shí)現(xiàn)控制端認(rèn)證，再對(duì)門鎖開(kāi)鎖密碼進(jìn)行設(shè)置完成預(yù)設(shè)模式操作。

圖4 安全光控門鎖實(shí)物圖

4.2 試驗(yàn)驗(yàn)證分析

為了驗(yàn)證該安全光控門鎖的快捷性、安全性和低功耗能力。開(kāi)展了門鎖開(kāi)鎖時(shí)間、非法控制端入侵、動(dòng)態(tài)密碼時(shí)效性、抗暴力破解能力、待機(jī)功耗等方面測(cè)試。經(jīng)測(cè)試表明門鎖開(kāi)鎖時(shí)間約5 s 左右，其中低功耗喚醒時(shí)間約0.2 s，動(dòng)態(tài)密碼光信號(hào)發(fā)射與探測(cè)處理時(shí)間約3 s，電荷泵充電完成執(zhí)行開(kāi)鎖操作時(shí)間約2 s，取得了較好的快捷效果。非法控制端入侵測(cè)試試驗(yàn)，采用12 臺(tái)未經(jīng)過(guò)認(rèn)證的智能手機(jī)安裝控制端APP 軟件對(duì)光控門鎖發(fā)送開(kāi)鎖密碼，門鎖接收到光信號(hào)喚醒后均不會(huì)執(zhí)行開(kāi)鎖操作。動(dòng)態(tài)密碼時(shí)效性主要目的是抗非法探測(cè)，測(cè)試過(guò)程是利用光探測(cè)儀記錄有效的開(kāi)鎖光信號(hào)，并將其導(dǎo)出以同樣波段LED反復(fù)發(fā)射該光信號(hào)到光控門鎖，該信號(hào)僅能在1 分鐘內(nèi)獲得有效的開(kāi)鎖操作，能滿足日常門鎖動(dòng)態(tài)密碼時(shí)效性要求?？贡┝ζ平饽芰y(cè)試通過(guò)同波段LED 循環(huán)發(fā)送密碼字典里的動(dòng)態(tài)密碼到門鎖端，經(jīng)約12 小時(shí)測(cè)試，均不能獲得合法的開(kāi)鎖操作。待機(jī)功耗測(cè)試驗(yàn)證主要采用萬(wàn)用表接入電路回路，選擇電流微安檔，實(shí)測(cè)待機(jī)功耗約為50 μA，相對(duì)于設(shè)計(jì)值略高，主要源于電路中電容性器件耗電、IO口高阻抗亦存在灌電流，若使用單節(jié)5 000 mAH 的18 650鋰電池待機(jī)壽命仍可到10 年以上。

5 結(jié)論

基于智能終端的安全光控門鎖系統(tǒng)克服了現(xiàn)有光控門鎖系統(tǒng)便攜性和安全性的不足，并具備其快捷性和低功耗能力。該門鎖能有效抗未經(jīng)認(rèn)證的非法控制端入侵，能在一定的時(shí)效性內(nèi)有效防止探測(cè)復(fù)制而執(zhí)行非法開(kāi)鎖操作，并具備強(qiáng)抗暴力破解能力。后續(xù)還需進(jìn)一步對(duì)其進(jìn)行產(chǎn)品化設(shè)計(jì)，提高產(chǎn)品的可靠性和易用性，開(kāi)發(fā)多平臺(tái)下控制端APP 并優(yōu)化其軟件功能與性能，滿足控制端一對(duì)多開(kāi)鎖需求，采用高能量密度鋰電池進(jìn)一步提升門鎖持續(xù)工作能力。隨著人們生活水平日益提高，對(duì)生活隱私和安全保障要求越來(lái)越強(qiáng)烈，該類型安全光控門鎖作為一種實(shí)用性高的智能門鎖，能有效滿足市場(chǎng)需求，應(yīng)用前景廣闊。