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基于射频识别的PKE基站设计

作　者: 高俊宁
导　师: 葛立峰
学　校: 安徽大学
专　业: 检测技术与自动化装置
关键词: 射频识别被动无钥匙门禁系统车内低频电磁场分布曼彻斯特软件解码算法中继攻击距离边界协议
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2013年
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内容摘要

旧式汽车门禁(RKE:remote keyless entry system)只是汽车对钥匙的单向认证,存在同频干扰,无线数据被复制重发等安全隐患,并依赖于使用者的主动操作。RKE安全性、智能型、便捷性有待提高,这推动了新型汽车门禁系统(PKE: passive keyless entry system)的发展。因此提出了一种新的PKE基站设计方案,详细描述了硬件布局,软件逻辑,系统调度。进而研究了车内低频磁场分布,为钥匙位置判断提供可靠依据。此外提出了一种新型的曼彻斯特解码算法,以替代硬件解码,最大限度优化系统,并有效解决了滤除数字波形中噪声脉冲的问题。最后就汽车门禁面临的诸多安全性问题,特别是中继攻击的威胁,引入距离边界协议加以克服,并创造性的提出了双向认证距离边界协议在汽车门禁系统中的可能的实现方案。经验证,此PKE基站方案可靠有效,同时解决了相关技术难点,具有工程应用及学术价值。本文主要进行如下工作：1.研究背景,深入剖析当前汽车门禁系统的性能特点,明确其存在的安全性、智能性,便捷性缺陷。结合射频识别技术的发展,为新一代汽车门禁系统的出现勾画出明确的研究背景。2.方案设计,提出了一种基于射频识别的新型汽车门禁系统。射频识别流程依次为,触发找钥匙,防碰撞,双向认证,钥匙位置判断,PKE功能执行。详细描述了高频链路(433.92MHz),低频链路(125kHz),各电子模块问总线通信,诊断系统等。3.软件、硬件实现,PKE基站以freescale单片机MC9SXEP100为控制器,低频驱动芯片ATA5279,高频接收驱动芯片ATA5724,另以单片机SCI口为基础构建LIN总线和KLINE总线。软件方面,以单片机片上资源RTI为底层,构建时间片Timer,通过状态机把一个大任务分割成很多小状态。在时间片的调度下,CPU在不同任务间切换,既实现多任务调度。4.PKE系统测试分析,首先通过软件仿真和实车标定,深入研究车内低频磁场分布特性。如不规则的车内空间、低频天线的数目及相对位置、车体材料等,造成车内低频磁场的不均匀分布,既形成盲区或溢出。其次运行PKE射频链路,测试本文提出的曼彻斯特软件解码算法。测试表明其在正确实现解码功能,同时有效抑制噪声脉冲。对解码有关键影响的参数,如最大允许噪声脉冲宽度、跳变沿波动裕量等,进行了深入分析。最后深入剖析了PKE系统各种潜在的攻击方式,特别是中继攻击,并就此引入其应对措施距离边界协议。并创造性的提出了距离边界协议在汽车门禁系统的实现方式。

全文目录

摘要  3-5
Abstract  5-7
目录  7-9
插图清单  9-12
第一章绪论  12-18
  1.1 选题背景及意义  12-15
    1.1.1 射频识别(RFID)  12-13
    1.1.2 汽车门禁的发展背景  13-15
  1.2 研究课题的目的和意义  15-16
    1.2.1 PKE系统方案研究  15
    1.2.2 车内低频磁场分布特性研究  15
    1.2.3 射频通信解码算法研究  15-16
    1.2.4 射频通信安全性研究  16
  1.3 论文安排  16-18
第二章 PKE系统简介  18-29
  2.1 基于RFID的PKE系统工作原理  18-23
    2.1.1 寻钥匙方式  19
    2.1.2 防碰撞  19-21
    2.1.3 双向认证  21-22
    2.1.4 判断钥匙位置  22-23
    2.1.5 执行PKE功能  23
  2.2 射频链路的选择  23-24
    2.2.1 低频链路  23
    2.2.2 高频链路  23-24
  2.3 射频通信的安全性  24-26
    2.3.1 PKE数据加密算法简介  24
    2.3.2 系统潜在攻击方法  24-26
  2.4 汽车总线通信的简介  26-27
  2.5 PKE自动终检和系统诊断协议开发  27-28
  2.6 本章小结  28-29
第三章 PKE系统基站实现  29-47
  3.1 系统架构  29
  3.2 微处理器MC9SXEP100及其开发环境  29-31
  3.3 门把手微动开关  31-33
  3.4 基于ATA5279的低频模块设计  33-34
  3.5 基于ATA5724的高频模块设计  34-39
  3.6 LIN总线模块设计  39-42
    3.6.1 LIN模块接口电路设计  39-40
    3.6.2 LIN通信帧结构  40-41
    3.6.3 LIN调度  41-42
  3.7 KLINE总线模块设计  42-43
  3.8 系统调度  43-46
    3.8.1 时间片Timer  43-44
    3.8.2 基于状态机的多任务实现  44-45
    3.8.3 PKE流程  45-46
    3.8.4 系统状态调度  46
  3.9 本章小结  46-47
第四章 PKE基站性能测试及验证  47-56
  4.1 车内低频电磁场的测试  47-50
  4.2 射频链路曼彻斯特软件解码算法的测试  50-52
  4.3 就PKE系统中继攻击安全性验证  52-55
  4.4 本章小结  55-56
第五章总结与展望  56-58
  5.1 工作总结  56
  5.2 未来进行的工作展望  56-58
参考文献  58-60
致谢  60-61
攻读硕士学位期间发表的学术论文  61

基于射频识别的PKE基站设计

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