动态密码电子锁的设计

刘守兵

（东华大学，上海 201620）

随着电子商务的发展，特别是奢侈品网上交易的发展，快递运输的安全日益引起人们的关注。常见的电子密码锁，一般只有固定的密码，容易遭到暴力破解，不能满足快递运输的需要。本文拟设计一种每次开锁需输入不同密码的电子密码锁，以防止密码被暴力破解，并可以根据开锁代码判断快递运输状态。

1 设计要求

（1）共5位密码，每位密码的取值范围为 0～9。

（2）系统根据开锁次数、电子锁序号、开机随机数动态生成密码。

（3）5位密码输入不完全正确时，报警30 s，重新生成开机随机数并显示，生成新的密码，用户需要新的密码才能打开密码锁。

（4）键入的 5位密码完全正确时，LED闪烁 10 s，电子锁开锁。

（5）电子锁上锁后，显示上锁随机数，用户正确输入密码前，用户不能重新生成随机数。

（6）由于电子锁运行过程中，需要轮换显示上锁随机数、开锁随机数以及用户输入的密码，因此，电子锁需要有一位数码管显示相应的功能符。

（7）成本要比较低，硬件和软件要尽可能简洁可靠，便于批量生产[1]。

2 设计思路及软硬件实现

根据总体设计要求分析，该电子锁电路需要的I/O口线少于15个。若设计得当，程序不超过8 KB，所需的RAM少于256×8 bit。所以可选择质优价廉的 AT89C52，而且不需要外接程序存储器和数据存储器及其他扩展部件。外围电路主要由LED、键盘输入显示电路、继电器驱动电路、扬声器等组成。其硬件框图如图1所示。

图1 动态密码电子锁硬件框图

电子锁上锁后，数码管显示5位上锁代码，此代码由2位开锁次数和3位随机数随机组成。每次上锁，由于开锁次数和生成的随机数不同，所以每次上锁的上锁代码也不同。上锁后，上锁代码存入E2PROM，正确开锁前，不允许重复获取上锁代码。第一次按开锁键，数码管显示5位开锁代码，此代码由前两位的开锁次数代码和后三位的随机数组成。如果开锁代码显示的次数代码与上锁代码显示的上锁次数代码不同，客户可以拒收或联系卖家。第二次按开锁键，进入密码输入程序，客户可以按移位键和数字增加键输入计算所得的密码。全部密码输入完毕后，用户第三次按下开锁键，系统验证输入密码是否正确，如正确，开锁，绿色 LED闪烁 10 s；若密码错误，蜂鸣器报警30 s后，重新显示新的开锁代码，需要输入最新生成的密码。用户需要密码超时，重新显示开锁代码，用户需要输入新的密码。整个系统程序框图如图2所示。

图2 动态密码电子锁的软件流程图

3 上锁代码、开锁代码的生成程序

为了保证程序运行过程中可以根据需要随时显示不同的随机数，本程序在定时器中断程序放置一个递增变量作为种子，以调用strand（）程序初始化随机数程序。然后调用rand（）产生随机数。

上锁随机数由3位随机数和2位开锁次数代码组成。在本系统中采用随机数的个位、十位、百位和开锁次数的个位、十位组成。系统取得这5个数字后，根据其和格式化这5个数字，生成上锁随机数。其程序流程图如图3所示。

开锁随机数由3位随机数和2位开锁次数代码组成。为了方便客户根据开锁次数判断快递运输状态，开锁代码的首两位为开锁次数的十位和个位。后三位为随机数百位、十位和个位。

图3 上锁代码程序流程图

4 密码验证程序

电子锁系统运行过程中，每次用户输入密码后，系统首先根据上锁随机数、开锁随机数、开锁次数、电子锁序列号生成密码，然后与用户输入的密码匹配。密码输入正确，开锁，发光管闪烁，并初始化参数，运行电子锁再次上锁。若密码输入错误，报警30 s，在报警的过程中，不接收任何按键输入，而是产生新的开锁随机数并显示，用户需要输入最新产生的密码才能开锁。其程序流程图如图4所示。

图4 密码验证程序流程图

5 管理系统程序

管理系统主要由数据库、商家发货管理程序、买家收货系统组成。数据库主要用来存储上锁代码、序列号、商家信息、电子锁编码信息和买家信息，商家发货后，登录管理系统，输入发货商品所用电子锁编码信息和上锁代码以及买家ID。对应买家登录后，系统提示买家收货以及商品所用电子锁的开锁代码首两位数字。收到货物后，买家检查开锁代码是否符合系统提示，若正确，登录管理系统，输入开锁代码，获取密码开锁；若错误，直接拒收，或联系卖家处理。

动态密码电子锁可以根据开锁次数、电子锁序列号动态生成密码，每次开锁需要输入不同的密码才能开锁，不能暴力破解开锁密码，满足了快递运输安全性的要求。同时硬件简洁可靠，符合系统设计要求。

[1]董继成.一种新型安全的单片机密码锁[J].电子技术，2004（3）：58-60.