摘要：針對金庫門高保密性與安全性的要求，設(shè)計了一種新型金庫門電子密碼鎖，能預(yù)防密碼泄露，增加金庫安全性。系統(tǒng)由金庫門密碼鎖控制器和密碼生成器組成，密碼生成器提供開鎖密碼，密碼重復(fù)概率低于1／1 000 000。當(dāng)輸入開鎖密碼錯誤超過三次則啟動報警系統(tǒng)。論文介紹金庫門電子密碼鎖系統(tǒng)硬件和軟件的實現(xiàn)思路，給出了硬件原理圖和程序流程圖。
關(guān)鍵詞：金庫門電子密碼鎖系統(tǒng)；可變密碼；密碼鎖控制器；密碼生成器

0 引言
   隨著社會經(jīng)濟(jì)的快速增長，安全防盜已成為一個社會問題。特別是對于各金融機構(gòu)以及許多企事業(yè)單位，為了資金周轉(zhuǎn)方便，一般設(shè)有金庫。然而近年來發(fā)生許多重大盜庫案，如河北邯鄲農(nóng)行金庫5 100萬元被盜案，金庫的安全管理已成為一個不可忽視的問題。本論文就加強金庫的安全管理，針對目前金庫的管理缺陷，設(shè)計了一種金庫門電子密碼鎖系統(tǒng)。這種密碼鎖不需要更改密碼卻每次開鎖密碼都不一樣。保密性很高，既需要輸入一組隨機序號，同時還需要輸入一個經(jīng)過密碼生成器計算得出的可變密碼。本設(shè)計在安全系數(shù)要求很高，且需要多人管理與參與才能開鎖的場合下非常適用。每次開鎖密碼不同，解決了傳統(tǒng)鍵盤式電子密碼鎖容易被他人在鍵盤上試探出來，或被旁觀者窺測出來，保密性不足的缺點。

1 設(shè)計思路
    整個設(shè)計由金庫門密碼鎖控制器和密碼生成器兩大部分組成。兩部分均有液晶顯示模塊和鍵盤模塊，作為人機對話的界面和工具。不同的是密碼鎖控制器還包含密碼識別模塊和開鎖控制模塊，用戶從鍵盤上輸入密碼信息，通過內(nèi)置信息的計算、對比和判斷，產(chǎn)生對開鎖控制模塊與報警系統(tǒng)的控制。而密碼生成器主要包含密碼生成模塊，根據(jù)用戶輸入的信息，通過一定的算法計算出密碼，并將密碼通過液晶顯示反饋給用戶。
    密碼生成器由一名機構(gòu)負(fù)責(zé)人掌管。當(dāng)用戶需要開啟金庫門時，金庫門密碼鎮(zhèn)控制器先為用戶產(chǎn)生六位隨機碼，用戶獲取了隨機碼之后需要向機構(gòu)負(fù)責(zé)人索取密碼。機構(gòu)負(fù)責(zé)人在密碼產(chǎn)生器上按照提示輸入2位隨機序號和用戶所告知的6位隨機碼，密碼產(chǎn)生器計算出6位密碼，負(fù)責(zé)人員告知用戶2位隨機序號和6位密碼，用戶輸入2位序號和6位密碼后，金庫門密碼鎖經(jīng)同樣算法計算，如果密碼匹對正確，則開鎖，否則不開。密碼輸入錯誤次數(shù)超3次則蜂鳴器鳴叫并啟動報警系統(tǒng)，只有輸入正確的系統(tǒng)內(nèi)置口令才能使蜂鳴器停止鳴叫以及關(guān)閉報警系統(tǒng)。
    金庫門密碼鎖控制器和密碼生成器具有同樣的內(nèi)置口令，該內(nèi)置口令可重新設(shè)置，當(dāng)重新設(shè)置時需要驗證原口令，如果相同則可進(jìn)行更改，并將新口令保存在單片機的EEP-ROM中。關(guān)機后，保存的口令不丟失。重新設(shè)置內(nèi)置口令后，同樣的隨機碼、隨機序號，開鎖密碼是不一樣的。

2 STC12系列單片機以及OCM12864的簡介
    STC12系列單片機是宏晶科技生產(chǎn)的單時鐘／機器周期(1T)的單片機，與普通單片機相比，具有高速／低功耗／超強抗干擾／無法解密等優(yōu)點，是新一代8051單片機，且指令代碼完全兼容傳統(tǒng)8051，速度卻快8～12倍。工作電壓為3．8 V～2．2 V(3 V單片機)／5．5 V～3．3 V(5 V單片機)，有6個16位定時器，兼容普通8051的定時器或4個外部中斷，具有看門狗和EEPROM功能，并且內(nèi)部集成MAX810專用復(fù)位電路?；谏鲜鰞?yōu)勢，本設(shè)計采用STC12系列單片機。
    液晶顯示部分采用OCM12864圖形點陣液晶顯示模塊，該圖形點陣液晶顯示模塊有128×64點陣，可顯示各種字符及圖形，可與CPU直接接口，具有8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線、6條控制線及電源線。OCM12864具有自己的指令集，結(jié)合OCM12864的接口時序，可以實現(xiàn)對液晶模塊的讀寫操作。圖1、圖2分別為OCM12864的讀操作和寫操作時序，比較讀寫操作時序，可以發(fā)現(xiàn)讀寫操作時序的不同之處在于片選信號R／W在E有效時的取值。當(dāng)E為高電平，R／W為高電平時則是單片機執(zhí)行的是讀操作；當(dāng)E為高電平，R／W為低電平時則是單片機執(zhí)行的是寫操作。本設(shè)計采用OCM12864中的OCM12864-5(3 V)和OCM12864-2(5 V)，根據(jù)金鵬電子有限公司提供的讀寫操作時序編程可以實現(xiàn)對液晶模塊的讀寫。

3 硬件設(shè)計
    系統(tǒng)硬件設(shè)計由兩大部分組成：密碼生成器硬件設(shè)計和密碼鎖控制器硬件設(shè)計。
3．1 密碼生成器硬件設(shè)計
    以STC12系列單片機STC12LE5410AD(3 V單片機)為核心，結(jié)構(gòu)框圖如圖3所示。其功能模塊主要由電源電路模塊、鍵盤電路、液晶顯示模塊和指示控制模塊四部分組成的。

    電源模塊設(shè)計采用雙電源切換供電，即既可以通過USB接口供電，也可以通過電池為系統(tǒng)供電。經(jīng)USB或電池引出來的電壓是5 V，再經(jīng)1117-33穩(wěn)壓管穩(wěn)壓之后為CPU提供3．3V電壓。STC12LE5410AD的P1口與鍵盤電路相連接，P3．6接LED燈作為系統(tǒng)的指示燈。P3．0與OCM12864的數(shù)據(jù)／指令引腳RS相連，實現(xiàn)數(shù)據(jù)／指令選擇，當(dāng)RW=1時，數(shù)據(jù)DB0-DB7將送入顯示RAM；當(dāng)RW=0時，數(shù)據(jù)DB0-DB7將送入指令寄存器執(zhí)行。數(shù)據(jù)的讀寫選擇R／W由P3．4來控制。E為0CM12864的液晶屏的讀寫使能端，并通過STC12LE5410AD的P3．2和P3．3選擇OCM12864左半屏和右半屏。除此之外，V0是LCD的調(diào)整電壓，必須與VEE一起與10 k電位器相連，可對液晶屏的對比度進(jìn)行調(diào)整。
3．2 金庫門密碼鎖控制器硬件設(shè)計
    以STC12系列的STC12C5410AD(5V單片機)為核心，結(jié)構(gòu)框圖如圖4所示，主要包括電源電路模塊、液晶顯示驅(qū)動模塊、鍵盤電路模塊、報警輸出模塊以及和STC12C2052AD通信的串口通信模塊、開鎖控制電路。

    在該系統(tǒng)中，電源電路模塊主要是由一個12 V變壓器與一個LM7805穩(wěn)壓器電路所組成的，為CPU提供電壓。由于STC12C5410AD是5 V的單片機，所以液晶顯示模塊同樣采用5 V的OCM12864-2液晶模塊。8位標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)總線與單片機STC12C5410AD的P2口相連接；讀寫選擇管腳R／W與P3．3相連；讀寫使能管腳CS1、CS2分別與P3．7、P3．5相連接；RS與P3．4相連，控制數(shù)據(jù)／指令的選擇。系統(tǒng)包含報警輸出電路，當(dāng)連續(xù)輸入3次錯誤密碼時，則蜂鳴器報警以示警告并啟動報警系統(tǒng)，則再不能做任何的操作，直到輸入正確的內(nèi)置口令才能關(guān)閉報警系統(tǒng)。本系統(tǒng)中，還采用輸入和顯示部分與開鎖控制電路相分開，PCB制作時制作成兩塊板，用串口通信實現(xiàn)兩塊板之間的通信，使密碼比對后的結(jié)果能輸送到STC12C2052AD，實現(xiàn)對機械鎖的控制。

4 軟件設(shè)計
4．1 密碼算法的實現(xiàn)
    密碼算法是本設(shè)計中的一個最重要的部分，當(dāng)用戶使用密碼鎖開鎖時每次輸入的密碼都不一樣。密碼主要由隨機碼、內(nèi)置口令和隨機序號經(jīng)過一定的算法計算出來。
    直接采用C51語言的mad()；語句實現(xiàn)的隨機碼具有一定的隨機順序，每次開機后所得的隨機碼序列基本一樣，屬于偽隨機碼。因此對于保密性產(chǎn)品來說，用rand()；語句具有缺陷。本設(shè)計采用定時器實現(xiàn)隨機序列。定時器設(shè)置為模式2，即可自動重裝載的8位計數(shù)器，初值為100。密碼鎖控制器開機后，定時器開始定時。通過用戶3次按鍵產(chǎn)生中斷，讀取定時器低八位的值，將其轉(zhuǎn)換為十進(jìn)制并取低兩位存到一個預(yù)先定義好的6位數(shù)組中的2個元素。3次按鍵共產(chǎn)生3次2位數(shù)的隨機碼，組成6位隨機碼。該隨機碼重復(fù)概率很小，為1／1 000 000。因此，對定時器的采樣，可實現(xiàn)真正的隨機碼。
    用戶自產(chǎn)生一個2位隨機序號，與隨機碼、密碼生成器的內(nèi)置口令經(jīng)過一定的算法計算生成密碼。密碼鎖控制器根據(jù)用戶輸入的隨機序號和密碼，將隨機序號、隨機碼、以及內(nèi)置口令，利用與密碼生成器生成密碼同樣的算法計算出密碼，與用戶輸入的密碼比較驗證。
    STC單片機自帶EEPROM，用EEPROM來儲存密碼，關(guān)機后密碼不丟失，并可隨意更改密碼。每次開鎖密碼都不一樣，可有效預(yù)防惡意窺測行為，并能清楚進(jìn)出金庫的人員，且無需經(jīng)常更換密碼，方便管理。
4．2 密碼鎖控制器程序流程圖

5 結(jié)束語
    本文設(shè)計的金庫門電子密碼鎖系統(tǒng)，解決了金庫門管理的“一密二鑰三分離”中密碼的管理和分離的規(guī)定。每次開機密碼都不一樣，有效防止密碼泄露，增強了金庫管理的安全性。本電子密碼鎖系統(tǒng)，不僅可以運用于金庫門，同時適用于其他要求高保密性的產(chǎn)品或場所，且一個密碼生成器可配備若干個密碼鎖控制器，方便管理。