汽車無源防盜系統(tǒng)的方案設(shè)計及考慮事項解析

系統(tǒng)接口：邏輯層

　　物理層上面是邏輯層。這一層涉及磁場上數(shù)據(jù)傳輸和編碼的特性及要求。它適用于從汽車到密鑰卡 (通常被稱為“下行鏈路”)，以及從密鑰卡到汽車的雙向數(shù)據(jù)傳輸 (被稱為“上行鏈路”)。

下行鏈路

　　下行鏈路的信息采用脈沖長度調(diào)制方法：一般是二進(jìn)制脈沖長度調(diào)制 (BPLM) 或 Quad 脈沖長度調(diào)制 (QPLM))來進(jìn)行編碼。這種方法基于插入一個長度固定的載波場時隙“Tgap”，并設(shè)置時隙到時隙的時間間隔，以預(yù)先確定次數(shù)：T0 對應(yīng)于邏輯“0”，T1 對應(yīng)于邏輯“1”。這種方案的好處是它把從汽車到密鑰卡的能量傳輸嵌入到數(shù)據(jù)編碼中，并確保密鑰卡有足夠的供能用于處理被編碼的數(shù)據(jù)。不過，這種編碼方法也有一個缺點，那就是數(shù)據(jù)傳輸波特率必須依賴于正在發(fā)送的數(shù)據(jù)位流的邏輯值，因為每一個二進(jìn)制狀態(tài)的傳輸時間都是不同的。圖4給出了這種編碼方法的更詳盡的圖解。

圖4 BPLM編碼方法

　　QPLM 是BPLM 的一種變體。利用這種調(diào)制方法，一個時隙后傳輸兩個比特位，于是在收發(fā)器端有更多的能量可用。此外，其平均波特率比BPLM的高。除了允許的狀態(tài)數(shù)目從2擴(kuò)展到4，而預(yù)定的時隙間隔被擴(kuò)展以覆蓋更多的狀態(tài)之外，這種編碼方法與BPLM的基本實現(xiàn)原理是相同的。圖5所示為QPLM的直觀表示。

圖5 QPLM編碼方法

上行鏈路

　　從用戶密鑰卡到車載基站的信息通信一般采用曼徹斯特 (Manchester) 或雙相 (Bi-phase) 編碼。這些編碼方法都共有一些不同于下行鏈路的特性：A) 被編碼位流的平均占空比總是為50%；B) 發(fā)送被編碼數(shù)據(jù)的時間只依賴于波特率。上述兩種編碼技術(shù)都能夠從被編碼數(shù)據(jù)流中提取時鐘，這是因為編碼位流中的所有時間段都被量子化為T 或 2T (T 表示 “半個比特位”)。數(shù)據(jù)率固定為1/(2T)。時鐘提取只需要檢測最小時間段因子T，并使其相位與被編碼的位流同步即可。

圖6 曼徹斯特 (Manchester) 和雙相 (Bi-phase) 編碼

協(xié)議層

　　協(xié)議層定義各個數(shù)據(jù)位的分組，以實現(xiàn)車載基站和密鑰卡之間的通信。它定義有多少個比特位，以及它們按什么順序在讀取器和收發(fā)器之間進(jìn)行傳輸。打個簡單的比方，這就類似于使用單詞構(gòu)成句子的語法規(guī)則。協(xié)議層就象由邏輯層構(gòu)成的句子，而邏輯層則相當(dāng)于單詞。它形成一組固定的命令及其允許的應(yīng)答。

驗證

　　驗證是用來描述判斷駕駛員是否有權(quán)啟動汽車這一個過程的術(shù)語。最簡單的驗證形式被稱為單向驗證 (unilateral authentication)，這種情況下，汽車對密鑰卡進(jìn)行“測試”，以確定它是否與汽車匹配。若在這一過程中再增加一個步驟，即讓鑰匙也對汽車進(jìn)行“測試”，判斷其是否匹配，這時就成為了雙向或交互式驗證。顯然，增加的這一步驟提高了安全強(qiáng)度，不過代價是驗證時間延長。

單向驗證

　　一般而言，單向驗證協(xié)議由汽車發(fā)起，并包含以下幾個步驟：

　　1) 汽車讀取密鑰卡的唯一ID (不會與密鑰混淆)

　　2) 汽車產(chǎn)生一個隨機(jī)數(shù)詢問(challenge)，并發(fā)送給密鑰卡

　　3) 密鑰卡對詢問進(jìn)行加密(使用密鑰)，然后向汽車發(fā)送應(yīng)答(response)

　　4) 汽車對密鑰卡的應(yīng)答與自己計算的應(yīng)答進(jìn)行比較 (使用相同的密鑰和詢問)

　　注：汽車必須擁有密鑰卡的密鑰，這一過程才能成功完成。共享密鑰的過程被稱為“Key Learn”，下一節(jié)將詳細(xì)闡述。

圖7 單向驗證