基于无线安全智能锁具及其软件控制系统 .doc

基于无线安全的智能锁具及其软件控制系统 ?? 　　摘要：为了解决当前市场中智能门锁存在的不足，提出了一种基于无线安全的智能锁具及其软件控制系统的总体框架、设计思想及实现方案。在该方案中，智能手机与门锁进行交互，实现开锁、关锁、查看日志等操作。并且采用安全的WIFI链接、注册码机制、用户派生机制、门锁数据库SHA256加密等方法多维度地提高门锁的安全性。将认证服务器、数据库等高度集成于一体，成本低、易于操作，同时，采用冗余的供电方式提高了系统可靠性。测试证明，该系统实现了预期功能，能够满足市场需求 关键词：智能门锁；WIFI；SHA256；注册码机制；用户派生机制 DOIDOI：10.11907/rjdk.161733 中图分类号：TP319 文献标识码：A文章编号文章编号2016）009009403 基金项目基金项目：陕西省大学生创新创业项目（201510704046） 作者简介作者简介：田红鹏（1970-），男，陕西西安人，西安科技大学计算机科学与技术学院副教授，研究方向为互联网技术、嵌入式系统、图像处理 0引言 近年来，智能家居的热潮席卷国内外，其作为现代电子技术、自动化技术及通信技术相结合的产物，能够自动控制和管理家电设备，对家庭环境的安全进行监控报警，并且能够为住户提供安全舒适、高效便利的学习生活及工作环境。在国外，智能家居的方案和技术比较成熟，已在美国、新加坡、日本等国有广泛应用，并且智能家居的产品销售额每年以大幅度比例增长。而在国内，智能家居的起步比较晚，但随着科技的提高和经济的发展，人们对家居环境有了更高要求，因此智能家居在国内打开了一片市场，正以飞快的速度发展 智能家居时代的到来促使诸多传统的生活用品正面临着淘汰与革新，加之城市化加快、生活压力加大等一系列不和谐因素导致一个个居室犯罪的案例，使得人们愈来愈感受到自己的生命与财产安全受到严重威胁。而门锁作为家居中第一道安防设备，自然而然成为人们关注的焦点。因此智能门锁顺势而生，它符合现代人既注重安全又崇尚简单快捷的需求，而且不排斥传统门锁使用方法，将成为最有前途的智能家居产品。但同时智能门锁也面临着更高要求的安全性、可靠性、便捷性的挑战[1] 因此，本文提出一种基于无线安全的智能锁具及其软件控制系统的总体框架、设计思路以及实现方案，并分析了系统的功能、性能和特点 1系统设计 1.1总体设计 本系统由手机客户端、嵌入式门锁系统、电能与动能模块、外部锁体4部分组成，系统整体结构如图1所示 （1）手机客户端。手机客户端是基于Android平台而开发，主要为用户提供友好的操作平台并作为连接门锁服务器的接口。其操作项有注册、登陆、开锁、关锁、查看日志、生成注册码、退出和注销等，用户可根据自己的需求点击按钮向服务器传递相对应的指令，从而实现相应的功能 （2）嵌入式门锁系统。嵌入式门锁系统基于RT5350开发板进行开发，其中RT5350开发板内嵌了内部服务器、内部数据库服务器、内部证书服务器以及自带的WIFI模块：内部服务器主要提供连接手机客户端的接口，完成与手机之间的通信；内部数据库服务器存储已注册用户的用户名和密码并进行哈希SHA256加密，为之后的登陆做验证匹配；内部证书服务器为注册成功的用户颁发认证证书，确保登陆用户的安全性；自带的WiFi模块作为网关实现了手机客户端与内部服务器之间的信息通信 （3）电能与动能模块。电能与动能模块由步进电机和供电设备组成，步进电机是本系统的唯一动力提供者，它一端与RT5350开发板引脚相连，通过步进电机驱动器接收指令正转或反转，另一端门锁相连，带动门锁转动。供电模块是本系统的能量提供者，考虑到可能停电的问题，采用市电和备用电组合的方式，使门锁不间断使用 （4）外部锁体是本系统的基本硬件设备、整个控制系统的承载者 1.2功能分析 综合市场需求，设计智能门锁的总体原则是：高安全性、高可用性、高可靠性、高稳定性、高扩展性、低成本、易操作性。本系统的基本功能如下： （1）手机智能安全连接门锁。手机靠近门锁时，连接由门锁服务器发出的安全WiFi信号[2]，再通过TLS与服务器端建立安全的通信链路 （2）用户登录。当用户输入用户名、密码登陆手机APP时，首先会验证用户码的合法性，再次连接数据库服务器，验证密码的正确性，最后发送证书并且证书验证通过，则显示登陆成功，否则登陆失败，返回到输入信息界面 （3）用户认证。从两个方面进行用户认证：一是登陆时输入密码进行SHA256（SHA256（password）+salt）运算，运算得出的值再与数据库内存储的psd值进行比对，如相同，则用户合法；二是证书认证机制，用户登录时，将证书