КОДОВОЕ УСТРОЙСТВО Российский патент 1997 года по МПК E05B47/00 

Изобретение относится к кодовым устройствам, осуществляющим защиту объектов от несанкционированного доступа.

Целью изобретения является повышение надежности и защищенности устройства при снижении его сложности.

Такое техническое решение позволяет повысить надежность и защищенность устройства от несанкционированного доступа, снизить его сложность за счет выполнения следующих условий.

Во-первых, в качестве элементов воспроизведения кодовых комбинаций использованы цифровые генераторы псевдослучайных последовательностей, представляющие собой сдвиговые регистры, охваченные обратными связями. Такие генераторы при сдвиге кода по разрядам регистра, производимого с некоторой тактовой частотой, формируют на выходе псевдослучайные цифровые последовательности /называемые также последовательностями с максимальной длительностью/, длина которых существенно превышает разрядность регистра. Так, например, длина последовательности максимальной длительности /до начала ее повторения/ для регистра сдвига на 12 разрядов составляет 4095 элементов, а число независимых последовательностей максимальной длительности, формируемых таким регистром /в зависимости от числа и типа введенных обратных связей/, составляет 144 /4/. При этом длина и число формируемых независимых последовательностей резко возрастают с увеличением разрядности регистра. Последовательности максимальной длительности обладают узкими автокорреляционными функциями, что означает, что результат побитового сравнения двух последовательностей, одинаковых по длительности, равен N совпадений /где N длина последовательности/ при совпадении последовательностей и не более N в случае взаимной сдвижки одинаковых последовательностей на любое число шагов M (1<M<N). Такие свойства позволяют использовать генераторы псевдослучайных последовательностей в качестве формирователей определенных кодовых комбинаций значительной длительности, при этом сама кодовая комбинация максимальной длительности для конкретного генератора может быть зафиксирована за счет выбора начального кода, вводимого в регистр, и структуры установленных обратных связей.

Достоинства такого решения заключаются в следующем:
не требуются элементы памяти с большим числом разрядов, что упрощает устройство и снижает его стоимость;
отсутствуют проблемы, связанные с обеспечением надежности долговременного хранения кодовых последовательностей, поскольку при каждом включении устройства происходит независимая генерация одной и той же выбранной цифровой последовательности;
за счет выбора разрядности регистра реализуется требуемое число независимых кодовых комбинаций, чем достигается необходимая защищенность замка, при этом разрядность сдвигового регистра увеличивается несущественно, по сравнению с увеличением длины и числа кодовых комбинаций;
информация выдается в последовательном виде, что исключает необходимость в применении преобразователей параллельный последовательный код, счетчиков адреса и других элементов, что существенно упрощает устройство;
кодовые комбинации могут быть заданы одновременно с монтажом микросхем в устройство либо после этой операции за счет установки сравнительно небольшого числа элементов переключения в некоторое положение, определяющее заносимый в регистр начальный код и структуру обратных связей, что существенно упрощает технологический процесс при производстве.

Во-вторых, исключаются открытые электрические клеммы для обеспечения связей между замком и ключом, что существенно повышает надежность устройства. При этом информационный обмен производится за счет неконтактного обмена данными, например, связей оптического типа, а питающее напряжение для схемы ключа вырабатывается непосредственно в нем за счет обеспечения определенного вида электромагнитной связи между управляемой схемой и ключом в процессе их совместной работы. За счет изменения местоположения элементов связи в системе ключ гнездо для различных вариантов исполнения устройства возможно повышение его защищенности. При таком подходе профиль ключа /и гнезда/ может быть любым: ключ может быть гладким, содержать различные продольные бороздки, иметь овальный, эллипсоподобный профиль и т.п. Все это может являться дополнительными конструктивными элементами, повышающими защищенность устройства.

В-третьих, приведение устройства в рабочее состояние осуществляется при вводе ключа в гнездо за счет неконтактного воздействия управляющего элемента ключа на схему, например за счет воздействия постоянного магнита, размещенного в ключе, на геркон, входящий в состав первого источника питания. При этом через геркон проходит основная цепь питания. Возможность изменения взаимного положения элемента управления и управляемого им элемента от образца к образцу увеличивает защищенность устройства.

На чертеже приведена структурная электрическая схема кодового устройства.

Кодовое устройство конструктивно состоит из ключа и управляемой им схемы и включается в себя первый и второй генераторы кодовых последовательностей 1 и 2, первый и второй приемники 3 и 4, первый и второй передатчики 5 и 6, генератор импульсов 7, устройство временной задержки импульсов 8, однобитовый компаратор 9, реверсивный счетчик 10, управляющее устройство 11, исполнительное устройство 12, генератор временного интервала 13, первую и вторую схемы начальной установки 14 и 15, генератор колебаний 16, первый и второй элементы связи 17 и 18, первый и второй источники питания 19 и 20, элемент управления 21 (см. чертеж). Первый генератор кодовой последовательности 1, первый приемник 3, первый передатчик 5, первая схема начальной установки 14, первый элемент связи 17, второй источник питания 20 и элемент управления 21 конструктивно размещены в ключе, при этом первый приемник 3, первый генератор кодовой последовательности 1 и первый передатчик 5 соединены последовательно, выход первой схемы начальной установки подключен к управляющему входу первого генератора кодовой последовательности 1, а выход первого элемента связи 17 соединен с входом второго источника питания 20.

Управляемая схема конструктивно содержит все остальные элементы из перечисленных выше, при этом генератор импульсов 7, устройство временной задержки импульсов 8, реверсивный счетчик 10, управляющее устройство 11 и исполнительное устройство 12 соединены последовательно, соединенные вместе входы второго генератора кодовой последовательности 2, второго передатчика 6 и генератора временного интервала 13 подсоединены дополнительно к выходу генератора импульсов 7, выходы генератора кодовой последовательности 2 и второго приемника 4 подключены соответственно к первому и второму входам однобитового компаратора 9, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим входам реверсивного счетчика 10, выход второй схемы начальной установки 15 подключен к соединенным вместе управляющему входу второго генератора кодовой последовательности 2, третьему управляющему входу реверсивного счетчика 10 и управляющему входу генератора временного интервала 13, выход которого подключен к управляющему входу управляющего устройства 11, выход генератора колебаний 16 соединен с входом второго элемента связи 18.

При этом управляемая схема конструктивно имеет гнездо, совпадающее по профилю с поперечным профилем ключа, при вводе ключа в гнездо первый передатчик 5 и второй приемник 4 конструктивно образуют защищенную систему передачи данных, второй передатчик 6 и первый приемник 3 конструктивно образуют защищенную систему передачи данных, первый и второй элементы связи 17 и 18 конструктивно образуют линию электромагнитной передачи энергии, элемент управления 32 и первый источник питания 19 конструктивно образуют схему дистанционного управления.

Первый и второй генераторы кодовых последовательностей 1 и 2 могут быть выполнены на основе регистров сдвига, охваченных обратными связями. При этом длина кодовой последовательности /длина псевдослучайной последовательности до начала повторения кодовой комбинации/ определяется разрядностью сдвигового регистра, вид последовательности структурой введенных обратных связей и начальным кодом, заносимым в регистр.

Первый и второй приемники 3 и 4 могут быть выполнены, например, на основе оптических управляемых элементов, фотодиодов, фоторезисторов и т.п.

Первый и второй передатчики 5 и 6 могут быть выполнены, например, на основе оптических излучающих элементов светодиодов.

Генератор импульсов 7 может быть выполнен по любой известной схеме генератора коротких прямоугольных импульсов при реализации режима включения начала генерации с некоторой задержкой по отношению к моменту подачи питающего напряжения.

Устройство временной задержки импульсов 8 может быть выполнено по любой известной схеме. Импульс на выходе этого устройства задерживается на некоторый временной интервал по отношению к входному импульсу.

Однобитовый компаратор 9 может быть выполнен по схеме последовательно включенных сумматора по модулю два и инвертора. При этом первый и второй входы сумматора и его выход являются соответственно первым и вторым входами и первым выходом однобитового компаратора 9, а выход инвертора является вторым выходом однобитового компаратора 9.

Реверсивный счетчик 10 может быть выполнен, например, по схеме синхронного двоичного реверсивного счетчика с параллельным переносом. При этом входом, выходом, первым, вторым и третьим управляющими входами счетчика 10 являются соответственно счетный вход, выход старшего разряда, вход управления направлением счета "сложение", вход управления направления счета "вычитание", вход начальной установки.

Устройство управления 11 может быть выполнено по любой схеме и генерирует на выходе управляющий сигнал требуемого вида при поступлении на вход либо одного импульса, либо перепада уровней, при возможности блокировки /невосприятия/ входного воздействия при отсутствии разрешающего сигнала /уровня/ на его управляющем входе.

Исполнительное устройство 12 может быть любым, например электромагнитом, электрическим реле, исполнительным механизмом и т.п.

Генератор временного интервала 13 может быть выполнен по любой известной схеме, обеспечивающей при включении одноразовое появление на выходе одиночного импульса прямоугольной формы заданной длительности при поступлении на вход одного либо нескольких импульсов.

Устройства начальной установки 14 и 15 могут быть выполнены по любым известным схемам.

Генератор колебаний 16 может быть выполнен по схеме генератора гармонических колебаний, например высокочастотного генератора электрических колебаний.

Элементы связи 17 и 18 обеспечивают бесконтактную передачу энергии между собой и могут основываться на принципах преобразования электрических величин в электрические с использованием связей емкостного, электромагнитного, оптического, акустического типа и т.п.

Источник питания 19 может быть выполнен по любой известной схеме с дистанционно управляемым включением, например с подачей питающего напряжения за счет замыкания герконового контакта, установленного в выходной цепи источника, при воздействии на геркон магнитного поля от постоянного магнита.

Источник питания 20 может быть выполнен по схеме выпрямителя колебаний со сглаживающим фильтром.

Элемент управления 21 обеспечивает дистанционное управление источников питания 19 и может быть выполнен, например, на основе постоянного магнита.

Устройство, управляемое ключом, работает следующим образом.

В режиме ожидания вынут ключ из гнезда схемы, элемент управления 32 не воздействует на первый источник питания 19, в результате чего источник 19 выключен, схема обесточена, исполнительное устройство 12 не работает.

При вводе ключа в гнездо схемы и условии взаимного расположения элемента управления 21 и источника питания 19, обеспечивающего дистанционное управляющее воздействие, источник питания 19 включается, в результате питающее напряжение подается на все элементы схемы, генератор колебаний 16 начинает вырабатывать сигнал, который через первый и второй элементы связи 17 и 18 поступает на вход второго источника питания 20, в результате чего питающее напряжение подается и на элементы, конструктивно размещенные в ключе. Следует отметить, что запитка этих элементов происходит только в случае достижения требуемой взаимной ориентации элементов связи 17 и 18, обеспечивающей преобразование и передачу энергии от генератора 16 к второму источнику питания 20.

Одновременно с появлением питающих напряжений первая схема начальной установки 14 сигналом, воздействующим на управляющий вход первого генератора кодовой последовательности 1, производит занесение в его регистр начального многозвенного кода, значение которого выбирается и жестко устанавливается для генератора 1 на стадии производства за счет определенной структуры внутренних либо внешних установочных элементов /перемычек/. Аналогичная процедура выполняется второй схемой начальной установки 15 по отношению к второму генератору кодовой последовательности 2 и реверсивному счетчику 10 посредством сигнала, поступающего соответственно на управляющий и третий управляющий входы этих устройств. При этом кодовая комбинация, устанавливаемая в реверсивном счетчике 10, соответствует 0,5 от максимального значения для этого счетчика. Второй схемой начальной установки 15 также проводится начальная установка генератора временного интервала 13.

По истечении некоторого временного интервала с момента подачи питающего напряжения генератор импульсов 7 начинает генерировать на своем выходе непрерывную последовательность тактовых импульсов. Эти импульсы, поступая на вход генератора кодовой последовательности 2, вызывают появление на его выходе логических уровней, соответствующих элементам генерируемого логического кода. При этом частота появления элементов кода на выходе генератора 2 соответствует частоте тактовых импульсов.

Последовательность тактовых импульсов также поступает на вход второго передатчика 6, который преобразует электрические импульсы в световые. При выполнении условий согласованной взаимной ориентации передатчика 6 с первым приемником 3 при вводе ключа в гнездо, излучаемые передатчиком 6 световые импульсы, воздействуют на оптический приемник 3, в результате чего он вырабатывает на своем выходе электрические импульсы, поступающие на вход первого генератора кодовой последовательности 1. Эти импульсы вызывают появление на выходе генератора 1 логических уровней, соответствующих элементам генерируемого им двоичного кода. При этом частота появления элементов кода на выходе генератора 1 также соответствует частоте тактовых импульсов. С выхода генератора 1 импульсы поступают на вход первого передатчика 5, преобразуются им в световую форму и воздействуют, при выполнении условия согласованной взаимной ориентации, на второй оптический приемник 4, в результате чего опять преобразуются в электрическую форму на его выходе.

Таким образом, на первый и второй входы однобитового компаратора 9 с частотой тактовых импульсов синхронно поступают логические уровни, соответствующие элементам кодов, вырабатываемых вторым и первым генератором кодовых последовательностей 1 и 2.

При совпадении логических уровней, одновременно присутствующих на входах однобитового компаратора 9, на его первом выходе появляется управляющий потенциал, под действием которого реверсивный счетчик 10 переходит в режим "сложение". При несовпадении логических уровней, одновременно присутствующих на входах однобитового компаратора 9, на его втором выходе появляется управляющий потенциал, под действием которого реверсивный счетчик 10 переходит в режим "вычитание". На вход реверсивного счетчика 10 от генератора 7 через устройство временной задержки импульсов 8 поступает последовательность тактовых импульсов. За счет временной задержки в устройстве 8 импульсы поступают на вход счетчика 10 в моменты, когда однобитовый компаратор 9 закончил сравнение логических уровней для текущих значений входных кодов и когда счетчик 10 устойчиво находился в одном из своих управляемых состояний - "сложение" или "вычитание". В зависимости от своего текущего состояния счетчик 10 при поступлении на вход очередного тактового импульса увеличивает либо уменьшает на единицу свое значение.

При попарном совпадении всех элементов кодов, генерируемых генераторами кодовых последовательностей 1 и 2, в процессе счета значение счетчика 10 непрерывно увеличивается, в результате чего в некоторый момент времени происходит его переполнение и на его выходе появляется управляющий перепад логических уровней, воздействующий на вход управляющего устройства 11. Это устройство при наличии разрешающего сигнала на управляющем входе, поступающего с выхода генератора временного интервала 13, вырабатывает на своем выходе управляющий сигнал, приводящий в действие исполнительное устройство 12. В результате рассмотренной последовательности воздействия происходит срабатывание схемы, управляемой ключом, и достигается требуемый выходной эффект.

В случае частичного несовпадения сравниваемых элементов кодовых последовательностей значение счетчика 10 в результате случайных во времени переходов от режима "сложение" к режиму "вычитание" постоянно изменяется, испытывая колебания относительно среднего значения, занесенного в счетчик при включении устройства. При этом максимальное отклонение значения счетчика 10 от среднего значения не превышает где N длина последовательности максимальной длительности, генерируемой генератором 2. За счет выбора разрядности счетчика 10 такие колебания его значений не выходят за пределы разрядной сетки и не вызывают переполнения счетчика 10. Поэтому управляющее воздействие на исполнительное устройство 12 исключается и схема управления ключом остается сколь угодно долго в неактивизированном состоянии.

Для повышения защищенности устройства введен режим, при котором управляющее воздействие на входе устройства управления 11 может привести к активизации исполнительного устройства 12 только в том случае, если оно поступило в течение некоторого временного интервала с момента ввода ключа в гнездо управляемой схемы. Этот временной интервал устанавливается за счет подачи разрешающего воздействия от генератора временного интервала 13 на управляющий вход устройства управления 11. Генератор временного интервала 13 запускается первым импульсом, пришедшим на его вход с выхода генератора импульсов 7. По истечении установленного временного интервала разрешающий потенциал на выходе генератора 13 исчезает, в результате чего устанавливается режим запрещения активизации устройства управления 11, что исключает возможность срабатывания исполнительного устройства 12.

Использование изобретения повышает надежность устройства.

Использование: электронные устройства, осуществляющие защиту объектов от несанкционированного доступа, в первую очередь, в составе замков любой степени защищенности. Сущность изобретения: устройство состоит из ключа и управляемой им схемы, и содержит два генератора псевдослучайных последовательностей, два приемника, два передатчика, генератор импульсов, схему задержки, однобитовый компаратор, реверсивный счетчик, управляющее и исполнительное устройства, генератор временного интервала, две схемы начальной установки, генератор колебаний, два элемента связи, два источника питания и элемент управления. При вводе ключа в гнездо управляемой схемы происходит активизация устройства в течение некоторого временного интервала, при этом происходит поэлементное сравнение кодовых последовательностей, вырабатываемых двумя генераторами псевдослучайных последовательностей. В случае их совпадения включается исполнительное устройство. 1 ил.

Кодовое устройство, состоящее из ключа и управляемой им схемы, ключ содержит первую схему начальной установки, а управляемая им схема содержит генератор импульсов, однобитовый компаратор, вторую схему начальной установки, включенные последовательно управляющее устройство и исполнительное устройство, а также первый источник питания, отличающееся тем, что в него введены размещаемые в ключе элемент управления, последовательно соединенные первый элемент связи и второй источник питания, а также соединенные последовательно первый приемник, первый генератор кодовой последовательности и первый передатчик, а также размещаемые в управляемой схеме второй генератор кодовой последовательности, реверсивный счетчик, второй приемник, второй передатчик, устройство временной задержки импульсов, генератор временного интервала, генератор колебаний и второй элемент связи, при этом генератор импульсов, устройство временной задержки импульсов и реверсивный счетчик соединены последовательно, выход реверсивного счетчика подключен к входу управляющего устройства, соединенные вместе входы второго передатчика, второго генератора кодовой последовательности и генератора временного интервала подсоединены дополнительно к выходу генератора импульсов, выходы второго генератора кодовой последовательности и второго приемника подключены соответственно к первому и второму входам однобитового компаратора, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим входам реверсивного счетчика, выход первой схемы начальной установки подключен к управляющему входу первого генератора кодовой последовательности, выход второй схемы начальной установки подключен к соединенным вместе управляющему входу второго генератора кодовой последовательности, третьему управляющему входу реверсивного счетчика и управляющему входу генератора временного интервала, выход которого подключен к управляющему входу управляющего устройства, выход генератора колебаний соединен с входом второго элемента связи, при этом при вводе ключа к гнездо управляемой схемы первые приемник и передатчик, а также вторые приемник и передатчик конструктивно образуют первую и вторую защищенные системы передачи данных, первый и второй элементы связи конструктивно образуют линию передачи электромагнитной энергии, элемент управления и первый источник питания конструктивно образуют схему дистанционного управления.