ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК Российский патент 2003 года по МПК E05B49/00 

Предлагаемый замок относится к технике защиты различных объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц, в частности к электронным замкам для защиты жилых квартир от злоумышленников.

Известны электронные замки (авт. свид. СССР 358.495, 475.450, 506.693, 592.693, 699.155, 878.889, 1.000.547, 1.201.472, 1.252.468, 1.326.718, 1.776.744; патенты РФ 2.002.020, 2.037.046, 2.043.476, 2.159.836, 2.182.636; патенты США 4.831.860, 5.209.088; патенты Великобритании 2.141.774, 2.261.254; патенты ФРГ 3.407.128, 3.907.326; патенты Франции 2.559.193, 2.692.309; патенты Японии 59-192.167, 60-29.912 и другие).

Из известных устройств наиболее близким к предлагаемому является "Электронный замок" (патент РФ 2.159.836 Е 05 В 49/00, 2000), который и выбран в качестве прототипа.

В указанном электронном замке защита охраняемых объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц достигается применением сложных сигналов с фазовой манипуляцией, которые обладают высокой энергетической и структурной скрытностью. Однако это обстоятельство не обеспечивает криптографической защиты охраняемых объектов.

Криптографические методы являются наиболее эффективными методами защиты охраняемых объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц. Это специальные методы шифрования, кодирования и преобразования информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

Технической задачей изобретения является повышение эффективности защиты охраняемых объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц путем использования в электронном замке криптографического ключа.

Поставленная задача решается тем, что электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, к выходу которого последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, и фильтр нижних частот, последовательно включенные блок памяти, коррелятор, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде генератора модулирующего кода и последовательно включенных первого колебательного контура, средства преобразования частоты, фазового манипулятора и второго колебательного контура, снабжен цифровыми скремблером и дескремблером, причем выход генератора модулирующего кода через цифровой скремблер соединен с вторым входом фазового манипулятора, выход фильтра нижних частот через цифровой дескремблер соединен с вторым входом коррелятора.

Структурная схема предлагаемого электронного замка представлена на фиг. 1. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы электронного замка, изображены на фиг.2.

Электронный замок содержит элементы 1 и 2 включения, выполненные, например, в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный механизм 3, радиопередатчик 4, радиоприемник 5, средство 6 для кодирования, индуктивности 7 и 8, средство 9 преобразования частоты, генератор 10 модулирующего кода, фазовый манипулятор 11, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14, фильтр 15 нижних частот, блок 16 памяти, коррелятор 17, пороговый блок 18, цифровой скремблер 19 и цифровой дескремблер 20. Причем между колебательными контурами (индуктивностями) 7 и 8 последовательно включены средство 9 преобразования частоты и фазовый манипулятор 11, второй вход которого через цифровой скремблер 19 соединен с выходом генератора 10 модулирующего кода. К выходу радиоприемника 5 последовательно подключены первый перемножитель 12, второй вход которого соединен с выходом фильтра 15 нижних частот, узкополосный фильтр 14, второй перемножитель 13, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника 5, фильтр 15 нижних частот, цифровой дескремблер 20, коррелятор 17, второй вход которого соединен с выходом блока 16 памяти, пороговый блок 18 и исполнительный блок 3, кинематически связанный с механическим замком 1 с выключателем 2 питания, соединенным с радиопередатчиком 4 и радиоприемником 5.

Электронный замок работает следующим образом.

При нажатии на ручку 1 замка замыкаются контакты, подавая питание на радиопередатчик 4 и радиоприемник 5. Радиопередатчик 4 излучает в эфир сигнал высокой частоты:
U_c(t)=V_c•cos (W_ct + ϕ_c), 0 ≤t ≤T_c,
где V_c, W_с, ϕ_c, Т_с - амплитуда, несущая частота, начальная фаза и длительность сигнала.

Причем длительность Т_с сигнала определяется временем нажатия на ручку 1 замка.

Указанный сигнал принимается индуктивностью 7 (контуром), настроенным на несущую частоту W_с, и поступает на вход средства 9 преобразования частоты, на выходе которого образуется напряжение промежуточной частоты (фиг.2, а)
U_np(t)=V_np •cos (W_пр + ϕ_пр), 0 ≤t ≤Т_с.

Это напряжение поступает на первый вход фазового манипулятора 11, на второй вход которого подается модулирующий код M(t) (фиг.2, б) с выхода генератора 10 модулирующего кода через цифровой скремблер 29.

Цифровой скремблер 19 реализует цифровой метод закрытия передаваемого сообщения. При этом условно можно выделить четыре основные группы:
1. Подстановка - символы дискретного сообщения заменяются другими символами в соответствии с заранее определенным правилом.

2. Перестановка - символы дискретного сообщения переставляются по некоторому правилу в пределах заданного блока передаваемого дискретного сообщения.

3. Аналитическое преобразование - шифруемое сообщение преобразуется по некоторому аналитическому правилу.

4. Комбинированное преобразование - исходное дискретное сообщение шифруется двумя или большим числом способов шифрования.

На выходе фазового манипулятора 11 образуется фазоманипулированный (ФМН) сигнал на промежуточной частоте (фиг.2, в)
U_l(t)=V₁•cos [W_пр t+ϕ_к(t)+ϕ_пр], 0 ≤t ≤T_c,
где ϕ_к(t) = {0,π} - манипулируемая составляющая фазы, отображающая закон фазовой манипуляции в соответствии с модулирующим кодом M(t) (фиг.2, б), причем ϕ_к(t) = const при Kτ_э≤t≤(K+1)τ_э и может изменяться скачком при t=Kτ_э, т.е. на границах между элементарными посылками (К=1, 2,...N - 1):
τ_э, N - длительность и количество элементарных посылок, из которых составлен сигнал длительностью Т_c (Т_c=N•τ_э),
который излучается в эфир посредством индуктивности (контура) 8, настроенной на промежуточную частоту W_np.

Указанный ФМН-сигнал принимается радиоприемником 5, настроенным на промежуточную частоту W_np, и поступает на выходы перемножителей 12 и 13. На второй вход перемножителя 13 с выхода узкополосного фильтра 14 подается опорное напряжение (фиг.3, г):
U₀(t)=V₂•cos (W_пр t + ϕ_пр), 0 ≤t ≤T_с.

В результате перемножения указанных сигнала и напряжения образуется результирующее колебание:
U_Σ(t) = V₂•cosϕ_к(t)+V₂•cos[2W_прt+ϕ_к(t)+2ϕ_пр],
где V₂=1/2 K₁• V₀• V_np;
K₁ - коэффициент передачи перемножителя. Аналог модулирующей функции (фиг.2, д):
U_н(t)=V₂ •cosϕ_к(t)
выделяется фильтром 15 нижних частот и подается на вход цифрового дескремблера 20 и на второй вход перемножителя 12, на выходе которого образуется гармоническое колебание

0≤t≤T_c,
где V₃=1/2 K₁•V₁• V₂• V₀=2V₃
Данное колебание выделяется узкополосным фильтром 14 и подается на второй вход перемножителя 13.

Следовательно, перемножители 12 и 13, узкополосный фильтр 14 и фильтр 15 нижних частот обеспечивают выделение модулирующего кода M(t) из принимаемого ФМН-сигнала, т.е. синхронное его детектирование.

Необходимым условием синхронного детектирования ФМН-сигналов является наличие в точке приема опорного напряжения, имеющего постоянную начальную фазу и частоту, равную частоте принимаемого сигнала. Для выделения опорного напряжения непосредственно из принимаемого ФМН-сигнала разработан ряд интересных и оригинальных устройств (например, схемы Пистолькорса А.А., Сидорова В.И., Костаса Д.Ф., Травина Г.А. и др.).

Однако указанным устройствам присуще явление "обратной работы", которое делает невозможным достоверное синхронное детектирование ФМН-сигналов.

Применяемые блоки, обеспечивающие синхронное детектирование принимаемого ФМН-сигнала, свободны от явления "обратной работы" и позволяют достоверно выделять модулирующий код М(t) (его аналог) из принимаемого ФМН-сигнала.

Аналог модулирующего кода U_н(t) (фиг.2, д) с выхода фильтра 15 нижних частот поступает на вход цифрового дескремблера 20. Принцип работы цифрового дескремблера 20 соответствует принципу работы цифрового скремблера 19, но имеет противоположный характер. На выходе дескремблера образуется исходный модулирующий код, который поступает на первый вход коррелятора 17, на второй вход которого подаются модулирующие коды M_l(t) - M_n(t), записанные заранее в блоке 16 памяти, где n - количество сотрудников, имеющих доступ к электронному замку, а следовательно, и санкционированный доступ к объекту охраны.

Каждый сотрудник объекта охраны имеет свой индивидуальный модулирующий код, который записан в блоке 16 памяти и в персональном ключе (средство 6 для кодирования). Выделенный из принимаемого ФМН-сигнала аналог модулирующего кода в корреляторе 17 со своим прототипом, записанным в блоке 16 памяти, образует максимальное напряжение, пропорциональное корреляционной функции R(τ). Это напряжение превышает пороговый уровень V_пор в пороговом блоке 18. Пороговый уровень V_nop выбирается таким, чтобы его превышали только максимальные значения корреляционных функций. При превышении порогового напряжения V_nop в пороговом блоке 18 формируется управляющее напряжение, которое включает исполнительный механизм 3.

При отсутствии вблизи электронного замка средства 6 для кодирования, которое может быть выполнено в виде ключа или брелка, сигнал на первом входе коррелятора 17 отсутствует и замок не открывается. Замок не открывается и в том случае, когда модулирующий код, записанный в брелке его владельца, не соответствует ни одному из кодов М_l(t)-M_n(t), записанных в блоке 16 памяти.

Таким образом, предлагаемый электронный замок по сравнению с прототипом и другими техническими решениями аналогичного назначения обеспечивает повышение эффективности защиты охраняемых объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц. Это достигается использованием в электронном замке криптографического ключа. Причем электронный замок приобретает три уровня защиты от несанкционированного доступа к охраняемым объектам посторонних лиц: энергетический, структурный и криптографический. Первые два уровня достигаются применением сложных сигналов с фазовой манипуляцией. Третий, криптографический, уровень обеспечивается специальными методами шифрования, кодирования и преобразования конфиденциальной дискретной информации, в результате которых ее содержание становится недоступным без предъявления ключа криптограммы и обратного преобразования.

Замок относится к технике защиты различных объектов от несанкционированного доступа посторонних лиц и способствует повышению эффективности защиты охраняемых объектов путем использования криптографического ключа. Электронный замок содержит элементы включения, выполненные в виде механического замка с электрическим контактом, исполнительный механизм, радиопередатчик, радиоприемник, средство для кодирования, индуктивности, средство преобразования частоты, генератор модулирующего кода, фазовый манипулятор перемножители, узкополосный фильтр, фильтр нижних частот, блок памяти, коррелятор и пороговый блок. Дополнительно замок имеет цифровой скремблер и цифровой дескремблер. Выход генератора модулирующего кода через скремблер соединен с вторым входом фазового манипулятора, выход фильтра нижних частот через дескремблер соединен с вторым входом коррелятора. 2 ил.

Электронный замок, содержащий расположенные на объекте охраны радиопередатчик, радиоприемник, к выходу которого последовательно подключены первый перемножитель, второй вход которого соединен с выходом фильтра нижних частот, узкополосный фильтр, второй перемножитель, второй вход которого соединен с выходом радиоприемника, и фильтр нижних частот, последовательно включенные блок памяти, коррелятор, пороговый блок и исполнительный блок, кинематически связанный с механическим замком, и элементы включения, выполненные в виде механического замка с выключателем питания, соединенного с радиопередатчиком и радиоприемником, а также средство для кодирования, расположенное вне объекта охраны и выполненное в виде генератора модулирующего кода и последовательно включенных первого колебательного контура, средства преобразования частоты, фазового манипулятора и второго колебательного контура, отличающийся тем, что он снабжен цифровыми скремблером и дескремблером, причем выход генератора модулирующего кода через цифровой скремблер соединен с вторым входом фазового манипулятора, выход фильтра нижних частот через цифровой дескремблер соединен с вторым входом коррелятора.