ЭЛЕКТРОННЫЙ ЗАМОК Российский патент 2004 года по МПК E05B47/00 G08B13/22 

Изобретение относится к технике защиты различных объектов от несанкционированного доступа.

Известен электронный кодовый замок (см. а.с. СССР 1339229 от 08.04.86 г. , МКИ: Е 05 В 47/00, "Кодовый замок", авторы М.Н.Бобов и др., опубл. 23.09.87 г. , БИ 35), содержащий блок набора кода, блок выявления ложного кода, блок приема кода, блок приема кода разблокировки, триггер, элемент И, счетчик, коммутатор, реле времени, элемент НЕ, дополнительный элемент И, исполнительный блок и индикатор. Первый выход блока набора кода соединен с первым входом блока выявления ложного кода, второй выход соединен с первым входом блока приема кода, третий выход - с первым входом блока приема кода разблокировки, второй вход которого соединен с выходом триггера и первым входом элемента И. Выход блока приема кода разблокировки соединен со вторым входом элемента И, выход которого соединен с установочным входом счетчика, своим счетным входом соединенного с выходом блока выявления ложного кода и первым входом коммутатора, вторым входом соединенного с выходом счетчика. Первый выход коммутатора соединен со вторым входом блока приема кода и первым входом триггера, второй выход - с первым входом реле времени, второй вход которого подключен к первому выходу блока приема кода и второму входу триггера. Первый выход реле времени соединен с третьим входом блока приема кода и вторым входом блока выявления ложного кода, второй выход - с первым входом исполнительного блока, ко второму входу которого подключен второй выход блока приема кода. Третий выход реле времени соединен с первым входом дополнительного элемента И, ко второму входу которого через элемент НЕ подключен выход триггера. К выходу дополнительного элемента И подключен вход индикатора.

Недостатками электронного кодового замка являются его сложность, обусловленная сложным алгоритмом работы, и ограниченность функциональных возможностей, обусловленная, в частности, тем, что после определенного количества ошибок при наборе кода он блокируется и не позволяет переключиться на другой эталонный код и открыть его другим кодом.

Наиболее близким по совокупности существенных признаков к заявляемому изобретению является электронный замок (см. а. с. СССР 1262018 от 24.04.85 г. , МКИ: Е 05 В 47/00, 47/02, 49/00, "Электронный замок", авторы С.П.Клокоцкий и М.Н.Бобов, опубл. 07.10.86 г., БИ 37), содержащий блок набора кода, блок приема кода, блок сравнения, блок памяти, исполнительный блок, счетчик, блок индикации, n дополнительных блоков памяти, селектор, дополнительный счетчик, дешифратор и блок управления. Группа входов блока приема кода соединена с группой выходов блока набора кода, группа выходов - с группой входов блока сравнения, первый выход которого соединен с первым входом исполнительного блока. Дополнительный выход блока набора кода подключен к первому входу блока приема кода и входу блока управления, первый выход которого соединен со вторым входом блока приема кода, второй выход - со вторым входом исполнительного блока, третий выход - с первым входом счетчика. Второй вход счетчика соединен со вторым выходом блока сравнения, выходом подключенного к входу дополнительного счетчика. Выходы счетчика соединены с входами блока индикации и через дешифратор соединены с первой группой входов селектора, к второй группе входов которого подключен блок памяти, а к n группам дополнительных входов подключены n дополнительных блоков памяти. К выходам селектора подключена группа дополнительных входов блока сравнения.

Данный замок обладает более широкими функциональными возможностями, так как имеет несколько эталонных кодов и позволяет после определенного количества ошибок при наборе кода перейти на другой эталонный код и открыть его другим кодом, поэтому более удобен в эксплуатации.

Недостатком электронного замка является его сложность, обусловленная алгоритмом работы и его схемотехнической реализацией, в соответствии с которыми для хранения каждого из (n+1) эталонных кодов замка используется отдельный блок памяти, и коммутация многоразрядных кодов этих (n+1) блоков памяти для сравнения с входными кодами производится довольно-таки сложным селектором. При увеличении количества разрядов кодов замка или эталонных кодов (например, для повышения секретности) устройство пропорционально усложняется, поскольку при этом усложняются практически все его функциональные блоки (за исключением блока управления, исполнительного блока и счетчика).

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание более простого электронного замка.

Технический результат, заключающийся в упрощении электронного замка, достигается тем, что в электронный замок, содержащий блок приема кода, входы которого являются входами замка, блок сравнения, первый выход которого является выходом замка, второй выход соединен со счетным входом счетчика, введены преобразователь кода, управляемый преобразователь кода, дополнительный выход в блок приема кода и дополнительный вход в блок сравнения, при этом входы преобразователя кода подключены к соответствующим выходам группы выходов блока приема кода, первая и вторая группы выходов соединены соответственно с первой группой входов блока сравнения и с первой группой входов управляемого преобразователя кода, вторая группа входов которого подключена к выходам счетчика, выходы соединены со второй группой входов блока сравнения, дополнительный вход которого подключен к дополнительному выходу блока приема кода.

Указанная совокупность признаков позволяет упростить электронный замок путем уменьшения количества необходимых для его нормальной работы функциональных блоков и упрощения схемы части из них за счет изменения алгоритма работы. В соответствии с принятым алгоритмом работы замка для перехода к новому коду (после допустимого количества ошибок при вводе кода или неудачных попыток подбора кода посторонним лицом) используются не различные многоразрядные эталонные коды, хранящиеся в отдельных блоках памяти, а используется управляемое счетчиком (счетчиком факта несовпадения кодов) преобразование двоичных символов части разрядов входного кода замка до подачи в блок сравнения, где сравниваются две части входного кода, прошедшего предварительное криптографическое преобразование (путем перестановок в преобразователе кода), одна из которых подвергается дополнительному преобразованию в зависимости от состояния счетчика. Упрощение схемы части функциональных блоков замка (в частности, блока сравнения и управляемого преобразователя кода) получено из-за того, что в них соответствующие логические операции производятся с кодами, количество разрядов которых в два раза меньше, чем у входного кода замка.

На фиг.1 приведена структурная схема электронного замка, на фиг.2 и фиг. 3 - варианты функциональных схем соответственно управляемого преобразователя кода и блока сравнения для случая восьмиразрядного кода замка.

Электронный замок (см. фиг.1) содержит блок 1 приема кода, преобразователь 2 кода, управляемый преобразователь 3 кода, блок 4 сравнения, счетчик 5, входы 6 и выход 7. Выходы группы выходов блока 1 приема кода соединены с соответствующими входами преобразователя 2 кода, первая группа выходов которого соединена с первой группой входа блока 4 сравнения, вторая группа выходов - с первой группой входов управляемого преобразователя 3 кода, вторая группа входов которого подключена к выходам счетчика 5, выходы соединены со второй группой входов блока 4 сравнения. Первый 7 выход блока 4 сравнения является выходом замка, второй выход соединен со счетным входом счетчика 5, дополнительный вход подключен к дополнительному выходу блока 1 приема кода.

Блок 1 приема кода выполнен на отдельных триггерах Шмитта по количеству разрядов двоичного кода замка, подаваемого по входам 6. Блок этот также может быть выполнен в виде совокупности отдельных пороговых устройств. Символы разрядов двоичного кода замка могут подаваться как параллельно одновременно, так и последовательно поразрядно, при этом символ каждого разряда подается по своей линии связи (по своему входу). При любом из указанных вариантов выполнения блока 1 приема кода выходной сигнал на дополнительном выходе блока 1 формируется с помощью многовходового элемента ИЛИ, входы которого подключаются к выходам триггеров Шмитта или пороговых устройств всех разрядов кода. Код замка на входах блока 1 приема кода должен присутствовать постоянно, по меньшей мере, до срабатывания исполнительного устройства, подключаемого к выходу 7 электронного замка или до переключения счетчика 5 в следующее состояние в случае несовпадения кодов на входах блока 4 сравнения. В блок 1 приема кода код замка может подаваться и в виде последовательного двоичного кода по одному входу. В этом случае входы 6 замка будут состоять всего из двух линий связи - информационной и тактовой, а блок 1 приема кода должен быть выполнен в виде сдвигового регистра с синхронным последовательным вводом и параллельным выводом информации. При этом после каждого приема всех n разрядов кода замка и сравнения его частей сдвиговый регистр должен быть приведен в исходное нулевое состояние. Это может быть выполнено, например, с помощью счетчика тактовых импульсов, дешифратора состояния счетчика, соответствующего числу n, и двух одновибраторов, соединенных последовательно и подключенных к выходу дешифратора. При этом второй одновибратор срабатывает по срезу выходного сигнала первого. Одновибраторы могут быть выполнены по известной схеме (см. книгу: С.А.Бирюков. Цифровые устройства на МОП - интегральных микросхемах. - М.: Радио и связь, 1990, стр. 59, рис. 107а). Первый из одновибраторов формирует временной интервал, необходимый для сравнения частей кода замка и срабатывания исполнительного устройства, второй - сигнал сброса для сдвигового регистра блока 1, на дополнительный выход которого выходной сигнал может быть подан с выхода дешифратора или первого одновибратора.

Преобразователь 2 кода предназначен для разделения разрядов кода замка на две части с одинаковыми количествами разрядов с одновременным преобразованием путем перестановки разрядов кода (см. книгу: И.С.Потемкин. Функциональные узлы цифровой автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1998, стр. 120, рис. 3.23а). Выполнен преобразователь 2 кода в виде перемычек (печатных проводников) между его входами и выходами.

Управляемый преобразователь 3 кода выполнен на элементах 8...11 ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ (см. фиг.2), то есть в нашем случае возможно, в зависимости от кодов состояний счетчика 5, преобразование (инверсия) символов всех четырех разрядов кода замка, проходящих через управляемый преобразователь 3 кода. В общем случае количество преобразуемых разрядов части разрядов кода замка, проходящей через управляемый преобразователь 3 кода, равно количеству выходов счетчика 5.

Блок 4 сравнения представляет собой схему сравнения двух многоразрядных двоичных чисел. Выполнен на базе имеющейся в составе серий микросхем схемы сравнения (например, типа 564 ИП 2) и содержит (см. фиг.3) схему 12 сравнения и двухвходовые элементы 13...15 И - НЕ. При большем количестве разрядов сравниваемых чисел (кодов) схемы сравнения соединяются последовательно с подключением входов расширения "А=В", "А>В", "А<В" последующих схем сравнения к одноименным выходам предыдущих. При этом результаты сравнения чисел "А=В" и "А≠В" снимаются с выходов последней схемы сравнения, а старшие разряды сравниваемых кодов подаются также на входы последней схемы сравнения.

Счетчик 5 выполнен в виде двоичного счетчика, количество его разрядов определяется количеством кодов замка и количеством допустимых ошибок при вводе (наборе) кодов или неудачных попыток подбора кодов. При этом выходами счетчика являются выходы триггеров старших разрядов счетчика, а коэффициент пересчета (деления частоты) младших разрядов равен количеству допустимых ошибок при вводе кодов (количеству неудачных попыток подбора кодов).

Электронный замок (см. фиг.1) работает следующим образом.

В исходном состоянии на входах 6 замка поддерживаются уровни логического нуля, счетчик 5 обнулен, на выходах всех функциональных блоков - уровни логического нуля. В указанное исходное состояние замок устанавливается при включении питания путем установки в нулевое состояние счетчика 5, например, подав импульс начальной установки на его R - вход (схема начальной установки в исходное состояние на фиг.1 не показана), и оно сохраняется до подачи кода замка на входы 6 замка.

При подаче на входы 6 замка первого кода замка (соответствующего нулевому состоянию счетчика 5) символы 1 и 0 разрядов этого кода появляются на выходах соответствующих разрядов блока 1 приема кода и поступают на входы соответствующих разрядов преобразователя 2 кода. Одновременно на дополнительном выходе блока 1 приема кода появляется (при наличии среди символов разрядов кода замка хотя бы одной логической единицы) уровень логической единицы, который, поступая на дополнительный вход блока 4 сравнения, "разрешает" сравнение и формирование результата сравнения двух разделенных и преобразованных частей кода замка. В преобразователе 2 кода осуществляется распределение (коммутации) символов 1 и 0 разрядов кода на выходы первой и второй групп выходов в соответствии с принятым порядком перестановок разрядов. При этом половина разрядов кодов замка (в нашем случае - 4) поступает на входы первой группы входов блока 4 сравнения, другая половина - на входы первой группы входов управляемого преобразователя 3 кода. Для первого кода замка (когда счетчик 5 находится в исходном состоянии и, следовательно, на выходах его старших разрядов сохраняются уровни логического нуля) символы 1 и 0 разрядов кода замка через элементы 8...11 ИСКЛЮЧАЮЩИЕ ИЛИ преобразователя 2 кода проходят (см. фиг.2) без дополнительного преобразования (то есть без инверсии). Поэтому для этого кода распределение (перестановка) разрядов кода замка в преобразователе 2 кода должно быть организовано таким образом, чтобы обе части преобразованного в преобразователе 2 кода замка, поступающие на первую и вторую группы входов блока 4 сравнения, были одинаковыми. Следовательно, само распределение символов 1 и 0 по разрядам кода замка, подаваемого на входы 6, должно быть соответствующим.

Если части преобразованного кода замка на входах блока 4 сравнения совпадают, то на его первом выходе появляется сигнал "А=В" с уровнем логической единицы, который через выход 7 включает исполнительное устройство. Длительность этого сигнала равна длительности присутствия кода замка на входах 6. При этом на втором выходе блока 4 сравнения сохраняется уровень логического нуля, счетчик 5 остается в исходном состоянии.

Если части преобразованного первого кода замка на входах блока 4 сравнения не совпадают, то сигнал с уровнем логической единицы ("А≠В") появляется на втором выходе блока 4 сравнения. При этом счетчик 5 фиксирует этот факт, но на выходах его старших разрядов уровни логического нуля еще сохраняются. Если и последующие попытки открыть замок с помощью первого кода будут неудачными из-за ошибок при вводе кода, то счетчик 5 их также фиксирует. И если количество этих ошибок не превышает допустимого количества (в нашем случае - 3), то на выходах старших разрядов счетчика сохраняются уровни логического нуля. Если же количество неудачных попыток открыть замок превысит допустимое (в нашем случае и четвертая попытка была неудачной), то на выходах старших разрядов счетчика 5 появляется двоичный код числа 1, что приводит к дополнительному преобразованию символов разрядов кода замка, проходящих через управляемый преобразователь 3 кода. Это, в свою очередь, вызывает необходимость перехода к следующему коду замка, соответствующему изменившемуся состоянию старших разрядов счетчика 5, то есть к коду замка, учитывающему дополнительное преобразование символов 1 и 0 части его разрядов в управляемом преобразователе 3 кода.

При подаче на входы 6 второго кода замка замок работает аналогично: при правильном вводе кода блок 4 сравнения формирует сигнал "А=В", каждая ошибка при вводе кода фиксируется счетчиком 5, после превышения допустимого количества неудачных попыток открыть замок старшие разряды счетчика 5 принимают состояние, соответствующее числу 2, двоичный код которого приводит к изменению закона преобразования кода в управляемом преобразователе 3 кода, то есть к необходимости перехода на следующий код замка.

Из описания работы замка видно, что он обладает всеми функциональными возможностями прототипа, но имеет при этом более простую схему. Упрощение достигнуто путем уменьшения количества необходимых для его нормальной работы функциональных блоков за счет изменения алгоритма замка.

В целях подтверждения осуществимости заявляемого объекта и достигнутого технического результата был собран и испытан макет заявляемого электронного замка для восьмиразрядного кода замка. Макет был реализован всего на восьми корпусах интегральных микросхем серии 564. При этом блок 1 приема кода был реализован на двух корпусах микросхемы 564 ТЛ 1, на одном корпусе микросхемы 564 ЛЕ 6 и на одном элементе 2 И-НЕ микросхемы 564 ЛА 7, а преобразователь 2 кода - в виде единичных постоянных перемычек между выходами блока 1 приема кода и входами первых групп входов управляемого преобразователя 3 кода и блока 4 сравнения, осуществляющих перестановку разрядов входного кода. Управляемый преобразователь 3 кода был реализован на одном корпусе микросхемы 564 ЛП 2, блок 4 сравнения - на одном корпусе микросхемы 564 ИП 2 и одном корпусе микросхемы 564 ЛА 7 (на трех ее элементах И-НЕ), а счетчик - на одном корпусе микросхемы 564 ИЕ 10 с последовательным соединением ее двоичных счетчиков. При этом счетный вход второго счетчика микросхемы, выходы которого были соединены со второй группой входов управляемого преобразователя 3 кода, был подключен к выходу второго разряда первого счетчика. Следовательно, количество допустимых ошибок при вводе кодов замка для каждого из кодов было принято равным четырем.

При испытаниях макета символы 1 и 0 разрядов двоичных кодов замка подавались на входы 6 замка как одновременно, так и поразрядно на соответствующие входы блока 1 приема кода (точнее подавались только символы 1).

Проведенные испытания макета показали работоспособность заявляемого электронного замка и подтвердили его практическую ценность.

Изобретение относится к электронной технике для защиты объектов от несанкционированного доступа. Техническим результатом является упрощение электронного замка. Электронный замок работает с несколькими эталонными кодами и позволяет после определенного количества ошибок при наборе кода перейти на другой эталонный код и открыть его другим кодом. Устройство содержит блок приема кода, преобразователь кода, управляемый преобразователь кода, блок сравнения и счетчик. 3 ил.

Электронный замок, содержащий блок приема кода, входы которого являются входами замка, и блок сравнения, первый выход которого является выходом замка, второй выход соединен со счетным входом счетчика, отличающийся тем, что введены преобразователь кода, предназначенный для разделения разрядов кода замка на две части с одинаковыми количествами разрядов с одновременным преобразованием путем перестановки разрядов кода, управляемый преобразователь кода, предназначенный для преобразования символов кода замка в зависимости от кодов состояний счетчика, дополнительный выход в блок приема кода и дополнительный вход в блок сравнения, при этом входы преобразователя кода подключены к соответствующим выходам группы выходов блока приема кода, первая и вторая группы выходов соединены с первыми группами входов соответственно блока сравнения и управляемого преобразователя кодов, вторая группа входов которого подключена к выходам счетчика, выходы соединены со второй группой входов блока сравнения, дополнительный вход которого подключен к дополнительному выходу блока приема кода.