本發(fā)明涉及安全認證技術領域，具體涉及一種ATM防窺探亂序鍵盤及方法。

背景技術：

自動柜員機，即ATM(Automatic Teller Machine)，是指銀行在不同地點設置的高度精密的機電一體化設備。利用磁卡或智能IC卡儲存用戶信息，讓用戶可以通過ATM進行提款、存款、轉賬等各種交易的金融自助設備。ATM的出現(xiàn)減輕了銀行柜面人員的工作壓力，更為人類提供了安全方便的金融服務體驗。

傳統(tǒng)ATM安全認證的方式中，用戶是通過在ATM上排列固定的數(shù)字鍵盤輸入銀行卡密碼進行銀行卡賬戶的各種操作，此種方式的缺點是鍵盤上數(shù)字的位置是固定不變的，因而極易導致不法分子捕捉到用戶輸入的手勢動作，從而推導出密碼信息，導致賬戶安全出現(xiàn)問題。

技術實現(xiàn)要素：

本發(fā)明所要解決的技術問題是現(xiàn)有ATM鍵盤的數(shù)字按鍵固定從而容易被不發(fā)分子偷窺的問題，提供一種ATM防窺探亂序鍵盤及方法。

為解決上述問題，本發(fā)明是通過以下技術方案實現(xiàn)的：

一種ATM防窺探亂序鍵盤，鍵盤本體和亂序控制電路；上述鍵盤本體包括至少2個數(shù)字按鍵，其中每個數(shù)字按鍵的顯示內容可變，即每個數(shù)字按鍵由透光的數(shù)字鍵殼和嵌置在數(shù)字鍵殼內的LED數(shù)碼管組成；上述亂序控制電路包括單片機、時鐘模塊、譯碼鎖存模塊和通信電路組成；時鐘模塊的輸出端與單片機連接，用于提供時鐘信號；通信電路將單片機與ATM后臺相連，用于實現(xiàn)單片機與ATM后臺的交互通信；單片機的輸出端經(jīng)譯碼鎖存模塊與LED數(shù)碼管連接，用于控制LED數(shù)碼管所顯示的具體數(shù)字；數(shù)字按鍵的輸出端直接連接單片機的輸入端，用于反饋用戶所選擇的數(shù)字按鍵。

參與亂序的數(shù)字按鍵的個數(shù)可以根據(jù)不同類型的鍵盤和安全程度的要求進行設定，如可以是1-9這9個數(shù)字，也可以是0-9這10個數(shù)字。考慮到ATM的數(shù)字按鍵為10個，因而在本發(fā)明中，鍵盤本體的數(shù)字按鍵為“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”這10個數(shù)字按鍵。

在本發(fā)明中，鍵盤本體還進一步包括至少1個功能按鍵，其中每個功能按鍵的顯示內容固定，即每個功能按鍵由透光的功能鍵殼和嵌置在功能鍵殼內的LED燈珠組成；單片機的輸出端直接與LED燈珠連接，用于控制LED燈珠的亮滅；功能按鍵的輸出端直接連接單片機的輸入端，用于反饋用戶所選擇的功能按鍵。

在本發(fā)明中，鍵盤本體的功能按鍵為“.”、“00”、“取消”、“更正”、“確認”、“變序”這6個功能按鍵。

為了防止不法分子的偷窺，在本發(fā)明中，鍵盤本體的表面貼有限制視角的導光片。

為了進一步防止不法分子的偷窺，在本發(fā)明中，鍵盤本體的上方設有遮擋柵格。

在本發(fā)明中，亂序控制電路還進一步包括蜂鳴器提醒模塊，該蜂鳴器提醒模塊與單片機的輸入端連接。

上述ATM防窺探亂序鍵盤的ATM防窺探亂序方法，包括如下步驟：

步驟1、單片機取出時鐘模塊中寄存器存取的時間值，并作為隨機數(shù)生成的種子；

步驟2、在隨機數(shù)種子的基礎上，單片機調用自帶的偽隨機產生函數(shù)產生0～9這10個隨機數(shù)，且10個隨機數(shù)的數(shù)值互不重復；

步驟3、將步驟2中產生的10個隨機數(shù)通過譯碼鎖存模塊分別送入到不同的LED數(shù)碼管上進行顯示。

與現(xiàn)有技術相比，本發(fā)明改變了傳統(tǒng)ATM機上固定數(shù)字鍵盤的輸入模式，由于亂序LED數(shù)碼管顯示鍵盤不具備固定的數(shù)字標識，用戶輸入密碼時，必須根據(jù)具體按鍵上LED數(shù)碼管顯示的數(shù)字完成密碼的輸入。系統(tǒng)會在相應時刻調出隨機亂序算法打亂鍵盤的布局，用戶也可以在輸入密碼界面進行手動刷屏。此外，本發(fā)明還采用限制視角的導光片，從而使鍵盤發(fā)出的光線具有一定的視角限制(≤10°)，即處在大于10°視角之外的人無法看到鍵盤上的數(shù)字。由此，本發(fā)明減少了密碼被不法分子偷窺的機率，有效保障了用戶賬戶密碼的輸入安全。

附圖說明

圖1為ATM防窺探亂序鍵盤的立體結構示意圖。

圖2為鍵位排布示意圖。

圖3為ATM防窺探亂序鍵盤的系統(tǒng)框圖。

圖4為LED數(shù)碼管與單片機I/O口的電路連接圖；

圖5為LED燈珠與單片機I/O口的電路連接圖；

圖6為矩陣鍵盤與單片機I/O口的電路連接圖；

圖中標號：1、鍵盤本體；1-1、數(shù)字按鍵；1-2、功能按鍵；2、遮擋柵格。

具體實施方式

一種ATM防窺探亂序鍵盤，如圖1所示，主要由鍵盤本體1和亂序控制電路組成。

(1)鍵盤本體1部分：鍵盤本體1作為用戶與銀行后臺交互的輸入設備，包括數(shù)字按鍵1-1和功能按鍵1-2，參見圖2。數(shù)字按鍵1-1和功能按鍵1-2的個數(shù)根據(jù)不同鍵盤的類型而有所不同。

在本發(fā)明中，數(shù)字按鍵1-1為“0”、“1”、“2”、“3”、“4”、“5”、“6”、“7”、“8”、“9”這10個數(shù)字按鍵1-1。每個數(shù)字按鍵1-1的顯示內容可變，即每個數(shù)字按鍵1-1由透光的數(shù)字鍵殼和嵌置在數(shù)字鍵殼內的LED數(shù)碼管組成。由于數(shù)字按鍵1-1參與隨機亂序算法，當用戶處理的業(yè)務需要輸入密碼時，系統(tǒng)會調用隨機亂序算法，使得0-9這十個數(shù)字在鍵盤上分別隨機排列；因此數(shù)字按鍵1-1采用數(shù)碼管顯示，使得數(shù)字按鍵1-1實現(xiàn)隨機亂序功能。

在本發(fā)明中，功能按鍵1-2為“.”、“00”、“取消”、“更正”、“確認”、“變序”這6個功能按鍵1-2。每個功能按鍵1-2的顯示內容固定，即每個功能按鍵1-2由透光的功能鍵殼和嵌置在功能鍵殼內的LED燈珠組成。由于功能按鍵1-2不參與隨機亂序算法，因此功能按鍵1-2并不采用數(shù)碼管顯示，而是直接在按鍵中嵌入單個高亮的LED燈珠，并在按鍵上貼上與之對應的字符，使得燈亮時用戶能看到相應的字符。“.”、“00”、“取消”、“更正”、“確認”與現(xiàn)有ATM上的鍵盤相同，“變序”功能按鍵1-2為增設的按鍵，用戶也可以自行按下該功能按鍵1-2，調出隨機亂序算法，實現(xiàn)手動刷屏的效果。

為了能夠更好的避免不法分子的偷窺，以進一步提高鍵盤的安全系數(shù)，整個鍵盤上方設有類似于百葉窗的遮擋柵格2，并在鍵盤表面貼有導光片。在本發(fā)明中，鍵盤表面貼有的導光片為35片導光薄塑膠片，每片薄塑膠片間都噴上不透光的黑漆，使鍵盤正面的左右與前后可見視角≤10°，而大于10°的范圍為不可見區(qū)域。這樣只有正對鍵盤的用戶本人能夠看到鍵盤上顯示的數(shù)字，身旁的其他人處于視角盲區(qū)，無法看到鍵盤上數(shù)碼管的顯示，從而能有效防止密碼的泄露。

(2)亂序控制電路部分：亂序控制電路包括電源、單片機、時鐘模塊、譯碼鎖存模塊、蜂鳴器提醒模塊和通信電路組成，整個系統(tǒng)框圖參見圖3。

電源為5V直流源，為各個模塊提供電源。時鐘模塊的輸出端與單片機連接，用于提供時鐘信號。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，時鐘模塊為DS1302時鐘芯片。通信電路與單片機連接，用于實現(xiàn)鍵盤與ATM的通信。蜂鳴器提醒模塊與單片機的輸入端連接，用于發(fā)出聲音提醒。

單片機為整個鍵盤的核心處理芯片，通過程序的控制，該芯片實現(xiàn)整個系統(tǒng)的高效協(xié)調運行。單片機調用隨機亂序算法，實現(xiàn)矩陣鍵盤中數(shù)碼管的亂序排列，且能通過行列掃描，獲得按鍵值，并控制譯碼器和鎖存器使數(shù)碼管能按照要求顯示數(shù)值，同時通過串口實現(xiàn)與后臺銀行系統(tǒng)的交互通信。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，單片機是51增強版單片機STC12C5A60S2。

單片機的輸出端經(jīng)譯碼鎖存模塊與LED數(shù)碼管連接，用于控制LED數(shù)碼管所顯示的具體數(shù)字。10個數(shù)字按鍵1-1的LED數(shù)碼管與單片機引腳的連接方式如圖4所示。本發(fā)明采用的是動態(tài)掃描的顯示方式，這樣可以節(jié)省很多I/O口和空間。每個數(shù)碼管的共陰極分別對應單片機的一個I/O口，數(shù)碼管中的共陰極可以看作是該數(shù)碼管的位選使能端，這樣可以實現(xiàn)單獨選中某個數(shù)碼管。而所有數(shù)碼管的七個段分別對應地連在一起，即所有數(shù)碼管的“a”段是連在一起并共用一個I/O口，“b”段也是連在一起并共用一個I/O口，“c”、“d”、…、“g”亦是如此。這樣，當控制位選的I/O口選中一個數(shù)碼管時，控制段選的I/O口就能控制該數(shù)碼管顯示具體的數(shù)值了。當控制一個數(shù)碼管顯示特定的數(shù)值時，立馬控制下一個數(shù)碼管顯示另一個特定的數(shù)值，中間間隔的時間非常短，而人類視覺暫留的時間為0.1至0.4秒，這樣切換的時間間隔遠遠小于人類能夠分辨的時間間隔，因此在用戶看來，這些數(shù)碼管是同時顯示的，并不會有任何閃爍的感覺。此外，為了進一步節(jié)省單片機I/O口的開銷，本發(fā)明采用四七譯碼器74LS48，這樣就能實現(xiàn)用四個I/O口控制數(shù)碼管的七個段位。同時，為了提高單片機的驅動能力，本發(fā)明采用專用的鎖存器74LS573，不僅有鎖存作用，而且能提高驅動能力，保證數(shù)碼管的亮度達到要求。

單片機的輸出端直接與LED燈珠連接，用于控制LED燈珠的亮滅。6個功能按鍵1-2的LED燈珠與單片機引腳的連接方式如圖5所示。為了節(jié)省不必要的開銷，這6個LED燈珠共用一個I/O口，即可同時控制他們的亮和滅(ATM機工作時亮，ATM機不工作時滅)。同時為了增加驅動能力，使得LED燈珠的亮度達到要求，這里加上一個NPN三極管S8050。

此外，數(shù)字按鍵和功能按鍵的輸出端直接連接單片機的輸入端，用于反饋用戶所選擇的按鍵。鍵盤本體1的內部電路示意圖如圖6所示。當有按鍵按下時，會觸發(fā)單片機的外部中斷INT0，進入單片機的中斷程序，此時單片機對鍵盤進行行列掃描，得到對應的行列碼值，然后搜索與該碼值對應的數(shù)字值，并將該數(shù)字值存在緩存區(qū)中，等用戶輸完所有密碼，按下“確認”鍵后，單片機將存儲在緩存區(qū)的所有密碼值通過MAX232通信模塊傳送給后臺的銀行系統(tǒng)，銀行系統(tǒng)再對密碼的正誤進行驗證。當用戶完成密碼輸入業(yè)務時，系統(tǒng)會使鍵盤按照傳統(tǒng)默認的排列方式進行排列。在本發(fā)明中，數(shù)字鍵殼和功能鍵殼與單片機之間設有4路與非門芯片。采用4路輸入與非門芯片74LS20，可以對整個矩陣鍵盤進行監(jiān)控，當有任意一個按鍵被按下時，該按鍵所在行就為高電平，通過與非門芯片就變?yōu)榈碗娖?，這時就會觸發(fā)單片機的外部中斷(單片機的中斷觸發(fā)方式我們已經(jīng)設置為低電平觸發(fā)了)，通知單片機此時有按鍵按下，需要對矩陣鍵盤進行行列掃描，以便檢測出到底是哪一個按鍵按下。

對鍵盤的主要數(shù)字按鍵1-1進行亂序顯示的主要目的是防止遠距離動作窺探，避免不法分子通過錄像回放，觀察手部動作來猜測用戶按下的相應位置，從而猜測用戶密碼。本發(fā)明通過在普通按鍵中嵌入LED數(shù)碼管，并在控制LED數(shù)碼管顯示的單片機中加入高效隨機亂序算法，使得鍵盤上所顯示的數(shù)字鍵能夠隨機亂序排列，且該排列不能通過某種推算獲得其規(guī)律，這使得不法分子無法從用戶的輸入動作猜測出輸入的密碼。

(3)算法部分：單片機內所運行的算法部分包括主程序、隨機亂序程序和中斷程序。

單片機內部算法主要產生讓人無法預測和復現(xiàn)的隨機亂序數(shù)列。傳統(tǒng)的偽隨機數(shù)產生函數(shù)，由于是在固定種子的基礎上生成的，因此產生的隨機序列極易被預測與復現(xiàn)，從而影響用戶密碼的安全性。本發(fā)明加入了時鐘模塊，將時鐘模塊中記錄的時間值作為隨機數(shù)生成的種子，在此基礎上生成隨機數(shù)。由于時鐘模塊寄存器記錄的時間值每時每刻都不一樣，因此這種方法生成的隨機數(shù)有足夠的獨立性與均勻性，觀測者無法預測與復現(xiàn)。而且時鐘模塊采用了主電源和后備電源兩種供電模式，因此即使系統(tǒng)掉電，時鐘模塊仍可以采用后備電源繼續(xù)工作，這樣在下一次重啟后，從時鐘模塊中取出的時間值仍然是最新的不一樣的時間值。該方法保證了隨機亂序算法的高效性、不可預測性。

主程序：

令這十個數(shù)字按鍵1-1數(shù)碼管對應的標號為K_i(i＝0,1,...,9)，這十個按鍵對應的數(shù)值為V_i(i＝0,1,...,9)。

步驟1：調用隨機亂序算法，建立V_i與0～9隨機對應關系；

步驟2：打開外部中斷INT0，并設置觸發(fā)方式為電平觸發(fā)；

步驟3：分別控制十個數(shù)字按鍵1-1K_i(i＝0,1,...,9)顯示對應的數(shù)字V_i(i＝0,1,...,9)。

隨機亂序程序：

步驟1：取出時鐘芯片DS1302中寄存器存取的時間值，并作為隨機數(shù)生成的種子；

步驟2：在隨機數(shù)種子的基礎上，調用系統(tǒng)自帶的偽隨機產生函數(shù)rand()，產生0～9的隨機數(shù)，且隨機數(shù)的值互不重復；采取了查重的措施，保證每次產生的十個數(shù)字為0-9中互不重復的數(shù)；

步驟3：將步驟2中產生的十個隨機數(shù)，分別對應的賦給V[i](i＝0,1,...,9)。

中斷程序：

步驟1：控制蜂鳴器響一聲；

步驟2：對矩陣鍵盤進行行列掃描，檢測按下的按鍵；

步驟3：判斷按下的按鍵：

若按下的按鍵為數(shù)字按鍵1-1K_i，則將對應的鍵值V_i存入緩存區(qū)；

若按下的按鍵為“更正”鍵，則將最近存入緩存區(qū)的數(shù)值刪除；

若按下的按鍵為“取消”鍵，則將緩存區(qū)中的密碼值全部清空；

若按下的按鍵為“確認”鍵，則將緩存區(qū)中的密碼值通過串口傳遞給后臺進行驗證。

步驟4：將K₀,K₁,...,K₉與V₀,V₁,...V₉恢復成默認的對應方式。

用戶在進入密碼輸入界面時，系統(tǒng)會自動調出隨機亂序算法，使得鍵盤上的數(shù)字按鍵1-1隨機亂序排列。并且主程序保證整個鍵盤上的LED數(shù)碼管穩(wěn)定顯示。用戶可以手動按下“變序”鍵，對鍵盤上的數(shù)字手動進行隨機亂序排列。鍵盤上有任何按鍵按下時都會觸發(fā)單片機的外部中斷INT0，進入中斷處理程序，判斷是哪一個按鍵按下了，并進行相應的處理。中斷觸發(fā)后，程序會判斷如果是數(shù)字按鍵1-1按下就會將對應的數(shù)字存入緩存區(qū)；如果按下的是“更正”功能鍵，則將最近存入緩存區(qū)的數(shù)字刪除；如果按下的是“取消”功能鍵，則將緩存區(qū)中存取的所有已輸入的密碼值清空；如果按下的是“變序”功能鍵，則調用隨機亂序算法，將數(shù)碼管對應的數(shù)值重新打亂；如果按下的是“確認”功能鍵，則將緩存區(qū)中的數(shù)值通過串口通信模塊傳給后臺的銀行系統(tǒng)進行驗證，同時將數(shù)字按鍵1-1恢復成傳統(tǒng)默認的排列方式。這里需要說明的一點是，當中斷觸發(fā)時，主程序會被壓棧，進行現(xiàn)場保護，等中斷處理完后再接著執(zhí)行主程序，而本系統(tǒng)中的中斷程序的處理時間不會超過人類視覺暫留的時間，因此不會影響數(shù)碼管的顯示。