專利名稱：一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本設(shè)備用于手機(jī)移動平臺的身份認(rèn)證(其中手機(jī)平臺需具有音頻硬件接口并且能提供軟件相關(guān)音頻接口函數(shù)。例如采用android平臺相關(guān)手機(jī)，蘋果和黑莓手機(jī)等)。
背景技術(shù)：
傳統(tǒng)的身份認(rèn)證在手機(jī)上采用用戶名+靜態(tài)密碼的方式，此種方式密碼容易泄露，容易被暴力破解，且有可能被手機(jī)內(nèi)運(yùn)行的非法程序截獲。利用成熟的外接認(rèn)證設(shè)備，通過音頻口傳輸認(rèn)證信息，避免了這一弊端。

發(fā)明內(nèi)容
一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置的工作原理:
一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置具有標(biāo)準(zhǔn)音頻輸入輸出接口。手機(jī)端需要預(yù)先安裝一個(gè)與認(rèn)證設(shè)備相對應(yīng)的認(rèn)證軟件。在進(jìn)行認(rèn)證時(shí)，需要將手機(jī)和認(rèn)證專用Key通過音頻口連接到一起。手機(jī)和專用Key認(rèn)證設(shè)備之間的通信是通過首頻接口完成的。當(dāng)專用Key首頻接口插入手機(jī)耳機(jī)插孔，手機(jī)啟動認(rèn)證軟件后，認(rèn)證軟件調(diào)用手機(jī)操作系統(tǒng)提供的音頻輸出接口函數(shù)發(fā)送經(jīng)過調(diào)制的相關(guān)認(rèn)證請求等信號，達(dá)到傳輸數(shù)據(jù)的目的。手機(jī)端需要發(fā)送數(shù)據(jù)給認(rèn)證設(shè)備時(shí)，首先認(rèn)證軟件將需要發(fā)送到數(shù)據(jù)加密(此處的加密與專用Key中的解密相對應(yīng)，加密方式由專用Key的生產(chǎn)商決定)，然后調(diào)用與專用Key對應(yīng)的庫文件中的函數(shù)，將數(shù)字量由FSK (具體見下文)方式調(diào)制轉(zhuǎn)換成對應(yīng)模擬量，然后調(diào)用系統(tǒng)中提供的音頻操作函數(shù)，將調(diào)制后的模擬信號發(fā)送到音頻口，完成數(shù)據(jù)的發(fā)送。專用Key提供的庫文件中封裝的函數(shù)，其最底層數(shù)據(jù)發(fā)送要依賴于認(rèn)證手機(jī)所采用的操作系統(tǒng)，操作系統(tǒng)不同，音頻端口的接口函數(shù)就不同。這也是我們要求手機(jī)操作平臺能提供音頻接口的原因。調(diào)制波形由手機(jī)右聲道發(fā)送到音頻接口(耳機(jī)插口)，經(jīng)專用Key的音頻接口接收傳輸?shù)紸D轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的數(shù)字量。專用Key通過檢測數(shù)字量數(shù)據(jù)的變化狀態(tài)來判定是否有新數(shù)據(jù)傳輸(預(yù)先約定好數(shù)據(jù)傳輸起始標(biāo)志，比如數(shù)據(jù)空閑時(shí)右聲道輸入保持固定高電壓，AD轉(zhuǎn)換后變?yōu)閷?yīng)高電平，當(dāng)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)高電平跳變，標(biāo)志數(shù)據(jù)傳輸?shù)拈_始。數(shù)據(jù)傳輸結(jié)束原理相同)。數(shù)據(jù)傳輸開始后，專用Key主控制芯片固件程序開辟空間，將音頻輸入端口傳輸?shù)哪M量轉(zhuǎn)換后的數(shù)字量保存。專用Key主控制芯片將保存的數(shù)字信號解調(diào)為對應(yīng)的0，1，然后專用Key主控制芯片將解調(diào)后的數(shù)據(jù)通過串口傳輸給專用Key認(rèn)證部分，認(rèn)證部分由串口接收數(shù)據(jù)后解密(對應(yīng)手機(jī)軟件的加密)，然后根據(jù)發(fā)送來的數(shù)據(jù)由串口返回相應(yīng)的認(rèn)證信息給專用Key的主控芯片。專用Key主控芯片根據(jù)串口返回的信息，將對應(yīng)信息經(jīng)FSK調(diào)制，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換發(fā)送到音頻輸出口 MIC聲道，把對應(yīng)認(rèn)證信息發(fā)送給手機(jī)。手機(jī)根據(jù)音頻輸入數(shù)據(jù)對應(yīng)模數(shù)轉(zhuǎn)換的起始電平跳變后，接收數(shù)據(jù)，并保存。數(shù)據(jù)接收完畢后，經(jīng)調(diào)制解調(diào)，將保存數(shù)據(jù)還原為O，I狀態(tài)。通過此種方式完成一次，手機(jī)和認(rèn)證設(shè)備的通信。FSK (Frequency-shift keying)即用數(shù)字信號調(diào)制載波的一種調(diào)制方式。該方式用不同的載波頻率承載數(shù)字信號O和I。利用載波的頻率傳遞數(shù)字信息實(shí)現(xiàn)起來較容易，抗噪聲與抗衰減的性能較好，F(xiàn)SK調(diào)制示意圖如圖1所示。當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)O時(shí)，我們在時(shí)間t內(nèi)發(fā)送兩個(gè)正弦波，此時(shí)的正弦波周期為t/2，頻率為2/t。當(dāng)要發(fā)送數(shù)據(jù)I時(shí)，我們在時(shí)間t內(nèi)發(fā)送一個(gè)正弦波，此時(shí)的正弦波的周期為t，頻率為Ι/t。調(diào)制信號通過DA再次轉(zhuǎn)換，發(fā)送到音頻輸出端口。專用Key接收的數(shù)據(jù)經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，由控制芯片固件程序開辟空間保存數(shù)據(jù)，開始解調(diào)數(shù)據(jù)。一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置的工作流程:
當(dāng)手機(jī)需要進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，首先認(rèn)證軟件將需要發(fā)送的認(rèn)證請求進(jìn)行加密，之后通過信號調(diào)制，將加密后的認(rèn)證請求調(diào)制為模擬信號，經(jīng)由耳機(jī)插孔的右聲道輸入到專用Key的音頻接口，音頻接口接收信息后發(fā)送到模數(shù)轉(zhuǎn)換器，經(jīng)過模數(shù)轉(zhuǎn)換器，將模擬信號轉(zhuǎn)換為離散的數(shù)字信號保存到主控芯片固件程序開辟的空間中，主控芯片經(jīng)過解調(diào)得到加密后的認(rèn)證請求，再運(yùn)行解密程序得到了認(rèn)證請求，將此認(rèn)證請求通過串口傳送到專用Key的認(rèn)證部分中，認(rèn)證部分通過分析傳輸來的認(rèn)證請求，通過串口返回相對應(yīng)的認(rèn)證信息給主控芯片，主控芯片把認(rèn)證部分傳輸來的認(rèn)證信息加密(對應(yīng)手機(jī)軟件部分的解密)，然后調(diào)制成模擬信號，發(fā)送到音頻接口的MIC 口，手機(jī)認(rèn)證軟件檢測到耳機(jī)插孔端有數(shù)據(jù)傳輸過來，接收數(shù)據(jù)。接收完畢后，首先對數(shù)據(jù)解調(diào)為數(shù)字信號，然后對數(shù)據(jù)進(jìn)行解密(對應(yīng)認(rèn)證專用Key主控芯片的加密)，獲得最終認(rèn)證信息，得到認(rèn)證結(jié)果，即完成了一次身份認(rèn)證。


圖1所示為FSK調(diào)制示意 圖2所示為一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置硬件框圖的示意 圖3所不為專用key電路層次圖的不意 圖4所示為專用Key電源的示意 圖5所不為專用key主控芯片最小系統(tǒng)的不意 圖6所示為專用Key認(rèn)證部分的示意 圖7所示為專用Key音頻部分的示意 圖8所示為專用Key軟件流程圖的示意 圖9所示為數(shù)據(jù)發(fā)送信號檢測示意 圖10所示為調(diào)制數(shù)據(jù)示意 圖11所示為濾波示意圖。
具體實(shí)施例方式一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置硬件框圖如圖2所示，其實(shí)施案例如下:專用Key采用ST公司的STM32F105RTC6為控制芯片，該芯片是32位微控制器，最高工作頻率72Mhz。內(nèi)置12位AD工作頻率，最多可有16個(gè)通道，轉(zhuǎn)換范圍O至3.6V。2路12位DAC通道。內(nèi)置5個(gè)通用串行口，方便數(shù)據(jù)傳輸。一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置的專用Key電路層次圖，如圖3所示。XC6219系列是高精度，低噪音，采用CMOS生產(chǎn)工藝的LDO電壓調(diào)整器芯片，2-6V輸入電壓。專用Key采用固定輸出3.3V型號。專用Key電源如圖4所示，專用Key采用ST公司的STM32F105RTC6為控制芯片，該芯片是32位微控制器，最高工作頻率72Mhz。內(nèi)置12位AD工作頻率，最多可有16個(gè)通道，轉(zhuǎn)換范圍O至3.6V。2路12位DAC通道。內(nèi)置5個(gè)通用串行口，方便數(shù)據(jù)傳輸。專用Key主控芯片最小系統(tǒng)如圖5所示，HS08K芯片是一款低功耗、低成本、高安全性、多功能密碼安全芯片。內(nèi)置RSA、ECC協(xié)處理器等，能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字簽名和身份認(rèn)證。內(nèi)置的通用串行接口 USI模塊 是一個(gè)全雙工一步串行UART通信接口，能與外接通過串口通信。專用Key認(rèn)證部分如圖6所示。音頻部分采用3.5mm標(biāo)準(zhǔn)四芯音頻接口，專用Key音頻部分電路如圖7所示。當(dāng)手機(jī)需要進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，通過認(rèn)證軟件發(fā)送認(rèn)證請求到音頻接口。專用Key約定音頻接口空閑時(shí)保持低電壓(由單片機(jī)低電平轉(zhuǎn)換后的電壓)。當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，設(shè)置發(fā)送端為一段時(shí)間高電壓(由單片機(jī)高電平轉(zhuǎn)換后的電壓)，聲明告知接收端將要有數(shù)據(jù)發(fā)送，做好接收準(zhǔn)備，保持一段高電壓后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。認(rèn)證軟件檢測到手機(jī)音頻口 MIC輸入一段持續(xù)高電平，得知將要有數(shù)據(jù)傳輸，做好接收數(shù)據(jù)準(zhǔn)備，其間手機(jī)軟件一直檢測MIC電壓，當(dāng)檢測到電壓不再是高電平轉(zhuǎn)換的電壓后，得知真正數(shù)據(jù)開始傳輸，模擬信號經(jīng)過AD轉(zhuǎn)換，得到對應(yīng)數(shù)字信號，認(rèn)證軟件開辟空間保存這些數(shù)字信號數(shù)據(jù)。圖8專用Key軟件流程圖
軟件首先初始化配置IO 口、定時(shí)器、DMA、串口等寄存器，配置完成后，DMA寄存器默認(rèn)為接收100字節(jié)數(shù)據(jù)觸發(fā)中斷。數(shù)據(jù)傳輸標(biāo)志位默認(rèn)初始化狀態(tài)為O。軟件約定com_flag標(biāo)志位為O時(shí)，表示專用Key未檢測到認(rèn)證軟件發(fā)送的數(shù)據(jù)傳輸信號(起始的高電平狀態(tài))。當(dāng)該標(biāo)志位為I時(shí)，則表示專用Key已經(jīng)成功接收到認(rèn)證軟件發(fā)送來的數(shù)據(jù)傳輸信。初始狀態(tài)專用Key未接收到認(rèn)證軟件的數(shù)據(jù)發(fā)送信號，所以通過DMA中斷函數(shù)，調(diào)用Ched^ReceiveO函數(shù)，不斷檢測音頻接口是否接收到認(rèn)證軟件發(fā)來的發(fā)送數(shù)據(jù)標(biāo)志信號。如果沒有檢測到，則等到下次DMA中斷繼續(xù)檢測。軟件約定，數(shù)據(jù)發(fā)送信號為一段連續(xù)高電平。軟件約定，當(dāng)DMA工作在檢測發(fā)送數(shù)據(jù)信號狀態(tài)時(shí)，接收到經(jīng)過音頻接口由單片機(jī)內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換而來100字節(jié)大小的數(shù)據(jù)時(shí)觸發(fā)一次DMA中斷。檢測時(shí)，每字節(jié)保存一個(gè)由AD轉(zhuǎn)換后的整數(shù)，當(dāng)這100個(gè)整數(shù)(高電平信號經(jīng)音頻接口接收，再由單片機(jī)內(nèi)置AD轉(zhuǎn)換后的8位二進(jìn)制整數(shù))中大于等于100的數(shù)的個(gè)數(shù)大于等于5時(shí)，我們就約定專用Key接收到高電平信號，即接收到數(shù)據(jù)發(fā)送信號。此時(shí)函數(shù)Ched^ReceiveO返回值為I。如圖9數(shù)據(jù)發(fā)送信號檢測示意圖。
圖9數(shù)據(jù)發(fā)送信號檢測示意圖
根據(jù)Check_Receive O的返回值I,軟件置位com_flag標(biāo)志位,標(biāo)志軟件已經(jīng)檢測到數(shù)據(jù)發(fā)送信號。重新配置DMA寄存器，以方便正確接收將要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。為保證接收數(shù)據(jù)的完整性，軟件約定，發(fā)送端發(fā)送數(shù)據(jù)信號后，將電平拉低，數(shù)據(jù)線保持一段低電平狀態(tài)，然后發(fā)送調(diào)制后的波形。
當(dāng)數(shù)據(jù)接收完畢后(軟件開辟足夠大小的緩存存放數(shù)據(jù))，因?yàn)檐浖诮邮盏綌?shù)據(jù)發(fā)送信號之后，便開始采集保存數(shù)據(jù)發(fā)送信號之后的數(shù)據(jù)，所以在保存的數(shù)據(jù)中，可能保存了數(shù)據(jù)發(fā)送信號后的一段高電平，以及數(shù)據(jù)發(fā)送信號的低電平，因此在解調(diào)數(shù)據(jù)之前，要濾去這些數(shù)據(jù)，找到真正調(diào)制數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)。圖10調(diào)制數(shù)據(jù)示意圖
如圖10，接收的數(shù)據(jù)區(qū)間包含高電平以及低電平，而軟件真正想要傳遞的數(shù)據(jù)是從c點(diǎn)開始，這就要求我們找到的點(diǎn)。由圖形可以分析出，c點(diǎn)對應(yīng)轉(zhuǎn)換的數(shù)字量一定比前一刻采樣的模擬量對應(yīng)的數(shù)字量大，并且比后一刻采集的模擬量對應(yīng)的數(shù)字量的值要小，根據(jù)這一特征我們找到該點(diǎn)或該點(diǎn)左近的點(diǎn)，作為真正數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)。這也是軟件再發(fā)送完數(shù)據(jù)發(fā)送信號后，拉低數(shù)據(jù)線的原因，方便找到數(shù)據(jù)起始點(diǎn)。濾波示意圖，如圖11所示。在模擬量傳輸?shù)倪^程中，為避免干擾導(dǎo)致的錯(cuò)誤，軟件濾去其中偏差較大的值。如圖7中所示的b點(diǎn)的值，正常情況下，b點(diǎn)值應(yīng)該介于a點(diǎn)c點(diǎn)之間，在解調(diào)的過程中，首先將檢測b點(diǎn)的值是否超過某一閾值(軟件取150)，如果超過，則該點(diǎn)視為干擾值，重新對齊賦值，值的大小取前后兩點(diǎn)的中間值。軟件中調(diào)用Find_Start_P0int()函數(shù)，找到該點(diǎn)，采用的方法就是比較保存數(shù)據(jù)的值的大小，當(dāng)找到如上所述的特征點(diǎn)時(shí)，軟件就將其作為真正數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)。找到數(shù)據(jù)的起始點(diǎn)后，然后就是對數(shù)據(jù)的解調(diào)。軟件規(guī)定，發(fā)送O時(shí)，認(rèn)證軟件向音頻口發(fā)送2個(gè)整周期的2KHz正弦波，發(fā)送I時(shí)，為I個(gè)整周期IKHz的正弦波，O或I對應(yīng)的模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號時(shí)，都采樣20次。即二進(jìn)制數(shù)0、1轉(zhuǎn)換后的模擬信號對應(yīng)著20字節(jié)的數(shù)據(jù)，即20個(gè)整數(shù)。也就是說認(rèn)證軟件發(fā)送的O或1，對應(yīng)著專用Key保存數(shù)據(jù)中的20個(gè)整數(shù)。有上述可知，IKHz的正弦波，一個(gè)整周期對應(yīng)采樣點(diǎn)為20個(gè)，2KHz的正弦波，一個(gè)整周期對應(yīng)的采樣點(diǎn)應(yīng)該為20/2=10個(gè)。由采樣點(diǎn)的個(gè)數(shù)我們可以區(qū)分出波的頻率，進(jìn)而能區(qū)分出，認(rèn)證軟件發(fā)送的是O還是I。要應(yīng)用上述方法區(qū)分O和I的傳送，首先要區(qū)分一個(gè)完整的波形，然后計(jì)算出一個(gè)完整波形對應(yīng)的采樣的點(diǎn)數(shù)，根據(jù)點(diǎn)數(shù)就可以區(qū)分出波的頻率，進(jìn)而區(qū)分出認(rèn)證軟件發(fā)送的是O還是1，通過移位等運(yùn)算得到一個(gè)字節(jié)或更大長度的數(shù)據(jù)，達(dá)到解調(diào)的目的。一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置把解調(diào)后的數(shù)據(jù)，通過串口傳輸?shù)?8K認(rèn)證部分中，認(rèn)證部分根據(jù)主控芯片傳輸進(jìn)來的相關(guān)認(rèn)證信息信息，把對應(yīng)的認(rèn)證結(jié)果傳返回到主控芯片中。主控芯片把認(rèn)證信息加密后調(diào)制成音頻信號傳輸?shù)揭纛l接口，認(rèn)證手機(jī)中的認(rèn)證軟件檢測到音頻口的MIC有數(shù)據(jù)傳輸后，開始接收數(shù)據(jù)。接收完畢后，認(rèn)證軟件對數(shù)據(jù)解調(diào)，解密獲得相應(yīng)認(rèn)證信息，完成一次通信。
權(quán)利要求
1.一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，其特征在于，包括內(nèi)置有數(shù)模轉(zhuǎn)換器，及模數(shù)轉(zhuǎn)換器，及單片機(jī)系統(tǒng)并且，所述單片機(jī)系統(tǒng)和模數(shù)轉(zhuǎn)換器，及數(shù)模轉(zhuǎn)換器連接在一起。
2.所述的一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，其特征在于，期內(nèi)部包含，單片機(jī)最小系統(tǒng)，濾波電路，電源芯片，及usb接口，標(biāo)準(zhǔn)音頻接口。
3.所述的一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，其特征在于，可將usb接口外接認(rèn)證設(shè)備用于帶有音頻接口的手持設(shè)備平臺上。
4.所述的一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，其特征在于，手機(jī)和USB認(rèn)證設(shè)備之間的通信是通過本發(fā)明將USB接口和音頻接口的信息相互轉(zhuǎn)換發(fā)送完成的。
5.所述的一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，其特征在于，調(diào)制波形由本發(fā)明右聲道接收，經(jīng)AD轉(zhuǎn)換變?yōu)橄鄳?yīng)的數(shù)字量。
6.所述的一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，其特征在于，當(dāng)手機(jī)需要進(jìn)行身份認(rèn)證時(shí)，通過認(rèn)證軟件發(fā)送認(rèn)證請求到音頻接口。
7.所述的一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，其特征在于，本發(fā)明約定音頻接口空閑時(shí)保持低電壓，當(dāng)有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，設(shè)置發(fā)送端為一段時(shí)間高電壓，聲明告知接收端將要有數(shù)據(jù)發(fā)送，做好接收準(zhǔn)備，保持一段高電壓后，開始發(fā)送數(shù)據(jù)。
8.所述的一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，其特征在于，手機(jī)和專用Key認(rèn)證設(shè)備之間的通信是通過音頻接口完成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于移動通訊設(shè)備平臺的身份認(rèn)證裝置，包括音頻輸出接口，單片機(jī)系統(tǒng)，數(shù)模轉(zhuǎn)換器，模數(shù)轉(zhuǎn)換器，濾波電路，電源芯片，及USB標(biāo)準(zhǔn)接口，本設(shè)備用于USB認(rèn)證設(shè)備與手機(jī)移動平臺之間的鏈接。傳統(tǒng)的身份認(rèn)證在手機(jī)上采用用戶名+靜態(tài)密碼的方式，此種方式密碼容易泄露，容易被暴力破解，且有可能被手機(jī)內(nèi)運(yùn)行的非法程序截獲。利用成熟的USB外接認(rèn)證設(shè)備，避免了這一弊端。此外，本發(fā)明還公開了采取所述校準(zhǔn)系統(tǒng)的校準(zhǔn)方法以及實(shí)時(shí)時(shí)鐘。使得具有身份認(rèn)證需求的并提供音頻接口的手機(jī)，能使用USB認(rèn)證設(shè)備的認(rèn)證功能進(jìn)行身份認(rèn)證。
文檔編號H04L9/32GK103138930SQ20111039834
公開日2013年6月5日 申請日期2011年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2011年12月5日
發(fā)明者鄒芬 申請人:賽酷特(北京)信息技術(shù)有限公司