一种基于量子随机数的磁卡交互式智能门锁的控制装置

本发明涉及密码锁系统、随机量子数发生器系统和身份鉴别，提供了一种基于量子随机数的磁卡交互式智能门锁的控制装置。

背景技术：

1、随着科学技术的发展，密码锁的形式和种类日新月异。在当今日益数字化和智能化的环境下，一系列的安全问题随之而来，而面临着众多安全性和便捷性方面的挑战，传统密码锁又无法满足高要求的安全性。

2、为了增加用户体验，现有的智能门锁都同时具有磁卡识别、密码输入、人脸和指纹识别等多种开锁方式，由此也会带来很高的被入侵风险；为了解决这样的问题，像酒店、公司办公楼、研究场所等场景下的智能门锁选择了减少开锁方式或是只使用磁卡识别一种开锁方式；而这样对于磁卡识别的安全性能又提出了极高的要求。传统的基于身份识别的磁卡又因为结构简单，识别逻辑单一等问题的存在很难满足上述场景门锁的保密要求；能否设计一种智能门锁与磁卡的交互系统，使其在身份比对的基础上加入由高不可预测性的随机数生成器生成的密码的比对，并拥有在每次比对后再生成新的密码用于下一次比对的”一次一密“特性成为了提高该场景下解决门锁安全问题的关键。

3、量子随机数的生成基于量子力学的原理，与传统的伪随机数生成方法相比，具有真正的随机性。在传统密码锁中，如果密码被猜测、暴力破解或者通过社会工程学攻击，安全性将受到威胁。而量子随机数的引入消除了这些传统攻击手段的效力，因为量子随机数是基于物理过程而非算法生成的，相比算法生成的称为伪随机数而言，量子随机数此真随机数具有真正的不可预测性。

4、nfc技术创新应用在密码锁系统中，实现了更便捷、更安全的身份验证。用户只需靠近装有nfc芯片的磁卡或智能设备完成验证，摆脱传统密码输入的繁琐过程。具体来说，nfc提供即插即用的便捷体验，实时响应用户放置nfc卡片或设备的操作。此外，nfc通信近距离且工作距离短，降低了窃听风险，加密措施提升了系统整体安全性。管理员模式通过nfc卡或设备轻松进入系统，便利进行用户管理和权限设置，提供更大的系统管理便利性。

5、在此背景下，同时基于杭州电子科技大学启动基金(kys275623071)及浙江省自然科学基金探索青年项目(q24a050008)。发明人设计一种基于量子随机数的磁卡交互式智能门锁的控制装置和智能门锁，用来整合智能门锁、量子随机数与nfc技术三者。

技术实现思路

1、本技术的目的是针对现有技术的不足，提供一种基于量子随机数的磁卡交互式智能门锁的控制装置，旨在运用“一次一密”的安全加密方式提高智能门锁的安全性。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案如下：

3、本发明控制装置设置于智能门锁内部，该装置包括主控芯片、量子随机数生成器芯片、读写器芯片、内部存储区和锁控电机；主控芯片分别与量子随机数生成器芯片、读写器芯片、内部存储区和锁孔电机相连；量子随机数生成器芯片用于产生真随机数密码；主控芯片用于将生成的真随机数密码发送到内部存储区和读写器芯片读入的磁卡的存储区中；内部存储区用于存储生成的真随机数密码、与该真随机数密码对应的磁卡用户识别码和用户身份；读写器芯片用于识别磁卡，并将磁卡中存储的用户识别码和真随机数密码发送给主控芯片；主控芯片还用于将用户识别码和内部存储区内存储的用户识别码进行比对以及真随机数密码和内部存储区内存储的该用户识别码对应的真随机数密码进行比对。

4、当读写器芯片读到的用户识别码和真随机数密码与内部存储区中的用户识别码和对应的真随机数密码全部比对成功，此时主控芯片控制量子随机数生成器芯片产生新的真随机数密码并经由读写器芯片发送给磁卡，磁卡接收到该真随机数密码并覆盖原来的真随机数密码；与此同时，新的真随机数密码也会覆盖掉内部存储区该用户识别码和原来的真随机数密码；门锁打开；以此实现“一次一密”的安全加密方式，提高智能门锁的安全性。

5、结合第一方面，该控制装置还包括了按键模块，按键模块与主控芯片相连接，用于用户在丢失磁卡无法开门时输入管理员密码开门和进入管理员模式。

6、结合第一方面，该控制装置还包括oled显示器，oled显示器与主控芯片相连接，用于可视化管理员模式，便于用户操作。

7、结合第一方面，该控制装置还包括硬件加密芯片，硬件加密芯片与主控芯片相连；硬件加密芯片利用其内部认证和外部认证的身份识别与比对机制，使硬件加密芯片与主控芯片唯一对应，防止黑客采用更换主控芯片的方式控制锁控电机。

8、结合第一方面，该控制装置所采用的密码形式为虚位密码；虚位密码是指在真实密码前面和后面加上任意位的数字，而系统只要识别到输入的数字中间有连续正确的密码即判断验证通过；只要不改变真实密码的数字顺序，那么在真实密码前后插入不超过上限的任意位数字都可以实现开锁，以此达到防窥目的；虚位密码中的真实密码和前后虚位密码可支持的最大位数均由管理员规定，可以通过管理员模式手动更改。

9、结合第一方面，该控制装置的管理员模式由用户扫描管理员磁卡并在按键模块输入管理员密码进入；主控芯片在比对用户识别码之前会判断磁卡是否指示管理员身份，若是，则等待用户在按键模块输入管理员密码，若管理员密码输入正确，则进入管理员模式，此时oled显示器显示要执行的操作，用户根据显示器提示在按键模块输入对应功能的按键进入对应功能；管理员功能如下：

10、磁卡录入功能，管理员根据oled显示器提示按下按键进入磁卡录入界面，读写器芯片读入新磁卡，管理员在显示器提示下为新磁卡创建用户并输入用户识别码和用户身份，主控芯片将输入内容存储到内部存储区并控制读写器芯片向新磁卡写入用户识别码；之后，主控芯片控制量子随机数生成器芯片生成新的真随机数密码，主控芯片将生成的真随机数密码存入内部存储区并控制读写器芯片向新磁卡写入真随机数密码，磁卡录入功能结束；

11、磁卡删除功能，管理员根据显示器提示按下按键进入磁卡删除界面，主控芯片控制内部存储区存储的用户信息显示在显示器上，管理员选择想要删除的用户，点击相应按键删除；磁卡删除功能结束；

12、管理员密码更改，管理员根据显示器提示按下按键进入管理员密码更改界面，根据显示器提示输入新管理员密码和前后虚位密码可支持的最大位数，之后点击相应按键保存，管理员密码更改功能结束。

13、结合第一方面，磁卡基于nfc技术，支持接收电信号并将其转换为信息存入存储区，支持反复擦写，可以在刷卡的同时接收来自智能门锁的真随机数密码并覆盖存储区原来的密码。

14、第二方面，本技术实施例同时提供了一种智能门锁，该智能门锁包括了上述第一方面的控制装置以及外壳、把手、控制面板、按键面板和电源；外壳的前壳装有把手、按键面板和控制面板；后壳装有把手和所述电源的电池仓；前壳与后壳用螺丝进行固定连接；而控制装置设置于前壳和后壳形成的安置腔内；控制装置由电源供电；控制面板与控制装置的oled显示器相连接；按键面板与控制装置的按键模块和读写器芯片相连接；控制面板用于呈现管理员操作的界面；按键面板用于用户按键输入管理员密码和刷卡，电源用于给控制装置供电，可拆卸。

15、结合第二方面，智能门锁也包含了反锁按钮，其安装在后壳把手上，反锁按钮可以从内部将智能门锁反锁。

16、总体而言，通过本发明实施例所构思的技术与现有技术相比，能够取得下列

17、有益效果：

18、本发明实施例从三个方面提高门锁的安全性：首先，门锁与用户的交互过程由磁卡完成，该交互过程在完成传统的身份鉴别基础上，实现了量子随机数密码识别，量子随机数是真随机数，无法轻易破解，而在每次刷卡后，卡内存储的量子随机数密码也会改变，这种高随机性大大增加了黑客破解门锁的难度；其次，门锁的密码也采用了虚位密码的输入形式，用户可以任意输入密码，只要保证中间的真实密码顺序正确即可，也达到了防窥的目的；最后，控制装置内部的硬件加密芯片自带的识别功能可以的识别唯一的主控芯片，这就意味这黑客不可能通过改变主控芯片的方式控制锁控电机，从物理层面提高门锁的安全性；同时，本发明实施例也设置了可视化的用户交互界面，大大改善了用户体验；总之，本发明实施例在安全领域拥有很高的实用和推广价值。