Пристрій для захищеного від маніпуляцій прийому амплітудно-модульованого сигналу

1 Схемний пристрій для прийому амплітудномодульованих сигналів, зокрема для застосування в носіях даних системи ідентифікації, який містить демодулятор (Demod), під'єднаний після нього декодер (Decod), вузол керування (SM) для керування процесами прийому, демодуляції і обробки прийнятих даних, який відрізняється тим, що між демодулятором (Demod) і декодером (Decod) ввімкнено керований вузлом керування (SM) перемикач (S), вхід якого з'єднаний з виходом демодулятора (Demod), a перший вихід з'єднаний зі входом декодера (Decod), а також тим, що перемикач (S) має другий вихід, з'єднаний зі входом скидання пристрою, а також тим, що перемикач (S) виконано з можливістю керування від вузла керування (SM) таким чином, що в режимі роботи, в якому приймаються дані, вихід демодулятора (Demod) через перемикач (S) з'єднаний зі входом декодера (Decod), а в режимі роботи, в якому дані не приймаються, вихід демодулятора (Demod) через перемикач (S) з'єднаний зі входом скидання пристрою 2 Схемний пристрій за п 1, який відрізняється тим, що демодулятор (Demod) містить першу схему (РЕ1) розпізнавання пауз 3 Схемний пристрій за п 2, який відрізняється тим, що паралельно першій схемі (РЕ1) розпізнавання пауз під'єднана друга схема (РЕ2) розпізнавання пауз, причому, вихід другої схеми (РЕ2) розпізнавання пауз і другий вихід перемикача (S) об'єднані за допомогою логічного елемента АБО (OR) 4 Схемний пристрій за п 2, який відрізняється тим, що на вході першої схеми (РЕ1) розпізнавання паузи ввімкнена диференціююча схема (DS) 5 Схемний пристрій за одним із пп 2-4, який відрізняється тим, що паралельно першій схемі (РЕ1) розпізнавання пауз під'єднана третя схема (РЕЗ) розпізнавання пауз з більшим порівняно з першою схемою (РЕ1) розпізнавання пауз часом затримки, а також тим, що вихід третьої схеми (РЕЗ) розпізнавання пауз також зв'язаний зі входом скидання пристрою 6 Схемний пристрій за одним із пп 2-5, який відрізняється тим, що схеми (РЕ1, РЕ2, РЕЗ) розпізнавання пауз виконані у вигляді одновібратора з перезапуском Винахід стосується пристрою для прийому амплітудно-модульованого сигналу, зокрема, для використання в носи даних системи ідентифікації, який містить прийомну схему, під'єднаний до неї демодулятор, під'єднаний до нього декодер і вузол керування, зокрема, прийомом, демодуляцією і обробкою прийнятих даних Такий пристрій відомий із європейського патенту ЕР 0 669 591 А2 В системах ідентифікації здійснюється обмін даними між стаціонарним або квазі-стацюнарним пристроєм і мобільним чи переносним вузлом, іменованим в подальшому носієм даних, що містить принаймні запам'ятовувач, а часто також передача енергії від стаціонарного пристрою до носія даних, переважно за допомогою індуктивного зв'язку або електромагнітного випромінювання Прикладами є пристрої контролю доступу з переносними об'єктами ідентифікації, такими як, наприклад, чіп-картки Але до систем ідентифікації даного роду належать також електронні залізничні стрілки з кодовими замками В системах ідентифікації даного роду дані від стаціонарного пристрою до носія даних переда О (О о> о 1^ ю 57096 ються за допомогою амплітудної модуляції, прине надходять дані, - під керівництвом вузла керучому, високочастотний несучий сигнал - можливо, вання - з'єднується зі входом скидання пристрою після необхідного ділення та/або підготовки для Коли дані від станції зчитування системи іденцифрової обробки сигналів - безпосередньо викотифікації не передаються до носія даних, несучий ристовується як тактовий сигнал, тому наявні у сигнал, який, як і раніше, має передаватися для модульованому несучому сигналі пробіли появлязабезпечення живлення носія даних, надходить не ються також у тактовому сигналі Крім того, шлямодульованим, внаслідок чого демодулятор форхом випрямлення і згладжування переданого сигмує постійний сигнал, а тактовий сигнал, також налу одержується енергія, необхідна для одержаний із несучого сигналу, не містить пробіживлення носія даних лів Демодуляція амплітудно-модульованого несуЯкщо хакер припинить надходження несучого чого сигналу здійснюється або безпосередньо із сигналу, а разом з ним і тактового сигналу, з тим, переданого і прийнятого сигналу, або лише із одещоб у цьому проміжку часу дослідити стан схеми ржаного з нього тактового сигналу Це можливо, носія даних, демодулятор змінить стан свого виоскільки тактовий сигнал також містить пробіли і, ходу, що, згідно з винаходом, приведе до скидання таким чином, теж модульований Схеми в носіях схеми носія даних, внаслідок чого дослідження даних відомих систем ідентифікації виконані таким поточного стану схеми стає неможливим чином, що допускається короткочасне випадання Одержання тактового сигналу із високочастоттактового сигналу ного несучого сигналу може бути здійснене шляхом обмеження і обробки перетворювачем рівнів При цьому прийом даних здійснюється згідно з В залежності від вибраної логіки, тактовий сигнал наперед заданим протоколом, яким керує вузол у паузі може приймати значення низького або викерування (State machine = блок керування) Песокого рівня Якщо демодулятор містить першу реривання тактового сигналу у момент часу, не схему розпізнавання паузи, яка у переважному, бо передбачений правилами протоколу прийому, вепростішому і тому дешевшому варіанті утворена де до припинення прийому Крім того, із європейодновібратором з перезапуском, необхідно розпіського патенту ЕР 0 387 071 А1 відоме формуванзнати стан сигналу, що підлягає демодулюванню, ня в ретрансляторі сигналу скидання, одержаного під час паузи у несучому сигналі При цьому, як із тактового сигналу, сформованого із амплітудноуже було сказано, сигнал, що підлягає демодулюмодульованого несучого сигналу, який (сигнал ванню, може бути або тактовим сигналом, одерскидання) здійснює скидання схеми ретранслятора жаним із переданого станцією зчитування і прийну вихідний стан, якщо тривалість, паузи між двома ятого носієм даних сигналу, або сигналом, інтервалами часу, в яких наявний несучий сигнал, одержаним у демодуляторі із прийнятого сигналу і перевищує певне значення обробленим перетворювачем рівнів Після прийому даних, які можуть бути командами або ж даними, що підлягають обробці, вони оброблюються Така обробка може охоплювати зчитування і запис даних чи значень у енергонезалежні запам'ятовувачі носія даних, а також передачу даних до стаціонарного пристрою з можливим кодуванням даних Під час обробки прийнятих даних носій даних не чекає ніяких подальших даних і, тим самим, розриву у тактовому сигналі, оскільки стаціонарний пристрій не здійснює модуляцію несучого сигналу Звичайно, це веде до ризику, оскільки принципово допускається затримка тактового сигналу Хакер міг би призупинити чи відфільтрувати тактовий сигнал, дослідити поточний стан схеми і, таким чином, вивідати її структуру і принцип дії з метою розробки можливості моделювання Для боротьби з цією проблемою серед фахівців уже виробилася тенденція замість 100процентної амплітудної модуляції використовувати амплітудну модуляцію з меншим індексом модуляції Одначе, це означає, що в носи даних має бути реалізована менш жорстка демодуляція, що веде до збільшення витрат внаслідок меншого виходу придатних мікросхем та необхідності проведення більш складних вимірювань або до гіршої компактності носія даних В основу цього винаходу покладено задачу розробки пристрою із вказаними родовими ознаками, вільного від наведених недоліків Між демодулятором і декодером носія даних системи ідентифікації розміщений перемикач, за допомогою якої вихід демодулятора у стані, коли Для забезпечення кращого захисту від втручання хакерів у переважному варіанті стан спокою сигналу, поданого на першу схему розпізнавання паузи, може бути невизначеним У цьому разі, згідно з винаходом, паралельно наявній у демодуляторі першій схемі розпізнавання паузи під'єднана ще одна схема розпізнавання паузи з інвертуючим входом, причому, вихід цієї другої схеми розпізнавання паузи з'єднаний зі входом скидання схеми носія даних Сполучення як другого виходу перемикача, так і виходу другої схеми розпізнавання паузи зі входом скидання пристрою носія даних може бути здійснене, наприклад, за допомогою логічного елемента АБО (OR) Завдяки цьому вигідному вдосконаленню, забезпечено, що кожне переривання тактового сигналу - незалежно від наявного при цьому рівні сигналу, підведеного до демодулятора - розпізнається і веде до скидання схеми Еквівалентним чином можна також перед першою схемою розпізнавання паузи у демодуляторі ввімкнути диференційну схему Попередній варіант виконання винайденого пристрою дозволяє здійснювати скидання, коли схемний пристрій перебуває в режимі обробки даних, тобто не очікує прийому даних Під час прийому даних переривання тактового сигналу допускається, оскільки кожен переданий логічний "0" веде до переривання І цей факт може бути зловмисно використаний хакером Для вирішення цієї проблеми у вигідному варіанті вдосконалення винаходу паралельно першій схемі розпізнавання паузи під'єднана третя схема розпізнавання паузи Вихід цієї третьої схеми розпізнавання паузи також з'єднаний зі входом скидання пристрою, наприклад, також через логічний елемент АБО Третя схема розпізнавання паузи має порівняно з першою схемою розпізнавання паузи значно більший час затримки, внаслідок чого скидання схеми здійснюється хоча й обов'язково, але при порівняно довших паузах у тактовому сигналі Нижче винахід детальніше пояснюється з використанням прикладу здійснення за допомогою ілюстрацій На них зображено фіг 1 блок-схема винайденого пристрою, фіг 2 деталізована схема одновібратора з перезапуском, фіг 3 діаграма сигналів На фіг 1 зображена виконана у вигляді котушки Sp прийомна антена для системи ідентифікації вказаного роду Клеми котушки Sp з'єднані з випрямлячем GL, на виходах якого формується необхідна для носія даних напруга живлення Для передачі даних від носія даних до стаціонарного пристрою передбачено модулятор Mod, керування яким зображено лише стрілкою, оскільки цей модулятор не має значення для даного винаходу Крім того, клеми прийомної антени Sp з'єднані зі схемою CL формування тактового сигналу, яка видає на виході тактовий сигнал СІ Для передачі даних від стаціонарного пристрою до носія даних використовується амплітудна модуляція, тому в несучому сигналі присутні пробіли Тактовий сигнал СІ також містить ці пробіли, тому тактовий сигнал СІ може бути залучений для демодуляції в демодуляторі Demod Можлива також подача вихідного сигналу антенної котушки Sp безпосередньо на демодулятор Demod В такому разі - в залежності від типу використовуваного демодулятора - додатково була б необхідна відповідна схема попередньої підготовки сигналу Вихідний сигнал демодулятора через перемикач S подається на декодер Dekod Вихідний сигнал декодера Dekod подається на подальшу обробку в носи даних, що зображено стрілкою Подальша обробка даних для розуміння винайденого пристрою значення не має і тому детальніше не описується Вузол керування SM здійснює керування роботою перемикача S, який має другий вихід, зв'язаний зі входом скидання вузла керування SM В залежності від стану вузла керування, перемикач S з'єднує вихід демодулятора Demod або з декодером Decod, або - у зображеному прикладі - через логічний елемент АБО зі входом скидання вузла керування SM При цьому в першому режимі роботи, при якому приймаються дані від стаціонарного пристрою, декодер Decod зв'язаний з демодулятором Demod Весь схемний пристрій виконаний таким чином, що допускаються пробіли в тактовому сигналі СІ, які виникають в рамках протоколу прийому В другому режимі роботи, в якому у схемному пристрої оброблюються прийняті дані, схемний пристрій чи носій даних не очікує даних від стаціонарного пристрою, тому не відбувається модуляція несучого сигналу і НІЯКІ пробіли виникати не можуть Якщо ж вони все-таки виникають, то з ве 57096 ликою вірогідністю можна передбачити зловживання Щоб виключити це зловживання, згідно з винаходом у другому режимі роботи за командою вузла керування SM вихід демодулятора Demod з'єднується зі входом скидання вузла керування SM, завдяки чому виникнення пробілів у тактовому сигналі СІ веде до скидання всього пристрою Демодулятор Demod містить першу схему РЕ1 розпізнавання пауз, яка може бути виконана у вигляді зображеного на фіг, 2 одновібратора з перезапуском Така схема здатна розпізнати лише одну паузу певної полярності Для випадку, коли пробіл у тактовому сигналі СІ не має певної полярності, що може свідчити про втручання хакера, згідно з винаходом передбачена друга схема РЕ2 розпізнавання пауз з інверсним відносно першої схеми РЕ1 розпізнавання пауз входом, вихід якої також через логічний елемент АБО зв'язаний зі входом скидання вузла керування SM Оскільки схемний пристрій згідно з фіг 1 в режимі прийому допускає пробіли в тактовому сигналі СІ, хакер міг би спробувати в цьому режимі дослідити схему шляхом подовження пробілів Для запобігання цьому зловживанню у вдосконаленому варіанті винаходу передбачена третя схема РЕЗ розпізнавання пауз, до якої також підведений тактовий сигнал СІ і яка також через логічний елемент АБО діє на вхід скидання вузла керування SM Одначе, ця третя схема розпізнавання пауз має більший час затримки, ніж схеми РЕ1 і РЕ2, оскільки вона з одного боку спрацьовує безумовно, але з іншого боку не повинна здійснювати скидання схеми при наявності пробілів, зумовлених нормальною модуляцією Типові значення часу затримки при несучій частоті 13,56МГц, яка відповідає промисловій частоті, для першої і другої схем розпізнавання пауз становлять близько 300нс, а для третьої схеми розпізнавання пауз близько бмкс Замість другої схеми РЕ2 розпізнавання пауз з інверсним входом перед першою схемою РЕ1 може бути ввімкнена диференційна схема DS, зображена на фіг 1 пунктирною ЛІНІЄЮ Таким чином можуть бути виявлені обидві полярності пробілу в тактовому сигналі СІ На фіг 2 зображений приклад виконання схеми розпізнавання пауз у формі одновібратора з перезапуском Одновібратор складається із трьох з'єднаних послідовно інверторів IN1 - IN3, причому, між виводом витоку n-канального транзистора Тг2 другого інвертора IN2 і виводом маси ввімкнено резистор R Крім того, паралельно канапу пканального транзистора Тг2 другого інвертора IN2 і резистору під'єднано конденсатор С Робота схеми згідно з фіг 2 пояснюється за допомогою діаграми сигналів згідно з фіг 3 Точки схеми, в яких розглядаються сигнали, позначені римськими цифрами I-IV На вхід І схеми подається, наприклад, тактовий сигнал СІ При передачі одного або кількох значень низького логічного рівня він містить пробіли або паузи Цей сигнал інвертується першим інвертором IN1 і подається на вхід другого інвертора IN2 Інвертований сигнал зображений під індексом II Коли сигнал на вході другого інвертора IN2 має значення логічного нуля, р-канальний транзистор Тг1 другого інвертора IN2 відкритий і конденсатор С заряджається Коли сигнал на вході другого інвертора IN2 приймає значення логічної одиниці, р-канальний транзистор Тг1 запирається, а п-канальний транзистор Тг2 відкривається і конденсатор С розряджається через канал п-канального транзистора Тг2 і резистор R При цьому конденсатор С і резистор R мають бути розраховані таким чином, щоб напруга на конденсаторі протягом половини періоду тактового сигналу не зменшувалась до значення, меншого від порогу перемикання третього інвертора IN3 Лише при наявності паузи в сигналі на вході одновібратора конденсатор розрядиться настільки, що буде досягнуте порогове значення і стан виходу 57096 8 третього інвертора IN3 зміниться В залежності від використовуваної схеми CL формування тактового сигналу, тактовий сигнал СІ міг би мати також форму, зображену під індексом II, тобто паузі відповідає високий логічний рівень Для виявлення пауз за допомогою схеми згідно з фіг 2 при такій формі тактового сигналу слід лише або під'єднати на вході ще один інвертор, або видалити перший інвертор За допомогою винайденого пристрою і вказаних вдосконалень можна надійно запобігти зловживанням в системах ідентифікації, що використовують амплітудну модуляцію з індексом 100% ФІГ.1 ФІГ. З ГТ_П_П_П П 10 57096 ПМ-ЗЭ80 Назва ПОЗИЦІЙНІ позначення Нові "Г~ Старі ' Sp котушка прийомна антена антенна котушка 2 'з 5 6" І"" 8' 9 10 11~" GL Mod сГ модулятор "Сі тактовий сигнал Demod s~" Dekod SM випрямляч схема формування тактового сигналу демодулятор перемикач декодер Вузол" керування перша схема розпізнавання пауз >E2 друга схема розпізнавання пауз РЕЗ 13 14 15 16 17 18 19 20 "РЕЇ" третя схема розпізнавання пауз DS " диференційна схема IN1 "IN2 ™ інвертор 1N3 інвертор Ira"" n-канальний транзистор інвертор резистор с конденсатор р-канальний транзистор Комп ютерна верстка А Крулевський Підписано до друку 05 07 2003 Тираж39 прим Міністерство освіти і науки України Державний департамент інтелектуальної власності Львівська площа 8 м Київ МСП 04655 Україна ТОВ Міжнародний науковий комітет вул Артема 77 м Київ 04050 Україна