Результат интеллектуальной деятельности: Система учета и контроля с имитозащищенным обменом данными

Область техники

Изобретение относится к области регистрации или опознавания подвижного состава, учета перемещения товаров, в особенности на грузовом железнодорожном транспорте, и может быть использовано, например, для контроля перемещения наливных железнодорожных цистерн.

Уровень техники

Известна система учета и контроля (Патент РФ №2317909, опубл. 27.02.2008), состоящая из установленных в местах контроля контрольно-учетных станций и на контролируемых объектах идентификаторов. Каждая контрольно-учетная станция содержит считыватель, выход которого через контроллер подключен к устройствам индикации и ввода-вывода информации, а каждый идентификатор содержит антенну, подключенную к приемнику сигнала, выход которого через интерфейс ввода-вывода соединен с одной шиной ввода-вывода микропроцессора, другие информационные шины которого соединены соответственно с оперативным запоминающим устройством, постоянным запоминающим устройством и перепрограммируемым запоминающим устройством, в которой каждый идентификатор содержит вибрационный преобразователь колебаний в электрический сигнал, выпрямитель и фильтр, входы выпрямителя и фильтра подключены к выходу вибрационного преобразователя, выход фильтра подключен к разрешающему входу микропроцессора, а выход выпрямителя - к шине питания идентификатора.

Одним из недостатков данной системы является использование средств шифрования, обладающих низкой криптографической стойкостью. Использование средств шифрования не исключает внешних угроз, связанных с несанкционированным доступом к радиоканалу связи (просмотр и подмена данных) (Агафьин С.С. LW-криптография: шифры для RFID-систем // Безопасность информационных технологий. - 2011. - №1. - С. 30-33). Разработка новых протоколов шифрования или усовершенствование существующих является долгим и дорогим процессом. Другим методом повышения защищенности может быть использование подписи данных уникальным идентификатором, который сможет подтвердить подлинность (имитозащищенность) данных (Михеев В.А., Уткин А.В., Виноградов Д.А. Проблемы защиты информации в RF ID-системах высокого уровня сложности, простроенных на принципах EPCglobal // Известия ЮФУ. Технические науки. - 2012. - №12 (137). - С. 34-39). Использование средств электронной подписи на основе криптографии является излишне дорогим. Альтернативным методом подписи данных может быть подход, реализованный в устройстве, которое состоит из блока контроля, содержащего блок управления, блок формирования кодограммы следующего такта, генератор первой псевдослучайной последовательности (генератор ПСП-1), блок модулятора, генератор второй псевдослучайной последовательности (генератор ПСП-2), коммутатор, содержащий коммутирующий блок с N линий связи, N блоков сравнения по числу контролируемых объектов, каждый из которых состоит из запоминающего устройства значения генератора ПСП-2 блока контроля (ЗУ значения генератора ПСП-2 блока контроля), блока логических операций XOR (логическая операция «исключающее ИЛИ»), состоящего из п блоков XOR, по числу разрядов в двоичном представлении кодограмм первой и второй псевдослучайных последовательностей, запоминающего устройства значения генератора ПСП-2 контролируемых объектов (ЗУ значения генератора ПСП-2 контролируемых объектов), блока контроля исправности объекта и контролируемого объекта, состоящего из блока памяти следующего такта, блока сравнения, демодулятора, блока памяти, согласующего устройства, модулятора, генератора ПСП-2 (патент РФ №2520413 «УСТРОЙСТВО ИМИТОЗАЩИТЫ ГРУППЫ КОНТРОЛИРУЕМЫХ ОБЪЕКТОВ, ОСНОВАННОЕ НА ЛОГИКЕ XOR», опубл. 27.06.2014).

Раскрытие изобретения

Задачей предлагаемого изобретения является разработка системы учета и контроля с имитозащищенным обменом данными.

Технический результат, который может быть получен с помощью предлагаемого изобретения, сводится к повышению имитозащищенности обмена данными.

Технический результат достигается с помощью системы учета и контроля с имитозащищенным обменом данными, состоящей из идентификатора (фиг. 1), содержащего приемопередающую антенну 1, приемно-передающий блок 2, интерфейс ввода-вывода 3, микропроцессор 4, оперативное запоминающее устройство (ОЗУ) 5, постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 6, перепрограммируемое постоянное запоминающее устройство (ППЗУ) 7, вибрационный преобразователь 8 колебаний в электрический сигнал, выпрямитель 9, фильтр 10, контрольно-учетных станций (фиг. 2), каждая из которых содержит приемопередающую антенну 11, приемно-передающий блок 12, интерфейс ввода-вывода 13, микропроцессор 14, ОЗУ 15, ПЗУ 16, ППЗУ 17, генератор псевдослучайной последовательности (ПСП) 18, счетчик циклов 19, устройство сравнения 20, блок питания 21, инициализирующей контрольно-учетной станции (фиг. 3), содержащей приемопередающую антенну 22, приемно-передающий блок 23, интерфейс ввода-вывода 24, микропроцессор 25, ОЗУ 26, ПЗУ 27, ППЗУ 28, генератор случайных чисел (ГСЧ) 29, генератор ПСП 30, блок питания 31,

причем выход приемопередающей антенны 1 подключен к первому входу приемно-передающего блока 2,

первый выход приемно-передающего блока 2 подключен к входу приемопередающей антенны 1, второй выход приемно-передающего блока 2 подключен к первому входу интерфейса ввода-вывода 3,

первый выход интерфейса ввода-вывода 3 подключен к третьему входу приемно-передающего блока 2, второй выход интерфейса ввода-вывода 3 подключен к первому входу микропроцессора 4,

первый выход микропроцессора 4 подключен к третьему входу интерфейса ввода-вывода 3, второй выход микропроцессора 4 подключен к первому входу ППЗУ 7, третий выход микропроцессора 4 подключен к первому входу ОЗУ 5,

выход ОЗУ 5 подключен к пятому входу микропроцессора 4,

выход ПЗУ 6 подключен к четвертому входу микропроцессора 4,

выход ППЗУ 7 подключен к третьему входу микропроцессора 4,

выход вибрационного преобразователя 8 колебаний в электрический сигнал одновременно подключен к входу выпрямителя 9 и к входу фильтра 10,

выход выпрямителя 9 одновременно подключен к четвертому входу приемно-передающего блока 2, к четвертому входу интерфейса ввода-вывода 3, к шестому входу микропроцессора 4, ко второму входу ОЗУ 5, к входу ПЗУ 6, ко второму входу ППЗУ 7,

выход фильтра 10 одновременно подключен ко второму входу приемно-передающего блока 2, ко второму входу интерфейса ввода-вывода 3, ко второму входу микропроцессора 4,

выход приемопередающей антенны 11 подключен к первому входу приемно-передающего блока 12,

первый выход приемно-передающего блока 12 подключен к входу приемопередающей антенны 11, второй выход приемно-передающего блока 12 подключен к первому входу интерфейса ввода-вывода 13,

первый выход интерфейса ввода-вывода 13 подключен ко второму входу приемно-передающего блока 12, второй выход интерфейса ввода-вывода 13 подключен к первому входу микропроцессора 14,

первый выход микропроцессора 14 подключен ко второму входу интерфейса ввода-вывода 13, второй выход микропроцессора 14 подключен к первому входу ППЗУ 17, третий выход микропроцессора 14 подключен к первому входу ОЗУ 15, четвертый выход микропроцессора 14 подключен к первому входу счетчика циклов 19,

выход ОЗУ 15 подключен к пятому входу микропроцессора 14,

выход ПЗУ 16 подключен к четвертому входу микропроцессора 14,

первый выход ППЗУ 17 подключен к третьему входу микропроцессора 14, второй выход ППЗУ 17 подключен к первому входу устройства сравнения 20,

первый выход генератора ПСП 18 подключен к третьему входу устройства сравнения 20, второй выход генератора ПСП 18 подключен к третьему входу счетчика циклов 19, третий выход генератора ПСП 18 подключен к третьему входу ОЗУ 15,

выход счетчика циклов 19 подключен к первому входу генератора ПСП 18,

выход устройства сравнения 20 подключен к шестому входу микропроцессора 14,

выход блока питания 21 одновременно подключен к третьему входу приемно-передающего блока 12, к третьему входу интерфейса ввода-вывода 13, ко второму входу микропроцессора 14, ко второму входу ОЗУ 15, к входу ПЗУ 16, ко второму входу ППЗУ 17, ко второму входу генератора ПСП 18, ко второму входу счетчика циклов 19, ко второму входу устройства сравнения 20,

выход приемопередающей антенны 22 подключен к первому входу приемно-передающего блока 23,

первый выход приемно-передающего блока 23 подключен к входу приемопередающей антенны 22, второй выход приемно-передающего блока 23 подключен к первому входу интерфейса ввода-вывода 24,

первый выход интерфейса ввода-вывода 24 подключен ко второму входу приемно-передающего блока 23, второй выход интерфейса ввода-вывода 24 подключен к первому входу микропроцессора 25,

первый выход микропроцессора 25 подключен ко второму входу интерфейса ввода-вывода 24, второй выход микропроцессора 25 подключен к первому входу ППЗУ 28, третий выход микропроцессора 25 подключен к первому входу ОЗУ 26, четвертый выход микропроцессора 25 подключен к первому входу ГСЧ 29,

выход ОЗУ 26 подключен к пятому входу микропроцессора 25, выход ПЗУ 27 подключен к четвертому входу микропроцессора 25, выход ППЗУ 28 подключен к третьему входу микропроцессора 25, выход ГСЧ 29 подключен к первому входу генератора ПСП 30, выход генератора ПСП 30 подключен ко второму входу ОЗУ 26, выход блока питания 31 одновременно подключен к третьему входу приемно-передающего блока 23, к третьему входу интерфейса ввода-вывода 24, ко второму входу микропроцессора 25, к третьему входу ОЗУ 26, к входу ПЗУ 27, ко второму входу ППЗУ 28, ко второму входу ГСЧ 29, ко второму входу генератора ПСП 30.

Краткое описание чертежей

На фиг. 1 изображена блок-схема идентификатора, на фиг. 2 - блок-схема контрольно-учетной станции, на фиг. 3 - блок-схема инициализирующей контрольно-учетной станции, на фиг. 4 - кодограмма передаваемого сообщения, на фиг. 5 - схема присвоения порядковых номеров контрольно-учетным станциям.

Осуществление изобретения

Система учета и контроля работает следующим образом.

При изготовлении транспортного средства (железнодорожного вагона) к его днищу или раме прикрепляют идентификатор, выполненный в виде неразъемного необслуживаемого модуля, попытка вскрытия которого приводит к его разрушению (на чертежах не показано). При этом при изготовлении модуля в его постоянное запоминающее устройство 6 вводится уникальный номер, по которому можно определить завод-изготовитель, собственную массу вагона, его принадлежность, заводской номер вагона.

Процесс получения напряжения питания идентификатора вибрационным преобразователем 8 колебаний в электрический сигнал аналогичен описанному в прототипе (см. патент РФ №2317909). Напряжение питания с вибрационного преобразователя 8 колебаний в электрический сигнал поступает на входы выпрямителя 9 и фильтра 10. Выпрямитель 9 обеспечивает питанием электронную схему идентификатора, а фильтр 10 анализирует напряжение, поступающее на его вход по частоте и амплитуде. Это позволяет исключить внешнее несанкционированное воздействие на идентификатор.

Контрольно-учетные станции (КУС), объединенные средствами связи, получают энергопитание от внешнего источника энергии и могут работать постоянно или по мере необходимости. Когда станция работает, ее приемопередающая антенна 11 постоянно излучает кодированный радиосигнал. При движении транспортного средства идентификатор получает питание с выхода выпрямителя 9, а фильтр 10 производит селекцию сигнала с выхода вибрационного преобразователя 8 колебаний в электрический сигнал по частоте и амплитуде. Выход фильтра 10 подключен ко вторым входам приемно-передающего блока 2, интерфейса ввода-вывода 3 и микропроцессора 4, поэтому работа идентификатора возможна только при движении транспортного средства с заданной скоростью: если скорость движения отличается от расчетной, то амплитуда колебаний напряжения в вибрационном преобразователе 8 колебаний в электрический сигнал будет меняться, уменьшаясь по сравнению с расчетной. Контроль частоты необходим для исключения возможности влияния на идентификатор внешним полем с целью изменения информации, содержащейся в его перепрограммируемом постоянным запоминающем устройстве 7.

Следует заметить, что до тех пор, пока приемопередающая антенна 1 идентификатора не попадает в поле приемопередающей антенны 11 КУС, идентификатор не потребляет энергии от вибрационного преобразователя 8 колебаний в электрический сигнал. Это позволяет определять его параметры с помощью фильтра 10 с высокой точностью. Когда идентификатор попадает в зону действия контрольно-учетной станции, при наличии разрешающего сигнала с выхода фильтра 10 происходит обмен необходимой информацией между КУС и идентификатором.

Обмен информацией может осуществляться в двух режимах: 1) режим инициализации, 2) рабочий режим.

Первый режим информационного обмена (режим инициализации) характеризуется тем, что в пункте отправления инициализирующая КУС с помощью ГСЧ 29 вырабатывает случайное число, которое инициализирует генератор ПСП 30. Далее значение ПСП поступает через ОЗУ 26 в микропроцессор 25, в который одновременно с этим поступает нулевой порядковый номер инициализирующей КУС, значение которого заранее записано в ПЗУ 27. Сформированная кодограмма через интерфейс ввода-вывода 24, приемно-передающий блок 23 и приемопередающую антенну 22 записывается в ППЗУ 7 всех идентификаторов, проходя последовательно приемопередающую антенну 1, приемно-передающий блок 2, интерфейс ввода-вывода 3, микропроцессор 4.

Следует заметить, что всем КУС, включая инициализирующую, присваивается свой уникальный порядковый номер, идущий в порядке увеличения от №0 до №n (фиг. 5). Данные значения записываются в ПЗУ 16 КУС, а нулевое значение записывается в ПЗУ 27 инициализирующей КУС.

После этого система начинает функционировать во втором режиме информационного обмена (рабочий режим), заключающемся в том, что КУС на всем пути следования железнодорожного состава могут извлекать уникальный номер из ПЗУ 6 любого идентификатора для учета и контроля подвижного состава. При передаче данной информации от идентификатора подвижного состава к КУС к ней добавляется значение ПСП и значение порядкового номера КУС из ППЗУ 7 идентификатора (фиг. 4). После этого передаваемая информация шифруется и отправляется на КУС, где проходит расшифровку. Кодограмма в КУС разбивается на уникальный номер идентификатора, добавленное значение ПСП и порядковый номер КУС. Добавленное значение ПСП поступает в ППЗУ 17. Порядковый номер КУС поступает в счетчик циклов 19, который в каждой итерации цикла будет давать команду генератору ПСП 18 на генерацию очередного значения ПСП до тех пор, пока значение счетчика циклов 19 не достигнет порядкового номера КУС, хранящегося в кодограмме (фиг. 4), пришедшей от проверяемого идентификатора. Данное значение ПСП должно быть идентично значению ПСП, которое приходит от идентификатора, так как функции генерации ПСП во всех КУС, включая инициализирующую, являются идентичными. После этого значение ПСП от генератора ПСП 18, выработанное в КУС, и значение ПСП, пришедшее от проверяемого идентификатора, сравниваются в устройстве сравнения 20. В случае совпадения микропроцессор 14 дает команду на генерацию очередного значения ПСП на основе порядкового номера, содержащегося в ПЗУ 16 текущей КУС. После этого новое значение ПСП и порядковый номер КУС записываются в ППЗУ 7 проверяемого идентификатора. Данная процедура повторяется на каждой КУС. В случае же, если значения ПСП от идентификатора и ПСП текущей станции не совпадают, то об этом выдается сигнал тревоги, который передается в микропроцессор 14, который может содержать в своем составе подключенные средства передачи и отображения информации и блоки, которые являются обычными для различных компьютеризованных устройств (их наличие и выполнение не оказывает влияния на предлагаемое техническое решение и поэтому на чертежах не указано). Уполномоченное лицо (оператор), которое обслуживает данные компьютеризованные устройства, по порядковому номеру КУС может определить, где произошел сбой. При этом с помощью порядкового номера текущей КУС вырабатывается новое значение ПСП, которое записывается в ППЗУ 7 проверяемого идентификатора. Таким образом, в блоке ППЗУ 7 проверяемого идентификатора всегда будет храниться уникальное значение ПСП, отличное от предыдущих значений.

Следует заметить, что обращение к идентификатору предлагаемой системы учета и контроля вне зоны реальной КУС невозможно, если транспортное средство неподвижно, так как проверяемый идентификатор не работает просто в силу отсутствия напряжения питания, а если оно движется со скоростью, отличной от скорости в режиме прохождения контрольной станции, отсутствие разрешающего сигнала с выхода фильтра 10 дополнительно запрещает работу проверяемого идентификатора и, следовательно, исключает несанкционированное воздействие на него.

Предлагаемое изобретение по сравнению с прототипом и другими техническими решениями имеет следующее преимущество:

- повышение имитозащищенности обмена данными между идентификатором и контрольно-учетной станцией за счет применения ПСП;

- в случае нарушения имитозащиты осуществляется оповещение уполномоченного лица (оператора).