Результат интеллектуальной деятельности: ЭЛЕКТРОННЫЙ КОДОВЫЙ ЗАМОК

Изобретение относится к области приборостроения и может быть использовано в технике защиты объектов от доступа посторонних лиц.

Известен электронный кодовый замок (см. авторское свидетельство СССР N 1339229 от 08.04.86; МКИ E 05 B 47/00, "Кодовый замок", М.Н.Бобов, В.В. Епихин, А. А. Обухович, опубл. 23.09.87, Бюл. N 35), содержащий блок набора кода, первый выход которого соединен с первым входом блока выявления ложного кода, второй выход соединен с первым входом блока приема кода, третий выход соединен с первым входом блока приема кода разблокировки, второй вход которого соединен с выходом триггера и первым входом элемента И. Выход блока приема кода разблокировки соединен с вторым входом элемента И, выход которого подключен к установочному входу счетчика. Счетный вход счетчика соединен с выходом блока выявления ложного кода и первым входом коммутатора, второй вход которого соединен с выходом счетчика. Первый выход коммутатора соединен с вторым входом блока приема кода и первым входом триггера. Второй выход коммутатора соединен с первым входом реле времени, второй вход которого подключен к первому выходу блока приема кода и второму входу триггера. Первый выход реле времени соединен с третьим входом блока приема кода и вторым входом блока выявления ложного кода. Второй выход реле времени соединен с первым входом исполнительного блока, к второму входу которого подключен второй выход блока приема кода. Третий выход реле времени соединен с первым входом дополнительного элемента 14, к второму входу которого через элемент НЕ подключен выход триггера, а к выходу дополнительного элемента И подключен вход индикатора.

Недостатком известного кодового замка является высокая вероятность его открывания.

Если число возможных значений кода открывания равно числу возможных значений кода разблокировки и равно M=2^m, где m - число двоичных разрядов кода, а емкость счетчика количества наборов неверного кода (числа попыток подбора кода) равна L и M=KL, где K - коэффициент, то вероятность открывания замка с первой попытки равна 1/M и, далее, линейно нарастает с увеличением числа попыток до величины L/M, после чего производится блокировка замка, а вероятность его разблокировки со следующей попытки равна 1/М. При этом вероятность открывания замка равна L/M². Далее, вероятность разблокировки замка, а следовательно, вероятность открывания замка линейно нарастают, и после M попыток гарантированно производится разблокировка замка, а вероятность его открывания восстанавливается до величины L/M. После этого вероятность с учетом известного значения кода разблокировки открывания замка линейно нарастает до 1. При этом максимальное число возможных попыток подбора кода для открывания замка равно 2М, минимальное значение вероятности открывания замка равно L/M², а среднее значение вероятности открывания замка равно (М+1)•(M+L)/4M² ≅ (M+L)/4M ≅ 1/4.

Известен электронный кодовый замок (см. авторское свидетельство СССР N 1262018 от 24.04.85, МКИ E 05 В 47/00, 47/02, 49/00, "Электронный замок", С. П.Клокоцкий, М.Н. Бобов, опубл. 07.10.86, Бюл. N 37), содержащий блок набора кода, исполнительный кодовый замок, включающий блок приема кода, блок сравнения и блок памяти, исполнительный блок, блок управления, счетчик числа попыток подбора кода, включающий счетчик и дополнительный счетчик, коммутатор кода, включающий дешифратор, селектор и N дополнительных блоков памяти, а также блок индикации. Группа выходов блока набора кода (входная шина) электронного кодового замка соединена с группой входов блока приема кода, группа выходов которого соединена с группой входов блока сравнения. Первый выход блока сравнения, который является первым выходом исполнительного кодового замка, соединен с первым входом исполнительного блока. Дополнительный выход блока набора кода подключен к первому входу блока приема кода и входу блока управления, первый выход которого соединен с вторым входом блока приема кода. Второй выход блока управления соединен с вторым входом исполнительного блока, а третий выход соединен с первым входом счетчика, второй вход которого соединен с вторым выходом блока сравнения, который является вторым выходом исполнительного кодового замка. Выход счетчика подключен к входу дополнительного счетчика, выходы которого подключены к входам блока индикации и через дешифратор подключены к первой группе входов селектора, к второй группе входов которого подключен блок памяти, а к N группам дополнительных входов подключены N дополнительных блоков памяти. К выходам селектора подключена группа дополнительных входов блока сравнения.

Недостатком известного электронного кодового замка является высокая вероятность его открывания.

Если число возможных значений кода открывания, как и в аналоге, равно М= 2^m, а емкость счетчика равна L=М/K, то вероятность открывания замка с первой попытки равна 1/M и, далее, линейно нарастает до величины L/M, после чего срабатывает дополнительный счетчик и подключает первый дополнительный блок памяти, а вероятность открывания замка со следующей попытки уменьшается до величины 1/М и далее линейно нарастает до величины L/M, после чего подключается очередной дополнительный блок памяти. После отключения последнего дополнительного блока памяти цикл подключения блоков памяти заканчивается, а вероятность открывания замка сохраняется на уровне L/M. В следующем цикле подключения блоков памяти вероятность открывания замка аналогичным образом возрастает с величины L/M до 2L/M. В предпоследнем цикле указанная вероятность возрастает с (K-2)L/M до (K-1)L/M. В последнем цикле при подключении основного блока памяти вероятность открывания замка возрастает с (K-1)L/M до KL/M= 1 и гарантированно обеспечивается открывание замка. При этом, максимальное число возможных попыток подбора кода для открывания замка равно M(N+1)-LN, где N - число дополнительных блоков памяти, минимальное значение вероятности открывания замка равно 1/М, а среднее значение вероятности отбывания замка равно (М+1)/2М-NL/(N+1)/2М ≅ 1/2-L/2М ≅ 1/2.

Задачей, решаемой предлагаемым техническим решением, является создание электронного кодового замка, обладающего малой вероятностью его открывания.

Технический результат, заключающийся в уменьшении вероятности открывания электронного кодового замка, достигается тем, что в электронный кодовый замок, содержащий входную шину и исполнительный кодовый замок, первый выход которого соединен с входом исполнительного блока, второй выход - с входом счетчика числа попыток подбора кода, группа выходов которого соединена с группой входов коммутатора кода, введены предварительный кодовый замок и коммутатор линии, группа входов которого соединена с входной шиной, которая соединена с первой группой входов предварительного кодового замка, вторая группа входов которого соединена с группой выходов коммутатора кода, а выход - с входом коммутатора линии, группа выходов которого соединена с группой входов исполнительного кодового замка. Кроме того, исполнительный кодовый замок содержит блок приема кода, блок сравнения и блок памяти, причем группа входов блока приема кода является группой входов исполнительного кодового замка, а группа выходов соединена с первой группой входов блока сравнения, вторая группа входов которого соединена с группой выходов блока памяти, а первый и второй выходы являются, соответственно, первым и вторым выходами исполнительного кодового замка.

Кроме того, коммутатор кода выполнен в виде запоминающего устройства, а предварительный кодовый замок содержит блок приема кода и блок сравнения, причем группа входов блока приема кода является первой группой входов предварительного кодового замка, а группа выходов соединена с первой группой входов блока сравнения, вторая группа входов и выход которого являются, соответственно, второй группой входов и выходом предварительного кодового замка.

Кроме того, коммутатор кода выполнен в виде комбинационного преобразователя кода, а предварительный кодовый замок содержит блок приема кода, блок преобразования, блок сравнения и блок памяти, причем группа входов блока приема кода является первой группой входов предварительного кодового замка, а группа выходов соединена с первой группой входов блока преобразования, вторая группа входов которого является второй группой входов предварительного кодового замка, а группа выходов соединена с первой группой входов блока сравнения, вторая группа входов которого соединена с группой выходов блока памяти, а выход является выходом предварительного кодового замка.

Указанная совокупность признаков позволяет уменьшить вероятность открывания электронного кодового замка за счет повышения эффективности использования криптографических свойств используемых кодов.

На фиг. 1 приведена схема электронного кодового замка, на фиг. 2 приведена схема исполнительного кодового замка, на фиг. 3 и 4 представлены варианты исполнения предварительного кодового замка.

Электронный кодовый замок (см. фиг. 1) содержит входную шину 1, предварительный кодовый замок 2, коммутатор 3 линии, исполнительный кодовый замок 4, исполнительный блок 5, счетчик 6 числа попыток подбора кода и коммутатор 7 кода.

Входная шина 1 соединена с группой входов коммутатора 3 линии и первой группой входов предварительного кодового замка 2, вторая группа входов которого соединена с группой выходов коммутатора 7 кода, а выход соединен с входом коммутатора 3 линии.

Группа выходов коммутатора 3 линии соединена с группой входов исполнительного кодового замка 4, первый выход которого соединен с входом исполнительного блока 5, а второй выход соединен с входом счетчика 6 числа попыток подбора кода, группа выходов которого соединена с группой входов коммутатора 7 кода.

Исполнительный кодовый замок 4 (см. фиг. 2) содержит блок 8 приема кода, блок 9 сравнения и блок 10 энергонезависимой памяти. Группа входов блока 8 приема кода является группой входов исполнительного кодового замка 4, а группа выходов соединена с первой группой входов блока 9 сравнения, вторая группа входов которого соединена с группой выходов блока 10 памяти, а первый и второй выходы являются, соответственно, первым и вторым выходами исполнительного кодового замка 4.

Предварительный кодовый замок 2 (см. фиг. 3) содержит блок 8 приема кода и блок 9 сравнения. Группа входов блока 8 приема кода является первой группой входов предварительного кодового замка 2. Группа выходов блока 8 приема кода соединена с первой группой входов блока 9 сравнения, вторая группа входов которого является второй группой входов предварительного кодового замка 2, а выход является выходом предварительного кодового замка 2. При этом коммутатор 7 кода (см. фиг. 1) выполнен в виде запоминающего устройства.

Предварительный кодовый замок 2 (см. фиг. 4) содержит блок 8 приема кода, блок 9 сравнения, блок 10 энергонезависимой памяти и блок 11 преобразования. Группа входов блока 8 приема кода является первой группой входов предварительного кодового замка 2. Группа выходов блока 8 приема кода соединена с первой группой входов блока 11 преобразования, вторая группа входов которого является второй группой входов предварительного кодового замка 2, а группа выходов блока 11 преобразования соединена с первой группой входов блока 9 сравнения, вторая группа входов которого соединена с группой выходов блока 10 памяти. Выход блока 9 сравнения является выходом предварительного кодового замка 2. При этом коммутатор 7 кода (см. фиг. 1) выполнен в виде комбинационного преобразователя кода счетчика 6 числа попыток подбора кода.

Блок 8 приема кода (см. фиг. 2, 3, 4) может быть выполнен на микросхеме 564ТЛ1 (инвертирующем триггере Шмитта).

Блоки 9 сравнения кода (см. фиг. 2, 3, 4) аналогичны, отличаются только схемой подключения входов, могут быть выполнены на основе компаратора 564 ИП2, блок 11 преобразования выполнен на основе микросхемы. "Исключающее ИЛИ" 564ЛП2.

Счетчик 6 числа попыток подбора кода выполнен на основе интегрального счетчика 564 ИЕ10.

Коммутатор 3 линии выполнен на основе микросхемы 564 ЛА7 (четыре логических элемента 2И-НЕ).

Блок 10 памяти (см. фиг. 2, 4) может быть выполнен на энергонезависимых ячейках памяти (см. Авторское свидетельство СССР N 845287, кл. H 03 K 19/16, опубл. 02.07.79 г.).

Запоминающее устройство 7 может быть выполнено на основе РПЗУ 558РР1.

Комбинационный преобразователь 7 кода (см. фиг. 4) выполнен по схеме блока подстановки (см. И.С.Потемкин. "Функциональные узлы цифровой автоматики. - М.: Энергоатомиздат, 1988 г., (рис. 3.23.б).

Исполнительный блок 5 представляет собой электромагнитный механизм, управляемый составным транзистором.

Электронный кодовый замок (см. фиг. 1) работает следующим образом. В исходном состоянии коммутатор 3 линии находится в закрытом состоянии и закрывает доступ к группе входов исполнительного кодового замка 4. В блоках 10 памяти (см. фиг. 2,4) записаны коды. В счетчике 6 числа попыток подбора кода (см. фиг. 1) записан ноль. В коммутаторе 7 кода записано m значений кода.

Для открывания электронного кодового замка после включения питания необходимо последовательно подобрать код к предварительному кодовому замку 2, а затем за ограниченное число попыток n подобрать код к исполнительному кодовому замку 4.

Код по входной шине 1 поступает на первую группу входов предварительного кодового замка 2 и на первый вход коммутатора 3 линии.

Код с выхода блока 8 приема кода (см. фиг. 3) поступает на первую группу входов блока 9 сравнения, где сравнивается с кодом, который записан в запоминающем устройстве 7 (см. фиг. 1) и поступает на вторую группу входов блока 9 сравнения (см. фиг. 3).

При положительном результате сравнения кодов блок 9 сравнения выдает сигнал на вход коммутатора 3 линии (см. фиг. 1). По этому сигналу коммутатор 3 линии устанавливается в открытое состояние, обеспечивая этим доступ к исполнительному кодовому замку 4.

При отрицательном результате сравнения кодов блок 9 сравнения (см. фиг. 3) не выдает сигнал на коммутатор 3 линии (см. фиг. 1). Коммутатор 3 линии находится в исходном состоянии, доступ к исполнительному кодовому замку 4 закрыт.

Операцию подбора кода необходимо повторять до полного совпадения входного кода и кода, записанного в запоминающем устройстве 7.

Предварительный кодовый замок 2 (см. фиг. 4) работает следующим образом.

Код по входной шине 1 (см. фиг. 1) поступает на первую группу входов предварительного кодового замка 2. С выхода блока 8 (см. фиг. 4) приема кода код поступает на первую группу входов блока 11 преобразования кода.

Код, записанный в коммутаторе 7 кода, поступает на вторую группу входов блока 11 преобразования, где совместно с входным кодом преобразуется по закону, записанному в блоке 11 преобразования. После этого, преобразованный код поступает на первую группу входов блока 9 сравнения. В блоке 9 сравнения он сравнивается с кодом, записанным в блоке 10 памяти.

При отрицательном результате сравнения кодов блок 9 сравнения не выдает сигнал на коммутатор 3 линии (см. фиг. 1). Коммутатор 3 линии находится в исходном состоянии, доступ к исполнительному кодовому замку 4 закрыт.

Операцию подбора кода необходимо повторять до полного совпадения преобразованного кода и кода, записанного в блоке памяти 10 (см. фиг. 4).

При положительном результате сравнения блок 9 сравнения выдает сигнал на вход коммутатора 3 линии (см. фиг. 1). По этому сигналу коммутатор 3 линии устанавливается в открытое состояние, обеспечивая прямой доступ к исполнительному кодовому замку 4.

После срабатывания коммутатора 3 линии входной код поступает на группу входов блока 8 приема кода (см. фиг. 2) исполнительного кодового замка 4 (см. фиг. 1). С блока 8 приема кода (см. фиг. 2) код поступает на первую группу входов блока 9 сравнения, где сравнивается с кодом, записанным в блоке 10 памяти, который поступает на вторую группу входов блока 9 сравнения.

При положительном результате сравнения указанных кодов блок 9 сравнения подает сигнал на срабатывание исполнительного блока 5 (см. фиг. 1) электронного кодового замка.

При отрицательном результате сравнения блок 9 сравнения (см.фиг. 2) записывает в счетчик 6 числа попыток подбора кода (см.фиг. 1) единицу.

Подбор кода необходимо повторить. После (n+1)-ой попытки подбора кода (где n - ограниченное число попыток подбора кода) счетчик 6 числа попыток подбора кода подает сигнал в коммутатор 7 кода и обнуляется. По этому сигналу коммутатор 7 кода коммутирует новый код в предварительный кодовый замок 2, который, в свою очередь, устанавливает коммутатор 3 линии в исходное (закрытое) состояние. Для срабатывания исполнительного блока 5 электронного кодового замка необходимо вновь подобрать код предварительного кодового замка 2, затем - код исполнительного кодового замка 4.

Допустим, что в заявляемом устройстве (см. фиг. 1), как и в прототипе, число возможных значений кода открывания замка равно М=2^m, число возможных попыток подбора без изменения кода равно L=M/K; а число коммутируемых значений кода равно N.

При этом начальное значение вероятности открывания исполнительного кодового замка 4 равно 1/М² и, далее, линейно нарастает до величины 1/М по мере увеличения числа попыток открывания предварительного кодового замка 2. После открывания предварительного кодового замка 2 вероятность открывания исполнительного кодового замка 4 линейно нарастает до величины L/M, после чего производится закрывание предварительного кодового замка 2 и смена кода его открывания. При этом, вероятность открывания исполнительного кодового замка 4 уменьшается до величины L/M². Во втором цикле указанная вероятность возрастает до величины 2L/M и т.д. При этом максимальное число возможных попыток подбора кода равно M(N+1), минимальное значение вероятности открывания замка равно 1/M², а среднее значение вероятности открывания замка равно (M²+M+1)/(4M²) ≅ (M+1)/4M ≅ 1/4. Следовательно, по сравнению с прототипом в заявляемом устройстве минимальное значение вероятности открывания замка меньше в М раз, а среднее значение вероятности отказа меньше в 2 раза, максимальное число возможных попыток подбора кода для открывания замка больше на P=LN.

При числе разрядов кода m=10, емкости счетчика L=32 и количестве коммутируемых кодов N=10 выигрыш по начальной вероятности открывания замка составляет 1024 раза, а выигрыш по числу возможных попыток около 3%.

Таким образом, описание работы подтверждает работоспособность заявляемого электронного кодового замка.

Изготовлен лабораторный макет электронного кодового замка, испытания которого подтвердили осуществимость и практическую ценность заявляемого объекта.