汽车无源防盗系统的方案设计及考虑事项解析

系统接口：逻辑层

　　物理层上面是逻辑层。这一层涉及磁场上数据传输和编码的特性及要求。它适用于从汽车到密钥卡 (通常被称为“下行链路”)，以及从密钥卡到汽车的双向数据传输 (被称为“上行链路”)。

下行链路

　　下行链路的信息采用脉冲长度调制方法：一般是二进制脉冲长度调制 (BPLM) 或 Quad 脉冲长度调制 (QPLM))来进行编码。这种方法基于插入一个长度固定的载波场时隙“Tgap”，并设置时隙到时隙的时间间隔，以预先确定次数：T0 对应于逻辑“0”，T1 对应于逻辑“1”。这种方案的好处是它把从汽车到密钥卡的能量传输嵌入到数据编码中，并确保密钥卡有足够的供能用于处理被编码的数据。不过，这种编码方法也有一个缺点，那就是数据传输波特率必须依赖于正在发送的数据位流的逻辑值，因为每一个二进制状态的传输时间都是不同的。图4给出了这种编码方法的更详尽的图解。

图4 BPLM编码方法

　　QPLM 是BPLM 的一种变体。利用这种调制方法，一个时隙后传输两个比特位，于是在收发器端有更多的能量可用。此外，其平均波特率比BPLM的高。除了允许的状态数目从2扩展到4，而预定的时隙间隔被扩展以覆盖更多的状态之外，这种编码方法与BPLM的基本实现原理是相同的。图5所示为QPLM的直观表示。

图5 QPLM编码方法

上行链路

　　从用户密钥卡到车载基站的信息通信一般采用曼彻斯特 (Manchester) 或双相 (Bi-phase) 编码。这些编码方法都共有一些不同于下行链路的特性：A) 被编码位流的平均占空比总是为50%；B) 发送被编码数据的时间只依赖于波特率。上述两种编码技术都能够从被编码数据流中提取时钟，这是因为编码位流中的所有时间段都被量子化为T 或 2T (T 表示 “半个比特位”)。数据率固定为1/(2T)。时钟提取只需要检测最小时间段因子T，并使其相位与被编码的位流同步即可。

图6 曼彻斯特 (Manchester) 和双相 (Bi-phase) 编码

协议层

　　协议层定义各个数据位的分组，以实现车载基站和密钥卡之间的通信。它定义有多少个比特位，以及它们按什么顺序在读取器和收发器之间进行传输。打个简单的比方，这就类似于使用单词构成句子的语法规则。协议层就象由逻辑层构成的句子，而逻辑层则相当于单词。它形成一组固定的命令及其允许的应答。

验证

　　验证是用来描述判断驾驶员是否有权启动汽车这一个过程的术语。最简单的验证形式被称为单向验证 (unilateral authentication)，这种情况下，汽车对密钥卡进行“测试”，以确定它是否与汽车匹配。若在这一过程中再增加一个步骤，即让钥匙也对汽车进行“测试”，判断其是否匹配，这时就成为了双向或交互式验证。显然，增加的这一步骤提高了安全强度，不过代价是验证时间延长。

单向验证

　　一般而言，单向验证协议由汽车发起，并包含以下几个步骤：

　　1) 汽车读取密钥卡的唯一ID (不会与密钥混淆)

　　2) 汽车产生一个随机数询问(challenge)，并发送给密钥卡

　　3) 密钥卡对询问进行加密(使用密钥)，然后向汽车发送应答(response)

　　4) 汽车对密钥卡的应答与自己计算的应答进行比较 (使用相同的密钥和询问)

　　注：汽车必须拥有密钥卡的密钥，这一过程才能成功完成。共享密钥的过程被称为“Key Learn”，下一节将详细阐述。

图7 单向验证