本发明涉及打印机耗材技术领域，尤其涉及一种耗材芯片及其通信方法，耗材芯片与成像设备通信系统、方法。
背景技术
目前耗材普遍使用了耗材芯片作为耗材的信息和使用量的介质。耗材芯片与成像设备之间通过i2c、单线等接口相连，在成像设备工作过程中，耗材芯片与成像设备之间存在着通信。在耗材使用过程中，耗材芯片与成像设备需进行交互通信和认证。耗材序列号及其相关认证数据存于耗材芯片非易失性存储单元中，当耗材安装到成像设备中后，成像设备就会读取该序列号，然后判断该序列号是否为授权的或者合法的，允许使用通过了这一识别的耗材而拒绝使用无法通过这一识别的耗材。通过这样的认证方式，能够避免非授权的耗材安装到成像设备上并进行使用。然而，此认证过程仅凭借一个序列号完成，竞争者容易从耗材芯片中读取序列号，然后复制耗材芯片，制造合法耗材的仿冒品。由于耗材芯片的序列号看起来是正确的，成像设备就无法区分耗材的合法品和仿冒品。尤其是，竞争者可能通过拼凑的方式制造一些耗材序列号，如果成像设备不能识别这些耗材序列号的真伪，而通过了仿冒品的识别和认证并进而使用仿冒品，就有可能引起成像质量下降，甚至导致成像设备故障。
即使现在成像设备都有接入网络的功能，但由于接入远端服务器来验证耗材是否合法，并不是每个成像设备使用者都有条件连接网络，以及不能联网时会导致成像设备不能认证耗材。并且，连入网络还可能产生网络安全问题，因此目前难以实现远端耗材认证。
现在通过一组序列号进行加密运算以此来防止竞争者仅仅只靠获取序列号来认证。现有技术通过一组序列号进行一级、二级甚至三级进行加密来防止竞争者来获取成像设备的认证。但多级加密认证过程需要进行大量运算，耗费时间长，认证效率低。如，发明专利cn104553384b公开了一种耗材芯片及其序列号的识别方法和装置，该发明具体公开了识别方法包括读取耗材芯片的序列号，读取耗材芯片的第一校验数据，第一校验数据基于耗材芯片的序列号采用第一加密算法运算获得；基于耗材芯片的序列号采用第二加密算法进行运算，获得第二校验数据；根据第一校验数据和第二校验数据识别耗材芯片的序列号的真伪。该发明对一个序列号进行双算法进行加密，并通过比对两种加密算法形成的校验数据来认证。该发明专利仅凭借一个序列号进行成像设备与耗材之间的认证，尽管采用了双算法进行校验比对认证，但竞争者一旦获取序列号，仍存在被破解的风险，并且认证过程复杂，运算时效长。
技术实现要素：
本发明针对现有技术存在的问题，提出了一种运算速度快，耗材芯片与成像设备之间能安全、可靠认证的耗材芯片及其通信方法，耗材芯片与成像设备通信系统、方法。
本发明是通过以下技术方案得以实现的：
一种耗材芯片通信方法，包括：
耗材芯片对成像设备发送来的第一认证信息进行加密处理并生成第一加密信息；其中，所述第一认证信息包括第一序列号，所述第一序列号为成像设备接收到更换耗材或开关盖信号时从耗材芯片的多个序列号中选择的一个序列号；
耗材芯片发送第一加密信息给成像设备，所述第一加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第一次认证；
当第一次认证成功后，所述耗材芯片对成像设备发送来的第二认证信息加密处理并生成第二加密信息；其中，所述第二认证信息包括第二序列号，所述第二序列号在第一次认证成功后发送给耗材芯片；
耗材芯片发送第二加密信息给成像设备，所述第二加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证；
其中，所述第一序列号与所述第二序列号为两个不同的序列号。
本发明采用两个不同序列号进行成像设备与耗材芯片之间的认证，解决了现有基于一个序列号认证易被竞争者读取序列号而制造耗材仿冒品，进而影响成像质量，导致成像设备故障的问题，同时也解决了基于一个序列号进行多级加密认证导致的认证效率低的问题。
作为优选，在耗材芯片对成像设备发送来的第一认证信息进行加密处理之前，方法还包括：
耗材芯片对成像设备发送来的初次认证信息加密处理并生成初次加密信息；
耗材芯片发送初次加密信息给成像设备，所述初次加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的初次认证；
其中，所述初次认证信息包括初次序列号，所述初次序列号为成像设备接收到成像设备开机信号时从多个序列号中选择的一个序列号并将其发送给耗材芯片。
作为优选，所述第一加密信息、所述第二加密信息通过不同加密算法或相同加密算法加密生成。
作为优选，所述第一加密信息、所述第二加密信息、所述初次加密信息中的第二加密信息和初次加密信息通过相同加密算法加密生成，而第一加密信息与其他两个加密信息通过不同加密算法加密生成。
作为优选，耗材芯片对成像设备发送来的第一认证信息进行加密处理并生成第一加密信息的步骤具体为：
接收成像设备发送来的第一认证信息；
根据第一认证信息计算耗材芯片校验数据；
发送耗材芯片校验数据给成像设备，以在成像设备中进行成像设备与耗材芯片的第一次认证；
其中，所述第一加密信息包括耗材芯片校验数据，所述耗材芯片校验数据是基于耗材码表信息、第一序列号、随机数、芯片计数加密形成。作为优选，所述耗材芯片校验数据的计算步骤包括：
基于存储在耗材芯片内的第一芯片原始密钥、第一序列号、随机数、芯片计数，加密计算产生芯片临时轮密钥；
基于芯片临时轮密钥和第一认证信息进行加密，加密后的数据进行移位和/或异或操作；
基于移位和/或异或操作后的数据进行加密并形成耗材芯片校验数据。
作为优选，耗材芯片对成像设备发送来的第二认证信息进行加密处理并生成第二加密信息的步骤具体为：
对成像设备发送来的第二命令加密数据解密还原为第二命令数据；
依据第二命令数据进行命令处理并生成第二命令反馈数据；
对第二命令反馈数据加密处理以生成第二命令反馈加密数据，发送第二命令反馈加密数据给成像设备；
其中，所述第二认证信息还包括第二命令加密数据，所述第二命令反馈加密数据为第二加密信息，所述第二命令反馈加密数据在成像设备中解密以还原命令反馈数据，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证。
一种耗材芯片，包括：
第一加密信息生成模块，对成像设备发送来的第一认证信息进行加密处理并生成第一加密信息，之后发送第一加密信息给成像设备，所述第一加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第一次认证；其中，所述第一认证信息包括第一序列号，所述第一序列号为成像设备接收到更换耗材或开关盖信号时从多个序列号中选择的一个序列号；以及
第二加密信息生成模块，当第一次认证成功后，对成像设备发送来的第二认证信息加密处理并生成第二加密信息，之后发送第二加密信息给成像设备，所述第二加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证；其中，所述第二认证信息包括第二序列号，所述第二序列号在第一次认证成功后发送给耗材芯片；
其中，所述第一序列号与所述第二序列号为两个不同的序列号。
作为优选，耗材芯片还包括：
初次加密信息生成模块，在所述第一加密信息生成模块触发之前，对成像设备发送来的初次认证信息加密处理并生成初次加密信息，之后发送初次加密信息给成像设备，所述初次加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的初次认证；
其中，所述初次认证信息包括初次序列号，所述初次序列号为成像设备接收到成像设备开机信号时从多个序列号中选择的一个序列号并将其发送给耗材芯片。
作为优选，所述第一加密信息生成模块包括：
第一接收单元，接收成像设备发送来的第一认证信息；
校验计算单元，根据第一认证信息计算耗材芯片校验数据；
第一发送单元，发送耗材芯片校验数据给成像设备，以在成像设备中进行成像设备与耗材芯片的第一次认证；
其中，所述第一加密信息包括耗材芯片校验数据，所述耗材芯片校验数据是基于耗材码表信息、第一序列号、随机数、芯片计数加密形成。
作为优选，所述第一加密信息生成模块还包括芯片临时轮密钥计算单元，用于基于存储在耗材芯片内的第一芯片原始密钥、第一序列号、随机数、芯片计数，加密计算产生芯片临时轮密钥；校验计算单元基于芯片临时轮密钥和第一认证信息进行加密，加密后的数据进行移位和/或异或操作，之后基于移位和/或异或操作后的数据进行加密并形成耗材芯片校验数据。
作为优选，所述第二加密信息生成模块包括：
第二解密单元，对成像设备发送的第二命令加密数据解密还原为第二命令数据；
第二执行单元，依据第二命令数据进行命令处理并生成第二命令反馈数据；以及
第二加密单元，对第二命令反馈数据加密处理并生成第二命令反馈加密数据，发送第二命令反馈加密数据给成像设备；
其中，所述第二认证信息还包括第二命令加密数据，所述第二命令反馈加密数据为所述第二加密信息，所述第二命令反馈加密数据在成像设备中解密以还原第二命令反馈数据，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证。
作为优选，所述第二加密信息生成模块还包括：
第二轮密钥计算单元，当耗材芯片接收到成像设备发送的第二序列号时，计算第二轮密钥；
其中，所述第二命令加密数据为成像设备依据第二序列号、芯片计数、第二轮密钥对第二命令数据加密生成的；
所述第二命令反馈加密数据为耗材芯片依据第二序列号、芯片计数、第二轮密钥对第二命令反馈数据加密生成的。
作为优选，所述初次加密信息生成模块包括：
初次解密单元，对成像设备发送的初次命令加密数据解密还原为初次命令数据；
初次执行单元，依据初次命令数据进行命令处理并生成初次命令反馈数据；以及
初次加密单元，对初次命令反馈数据加密处理以生成初次命令反馈加密数据，发送初次命令反馈加密数据给成像设备；
其中，所述初次认证信息还包括初次命令反馈数据，所述初次命令反馈加密数据为所述初次加密信息，所述初次命令反馈加密数据在成像设备中解密以还原命令反馈数据，以用于成像设备与耗材芯片的初次认证。
作为优选，所述初次加密信息生成模块还包括：
初次轮密钥计算单元，当耗材芯片接收到成像设备发送的初次序列号时，计算初次轮密钥；
其中，所述初次命令加密数据为成像设备依据初次序列号、芯片计数、初次轮密钥对初次命令数据加密生成的；
所述初次命令反馈加密数据为耗材芯片依据初次序列号、芯片计数、初次轮密钥对初次命令反馈数据加密生成的。
一种耗材芯片与成像设备的通信方法，包括：
成像设备接收到更换耗材或开关盖信号时，读取耗材芯片内部所有序列号，并从中选择一个序列号作为第一序列号；
成像设备发送包括第一序列号的第一认证信息给耗材芯片；
耗材芯片对第一认证信息进行加密处理并生成第一加密信息；
耗材芯片发送第一加密信息给成像设备；
成像设备对第一加密信息进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第一次认证；
当第一次认证成功后，成像设备从所有序列号中选择一个与第一序列号不同的序列号作为第二序列号，并将包括第二序列号的第二认证信息发送给耗材芯片；
耗材芯片对第二认证信息加密处理并生成第二加密信息；
耗材芯片发送第二加密信息给成像设备；
成像设备对第二加密信息进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证。
作为优选，在成像设备接收到更换耗材或开关盖信号前，方法还包括：
成像设备接收到成像设备开机信号时，读取耗材芯片内部所有序列号，并从中选择一个序列号作为初次序列号；
成像设备发送包括初次序列号的初次认证信息给耗材芯片；
耗材芯片对初次认证信息加密处理并生成初次加密信息；
耗材芯片发送初次加密信息给成像设备；
成像设备对初次加密信息进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的初次认证。
一种耗材芯片与成像设备的通信系统，包括上述耗材芯片、以及成像设备；成像设备包括：
序列号选择模块，当接收到更换耗材或开关盖信号时，读取耗材芯片内部所有序列号，并从中选择一个序列号作为第一序列号；当第一次认证成功后，从所有序列号中选择一个与第一序列号不同的序列号作为第二序列号；
发送模块，用于将包括第一序列号的第一认证信息、包括第二序列号的第二认证信息发送给耗材芯片；
第一认证模块，对第一加密信息进行解密处理，并进行成像设备与耗材芯片的第一次认证；
第二认证模块，对第二加密信息进行解密处理，并进行成像设备与耗材芯片的第二次认证。
作为优选，
成像设备还包括：
初次认证模块，对初次加密信息进行解密处理，并进行成像设备与耗材芯片的初次认证；
当所述序列号选择模块接收到成像设备开机信号时，从多个序列号中选择一个序列号作为初次序列号；所述发送模块发送包括初次序列号的初次认证信息给耗材芯片。
本发明具有以下有益效果：
本发明一种耗材芯片及其通信方法，耗材芯片与成像设备通信系统、方法，在用户开关盖或更换耗材时，成像设备启用第一序列号和与第一序列号不同的第二序列号进行加密认证，采用两个不同序列号及两种不同加解密方式进行耗材芯片与成像设备的认证，解决了现有基于一个序列号认证易被竞争者读取序列号而制造耗材仿冒品，进而影响成像质量，导致成像设备故障的问题，同时也解决了基于一个序列号进行多级加密认证导致的认证效率低的问题。并且，当成像设备上电开机时，成像设备会启用与第二序列号相同的初次序列号进行加密认证，使得成像设备开机后以及更换墨盒或开关盖后，成像设备与耗材芯片均进入基于相同序列号进行数据可靠性加密传输。
另外，该加密传输为在耗材芯片与成像设备间进行双方加密互动的通信，避免了仅对命令数据进行单向加解密而使得兼容厂商通过抓取耗材芯片与成像设备之间的通信波形加以逆向分析而破解的发生，提高耗材芯片与成像设备之间通信的安全可靠性。
附图说明
图1为本发明一种耗材芯片通信方法的一实施方式下的流程框图；
图2为本发明一种耗材芯片的通信方法的另一实施方式下的流程框图；
图3为图1或图2所示实施方式中耗材芯片对成像设备发送来的第一认证信息进行加密处理并生成第一加密信息步骤的流程框图；
图4为图3中验证配对加密信息的流程框图；
图5为图1或图2所示实施方式中耗材芯片对成像设备发送来的第二认证信息进行加密处理并生成第二加密信息步骤的流程框图；
图6为图1或图2所示实施方式中耗材芯片对成像设备发送来的初次认证信息进行加密处理并生成初次加密信息步骤的流程框图；
图7为本发明一种耗材芯片的结构框图；
图8为本发明一种耗材芯片与成像设备的通信方法的一实施方式下的流程图；
图9为本发明一种耗材芯片与成像设备的通信方法的另一实施方式下的流程图；
图10为本发明一种耗材芯片与成像设备的通信系统的结构框图。
具体实施方式
以下是本发明的具体实施例并结合附图，对本发明的技术方案作进一步的描述，但本发明并不限于这些实施例。
现有的成像系统包括成像设备和能够安装在成像设备中的耗材。耗材为能够安装在成像设备中为成像设备提供成像材料，并且在成像材料耗尽以后可更换。例如，喷墨盒或者带有喷墨和打印头组件的喷墨盒、墨粉盒、供墨盒等。耗材包括耗材容器、安装在耗材容器上的耗材芯片。耗材与成像设备的通信交互通过耗材芯片与成像设备实现。
一般成像设备与耗材芯片认证是基于耗材芯片内存储的一个序列号实现。竞争者通过各种手段容易从耗材芯片中读取序列号，甚至以拼凑方式制造出该序列号，如此来复制耗材芯片，制造能通过成像设备认证的仿冒品。往往利用仿冒品进行的成像系统，成像质量差，甚至导致成像设备发生故障。如何提高认证可靠性和安全性，现有技术通过一个序列号进行多级加密的方式来防止竞争者获取，进而避免制造能通过成像设备认证的仿冒品。然而，多级加密需要进行大量运算，需要耗费许多时间，从而导致认证效率低。
为此，本发明提出了一种能很好区分仿冒品，耗费时间短，认证安全、可靠的耗材芯片与成像设备通信的技术方案。
图7示出了本发明一种耗材芯片的结构框图。本发明耗材芯片包括第一加密信息生成模块、第二加密信息生成模块。当成像设备接收到更换耗材或开关盖信号时，成像设备读取耗材芯片内存储的所有序列号并选择其一作为第一序列号，成像设备发送包括第一序列号的第一认证信息给耗材芯片。所述第一加密信息模块用于对第一认证信息进行加密处理并生成第一加密信息。之后，第一加密信息被发送给成像设备，以供成像设备与耗材芯片进行第一次认证。当第一次认证成功后，成像设备选择所有序列号中的一个且与第一序列号不同的序列号作为第二序列号，成像设备发送包括第二序列号的第二认证信息给耗材芯片。所述第二加密信息生成模块对第二认证信息进行加密处理并生成第二加密信息。之后，第二加密信息被发送给成像设备，以供成像设备与耗材芯片进行第二次认证。其中，所述第一加密信息、所述第二加密信息可采用相同的加密算法或不相同加密算法加密形成，如des、sha、rsa、ecc、aes加密算法，可通过硬件算法模块或软件算法模块实现。
所述耗材芯片还包括存储模块。所述存储模块包括易失性存储单元和非易失性存储单元。所述非易失性存储单元可以是rom，可以是flash，也可以是eeprom，用于存储耗材芯片软件和配置数据，所述配置数据包括序列号、原始密钥、芯片计数等。所述易失性存储单元可以是sram，用于存储通信单元通信时产生的数据、算法单元运算时产生的数据和耗材软件运行时产生的数据。
图1示出了本发明一种耗材芯片的通信方法的一实施方式。
一种耗材芯片的通信方法包括：
步骤s11，耗材芯片对成像设备发送来的第一认证信息进行加密处理并生成第一加密信息；其中，所述第一认证信息包括第一序列号，所述第一序列号为成像设备接收到更换耗材或开关盖信号时从耗材芯片的多个序列号中选择的一个序列号；
步骤s12，耗材芯片发送第一加密信息给成像设备，所述第一加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第一次认证；
步骤s13，当第一次认证成功后，所述耗材芯片对成像设备发送来的第二认证信息加密处理并生成第二加密信息；其中，所述第二认证信息包括第二序列号，所述第二序列号在第一次认证成功后发送给耗材芯片；
步骤四s14，耗材芯片发送第二加密信息给成像设备，所述第二加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证；
其中，所述第一序列号与所述第二序列号为两个不同的序列号。
如图3，成像设备与耗材芯片的第一次认证过程，包括如下步骤：
步骤s111,接收成像设备发送来的第一认证信息；
步骤s112，根据第一认证信息计算耗材芯片校验数据；
步骤s113，发送耗材芯片校验数据给成像设备，以在成像设备中进行成像设备与耗材芯片的第一次认证；
其中，所述第一加密信息包括耗材芯片校验数据，所述耗材芯片校验数据是基于耗材码表信息、第一序列号、随机数、芯片计数加密形成。具体地，所述第一加密信息生成模块包括第一接收单元、校验计算单元、第一发送单元。所述第一接收单元用于接收成像设备发送来的第一认证信息，所述第一认证信息包括第一序列号、随机数、芯片计数。所述校验计算单元，根据第一次认证信息计算耗材芯片校验数据。本发明可采用如des、sha、rsa、ecc、aes加密算法中的任意一种，并可通过硬件算法模块或软件算法模块实现第一认证信息的加密计算。本文以aes算法为示例进行说明，所述第一加密信息生成模块还包括芯片临时轮密钥计算单元，用于基于存储在耗材芯片内的第一芯片原始密钥、第一序列号、随机数、芯片计数，加密计算产生芯片临时轮密钥。所述校验计算单元以芯片临时轮密钥为密钥，以第一认证信息为明文进行第一次aes加密，加密得到的第一次运算的输出数据；继而进行移位和/或异或操作，之后对移位和/或异或操作后的数据进行第二次aes加密，加密形成第一加密信息，所述第一加密信息的前8个字节为要在反馈数据后面追加的8个字节，作为耗材芯片校验数据。所述耗材芯片校验数据发送给成像设备，在成像设备内对此进行校验，若成功则第一次认证通过，否则报错。其中，所述芯片临时轮密钥是根据存储在耗材芯片内的芯片原始密钥作为密钥，以第一序列号、随机数和芯片计数为明文，进行aes加密，加密得到的密文为芯片临时轮密钥。例如，原文为“ox3”+8字节的序列号+4字节的随机数+3字节的芯片计数，利用aes加密得到密文，其中耗材芯片的临时轮密钥加密计算的加密次数可以为一次或多次。
所述第一发送单元用于发送耗材芯片校验数据给成像设备，以在成像设备中进行成像设备与耗材芯片的第一次认证。所述成像设备利用如des、sha、rsa、ecc、aes加密算法中的任意一种对发送来的第一加密信息进行解密，并可通过硬件算法模块或软件算法模块实现解密计算，以验证耗材是否与成像设备匹配。若验证无误，成像设备判断耗材为正规耗材或兼容耗材，允许耗材在成像设备上工作，否则报错，不允许耗材在成像设备上工作。
图4示出了所述耗材芯片校验数据的计算流程，具体包括如下步骤：
步骤s1121，基于存储在耗材芯片内的第一芯片原始密钥、第一序列号、随机数、芯片计数，加密计算产生芯片临时轮密钥；
步骤s1122，基于芯片临时轮密钥和第一认证信息进行加密，加密后的数据进行移位和/或异或操作；
步骤s1123,基于移位和/或异或操作后的数据进行加密并形成耗材芯片校验数据。
上述计算流程由第一加密信息生成模块实现。
如图5，成像设备与耗材芯片的第二次认证过程，包括如下步骤：
步骤s21，对成像设备发送来的第二命令加密数据解密还原为第二命令数据；
步骤s22，依据第二命令数据进行命令处理并生成第二命令反馈数据；
步骤s23，对第二命令反馈数据加密处理以生成第二命令反馈加密数据，发送第二命令反馈加密数据给成像设备；
其中，所述第二认证信息还包括第二命令加密数据，所述第二命令反馈加密数据为第二加密信息，所述第二命令反馈加密数据在成像设备中解密以还原命令反馈数据，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证。
第二命令数据包括读命令、写命令等。所述成像设备加密处理所用到的加密算法可以为aes加密算法、des加密算法、3des加密算法等。耗材芯片对第二命令加密数据进行解密还原为第二命令数据，即将密文还原为明文，此时耗材芯片方能获知成像设备下达的命令。所述耗材芯片对第二命令加密数据解密可采用与上述相同算法进行解密，如aes解密算法、des解密算法、3des解密算法等。在耗材芯片还是成像设备进行的加解密过程可通过硬件或软件模块加解密实现。
若还原后的第二命令数据为读命令时，如读取耗材芯片内的耗材信息，耗材信息包括耗材芯片序列号、耗材余量等，耗材芯片执行读命令，从存储单元中读取耗材信息以生成第二命令反馈数据。为避免逆向分析通信波形而破解通信机制，耗材芯片对生成的第二命令反馈数据进行加密处理，并生成第二命令反馈加密数据。所述耗材芯片加密处理所用到的加密算法可以为aes加密算法、des加密算法、3des加密算法等。所述耗材芯片加密处理可通过硬件或软件模块加解密实现。所述第二命令反馈加密数据发送给成像设备。成像设备再对第二命令反馈加密数据解密还原为第二命令反馈数据，即将密文还原为明文，此时成像设备方能获知加密耗材芯片是否执行成像设备的命令且获知所需要的通信数据。所述成像设备对命令反馈加密数据解密可采用上述相同算法解密，如aes解密算法、des解密算法、3des解密算法等，所述成像设备加密处理可通过硬件或软件模块加解密实现。若还原后的第二命令反馈数据的校验数据与成像设备计算的校验数据一致时，则耗材芯片已执行成像设备的读命令。
具体地，所述第二加密信息生成模块包括第二解密单元、第二执行单元、第二加密单元。所述第二解密单元，对成像设备发送的第二命令加密数据解密还原为第二命令数据。所述第二执行单元，依据第二命令数据进行命令处理并生成第二命令反馈数据。所述第二加密单元，对第二命令反馈数据加密处理并生成第二命令反馈加密数据，发送第二命令反馈加密数据给成像设备，其中，所述第二认证信息还包括第二命令加密数据，所述第二命令反馈加密数据为所述第二加密信息，所述第二命令反馈加密数据在成像设备中解密以还原第二命令反馈数据，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证。
在耗材芯片对第二命令加密数据解密还原为第二命令数据之前，方法还包括：
步骤s20,当耗材芯片接收到成像设备发送的第二序列号时，计算第二轮密钥；
其中，所述第二命令加密数据为成像设备依据第二序列号、芯片计数、第二轮密钥对第二命令数据加密生成的；
所述第二命令反馈加密数据为耗材芯片依据第二序列号、芯片计数、第二轮密钥对第二命令反馈数据加密生成的。
耗材芯片根据芯片内部非易失性存储单元中存储的序列号和芯片计数计算第二轮密钥。所述第二轮密钥的计算步骤如下：
首先，读取与第二序列号对应存储的原始密钥；其次，根据原始密钥、第二序列号、芯片计数计算第二轮密钥。
在所述对成像设备发送的第二命令加密数据解密处理前，耗材芯片发送第二序列号和芯片计数给成像设备。成像设备依据轮密钥、第二序列号、芯片计数，对第二命令数据加密并生成第二命令加密数据。耗材芯片对解密后的第二命令数据进行命令处理并生成第二命令反馈数据，耗材芯片对第二命令反馈数据依据第二序列号、芯片计数、轮密钥进行加密处理，以生成第二命令反馈加密数据。
为此，耗材芯片的第二加密信息生成模块还包括第二轮密钥计算单元，用于计算第二轮密钥。进一步，所述第二轮密钥计算单元包括：第二原始密钥获取子单元，读取与序列号对应存储的原始密钥；以及第二轮密钥获取子单元，根据原始密钥、第二序列号、芯片计数计算第二轮密钥。
更具体地，耗材芯片接收成像设备命令数据并存于易失性存储单元。从非易失性存储单元中读取第二序列号和当前芯片计数存储于易失性存储单元。将易失性存储单元中的芯片计数加1并将其写入非易失性存储单元中的当前芯片计数区域。从非易失性存储单元中读取与序列号对应的原始密钥，如通过第二序列号与原始密钥对应存储的密钥查询表进行读取获得。然后，将原始密钥、第二序列号、芯片计数进行运算，之后将计算获得的轮密钥存储于易失性存储单元。控制单元将易失性存储单元中序列号、芯片计数、轮密钥通过通信单元发送给成像设备。
所述耗材芯片对命令加密数据的解密处理过程具体包括：接收成像设备的第二命令加密数据，并将第二命令加密数据存储于易失性存储单元。从易失性存储单元中读取第二轮密钥并进行第二解密单元运算。从易失性存储单元中读取接收到成像设备的第二命令加密数据并进行解密运算。读取解密后的第二命令数据并存储于易失性存储单元。
耗材芯片对解密的第二命令数据进行命令处理，第二执行单元进行命令处理过程，进行产生第二命令反馈数据。在对成像设备反馈第二命令反馈数据前，需对第二命令反馈数据进行加密处理，其加密处理过程具体包括：从易失性存储单元中读取第二轮密钥并第二加密单元进行运算。从易失性存储单元中读取第二命令反馈数据并启动进行加密运算。读取加密后的密文数据，即第二命令反馈加密数据并存于易失性存储单元。将易失性存储单元中的密文数据发送给成像设备。
图2示出了本发明一种耗材芯片的通信方法的另一实施方式。该实施方式相对于图1所示方式，在耗材芯片对成像设备发送来的第一认证信息进行加密处理之前，还包括初次认证过程。该初次认证在成像设备上电开机时进行，所述初次认证过程包括如下步骤：
步骤s101，耗材芯片对成像设备发送来的初次认证信息加密处理并生成初次加密信息；
步骤s102，耗材芯片发送初次加密信息给成像设备，所述初次加密信息在成像设备中进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的初次认证；
其中，所述初次认证信息包括初次序列号，所述初次序列号为成像设备接收到成像设备开机信号时从耗材芯片的多个序列号中选择的一个序列号并将其发送给耗材芯片。
所述第一加密信息、第二加密信息和所述初次加密信息可采用3种不同加密算法或两种不同加密算法或一种加密算法获得。本发明示例中基于运算可靠、安全性等考虑，所述第二序列号与所述初次序列号为两个相同的序列号，所述第一序列号与所述第二序列号为两个不同的序列号，而所述第二加密信息与所述初次加密信息可采用相同加密算法加密获得，所述第一加密信息采用不同加密算法获得。
图6具体示出了所述耗材芯片与成像设备之间的初次认证过程的一实施方式，包括如下步骤：
步骤s31，对成像设备发送的初次命令加密数据解密还原为初次命令数据；
步骤s32，依据初次命令数据进行命令处理并生成初次命令反馈数据；
步骤s33，对初次命令反馈数据加密处理以生成初次命令反馈加密数据，发送初次命令反馈加密数据给成像设备；
其中，所述初次认证信息还包括初次命令反馈数据，所述初次命令反馈加密数据为所述初次加密信息，所述初次命令反馈加密数据在成像设备中解密以还原命令反馈数据，以用于成像设备与耗材芯片的初次认证。
当耗材芯片上电初始化后，等待成像设备，如打印机命令。初次命令数据包括读命令、写命令等。所述成像设备加密处理所用到的加密算法可以为aes加密算法、des加密算法、3des加密算法等。耗材芯片对初次命令加密数据进行解密还原为初次命令数据，即将密文还原为明文，此时耗材芯片方能获知成像设备下达的命令。所述耗材芯片对初次命令加密数据解密可采用与上述相同算法进行解密，如aes解密算法、des解密算法、3des解密算法等。所述成像设备加解密处理可通过软件或硬件模块加解密实现。
若还原后的初次命令数据为读命令时，如读取耗材芯片内的耗材信息，耗材信息包括耗材芯片序列号、耗材余量等，耗材芯片执行读命令，从存储单元中读取耗材信息以生成初次命令反馈数据。为避免逆向分析通信波形而破解通信机制，耗材芯片对生成的初次命令反馈数据进行加密处理，并生成初次命令反馈加密数据。所述耗材芯片加密处理所用到的加密算法可以为aes加密算法、des加密算法、3des加密算法等。所述初次命令反馈加密数据发送给成像设备。成像设备再对初次命令反馈加密数据解密还原为初次命令反馈数据，即将密文还原为明文，此时成像设备方能获知加密耗材芯片是否执行成像设备的命令且获知所需要的通信数据。所述成像设备对命令反馈加密数据解密可采用上述相同算法解密，如aes解密算法、des解密算法、3des解密算法等。若还原后的初次命令反馈数据为需读取的耗材信息或读命令反馈指令时，则耗材芯片已执行成像设备的读命令。所述耗材芯片加解密处理、所述成像设备的加解密处理可通过软件或硬件模块加解密实现。
具体地，所述初次加密信息生成模块包括初次解密单元、初次执行单元、初次加密单元。所述初次解密单元，对成像设备发送的初次命令加密数据解密还原为初次命令数据。所述初次执行单元，依据初次命令数据进行命令处理并生成初次命令反馈数据。所述初次加密单元，对初次命令反馈数据加密处理并生成初次命令反馈加密数据，发送初次命令反馈加密数据给成像设备。其中，所述初次认证信息还包括初次命令反馈数据，所述初次命令反馈加密数据为所述初次加密信息，所述初次命令反馈加密数据在成像设备中解密以还原命令反馈数据，以用于成像设备与耗材芯片的初次认证。
在耗材芯片对初次命令加密数据解密还原为初次命令数据之前，方法还包括：
步骤s30，当耗材芯片接收到成像设备发送的初次序列号时，计算初次轮密钥；
其中，所述初次命令加密数据为成像设备依据初次序列号、芯片计数、初次轮密钥对初次命令数据加密生成的；
所述初次命令反馈加密数据为耗材芯片依据初次序列号、芯片计数、初次轮密钥对初次命令反馈数据加密生成的。
耗材芯片根据芯片内部非易失性存储单元中存储的序列号和芯片计数计算初次轮密钥。所述初次轮密钥的计算步骤如下：
首先，读取与初次序列号对应存储的原始密钥；其次，根据原始密钥、初次序列号、芯片计数计算初次轮密钥。
在所述对成像设备发送的初次命令加密数据解密处理前，耗材芯片发送初次序列号和芯片计数给成像设备。成像设备收到轮密钥、初次序列号、芯片计数后，据此加密生成初次命令加密数据。耗材芯片对解密后的初次命令数据进行命令处理并生成初次命令反馈数据，耗材芯片对初次命令反馈数据依据初次序列号、芯片计数、轮密钥进行加密处理，以生成初次命令反馈加密数据。
为此，耗材芯片的初次加密信息生成模块还包括初次轮密钥计算单元，用于计算初次轮密钥。进一步，所述初次轮密钥计算单元包括：初次原始密钥获取子单元，读取与序列号对应存储的原始密钥；以及初次轮密钥获取子单元，根据原始密钥、初次序列号、芯片计数计算初次轮密钥。
更具体地，耗材芯片接收成像设备命令数据并存于易失性存储单元。从非易失性存储单元中读取初次序列号和当前芯片计数存储于易失性存储单元。将易失性存储单元中的芯片计数加1并将其写入非易失性存储单元中的当前芯片计数区域。从非易失性存储单元中读取与序列号对应的原始密钥，如通过初次序列号与原始密钥对应存储的密钥查询表进行读取获得。然后，将原始密钥、初次序列号、芯片计数进行运算，之后将计算获得的轮密钥存储于易失性存储单元。控制单元将易失性存储单元中序列号、芯片计数通过通信单元发送给成像设备。
所述耗材芯片对命令加密数据的解密处理过程具体包括：接收成像设备的初次命令加密数据，并将初次命令加密数据存储于易失性存储单元。从易失性存储单元中读取初次轮密钥并进行初次解密单元运算。从易失性存储单元中读取接收到成像设备的初次命令加密数据并进行解密运算。读取解密后的初次命令数据并存储于易失性存储单元。
耗材芯片对解密的初次命令数据进行命令处理，初次执行单元进行命令处理过程，进行产生初次命令反馈数据。在对成像设备反馈初次命令反馈数据前，需对初次命令反馈数据进行加密处理，其加密处理过程具体包括：从易失性存储单元中读取初次轮密钥并初次加密单元进行运算。从易失性存储单元中读取初次命令反馈数据并启动进行加密运算。读取加密后的密文数据，即初次命令反馈加密数据并存于易失性存储单元。将易失性存储单元中的密文数据发送给成像设备。
在进行第二次认证和初次认证时，一方面对命令数据在成像设备端加密而在耗材芯片端解密，另一方面对命令反馈数据在耗材芯片端加密而在成像设备端加密。这样，加密通信简单且避免了兼容厂商通过耗材芯片与成像设备间的通信波形进行逆向分析而破解通信数据的泄密问题。
图8示出了本发明一种耗材芯片与成像设备的通信方法的一实施方式。该方法基于上文描述的耗材芯片、耗材芯片通信方法实现。具体地，一种耗材芯片与成像设备的通信方法，包括：
步骤一s41，成像设备接收到更换耗材或开关盖信号时，读取耗材芯片内部所有序列号，并从中选择一个序列号作为第一序列号；
步骤二s42，成像设备发送包括第一序列号的第一认证信息给耗材芯片；
步骤三s43，耗材芯片对第一认证信息进行加密处理并生成第一加密信息；
步骤四s44，耗材芯片发送第一加密信息给成像设备；
步骤五s45，成像设备对第一加密信息进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第一次认证；
步骤六s46，当第一次认证成功后，成像设备从所有序列号中选择一个与第一序列号不同的序列号作为第二序列号，并将包括第二序列号的第二认证信息发送给耗材芯片；
步骤七s47，耗材芯片对第二认证信息加密处理并生成第二加密信息；
步骤八s48，耗材芯片发送第二加密信息给成像设备；
步骤九s49，成像设备对第二加密信息进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的第二次认证。
如图10所示，成像设备包括序列号选择模块、发送模块、第一认证模块、第二认证模块。所述序列号选择模块当接收到更换耗材或开关盖信号时，读取耗材芯片内部所有序列号，并从中选择一个序列号作为第一序列号。所述发送模块将包括第一序列号的第一认证信息发送给耗材芯片。耗材芯片对第一认证信息加密形成第一加密信息发送给第一认证模块，第一认证模块对第一加密信息进行解密处理，并进行成像设备与耗材芯片的第一次认证。当第一次认证成功后，所述序列号选择模块从所有序列号中选择一个与第一序列号不同的序列号作为第二序列号。所述发送模块将包括第二序列号的第二认证信息发送给耗材芯片。所述耗材芯片对第二认证信息加密形成第二加密信息发送给第二认证模块。第二认证模块，对第二加密信息进行解密处理，并进行成像设备与耗材芯片的第二次认证。成像设备中采用加解密方式可采用与耗材芯片相同的加解密方式。
第一次认证过程，包括如下步骤：
步骤1.1，在第一认证信息发送给耗材芯片前，成像设备计算成像设备校验数据；
步骤1.2，耗材芯片接收到成像设备发送来的第一认证信息后，耗材芯片计算耗材芯片校验数据并发送给成像设备；
步骤1.3，成像设备判断耗材芯片校验数据和成像设备校验数据相同时，则成像设备与耗材芯片的第一次认证成功；
其中，所述耗材芯片校验数据基于耗材码表信息、第一序列号、随机数、芯片计数加密形成；所述成像设备校验数据基于耗材码表信息、第一序列号、随机数、芯片计数加密形成。
如图10所示，第一次认证期间，所述第一认证模块包括第一校验数据运算单元、第一认证单元。所述第一校验数据运算单元基于耗材码表信息、第一序列号、随机数、芯片计数加密形成成像设备校验数据第一认证单元，判断耗材芯片校验数据与成像设备校验数据是否相同，若相同，则成像设备判断耗材芯片的第一次认证成功，并触发所述发送模块发送第二认证信息给耗材芯片；否则，第一次认证失败，成像设备报错。
所述第二认证信息包括第二命令加密数据，所述第二命令反馈加密数据为第二加密信息。第二次认证过程，包括如下步骤：
步骤2.1，在耗材芯片对第二认证信息进行加密处理前，成像设备对第二命令数据加密生成第二命令加密数据；
步骤2.2，耗材芯片收到第二命令加密数据后，对其解密还原为第二命令数据；
步骤2.3，耗材芯片依据第二命令数据进行命令处理并生成第二命令反馈数据；
步骤2.4，耗材芯片对第二命令反馈数据加密处理以生成第二命令反馈加密数据；
步骤2.5，成像设备收到第二命令反馈加密数据后，对其解密还原为第二命令反馈数据。
如图10所示，所述成像设备的第二认证模块包括第二命令加密数据生成单元和第二认证单元。所述第二命令加密数据生成单元，对第二命令数据加密生成第二命令加密数据，并通过发送模块将第二命令加密数据发送给耗材芯片。第二认证单元，对接收到的第二命令反馈加密数据解密还原为第二命令反馈数据。
成像设备在向耗材芯片发送命令前，成像设备先将轮密钥和命令数据（明文）写入到成像设备第二命令加密数据生成单元中进行运算。之后耗材芯片对第二命令加密数据进行解密，耗材芯片根据解密的第二命令数据进行命令处理并生成第二命令反馈数据，之后将第二命令反馈数据加密为第二命令反馈加密数据给成像设备。在此期间的过程参照前文描述的耗材芯片的通信过程。成像设备接收到第二命令反馈加密数据后，通过第二认证单元进行解密处理，解密还原后成像设备获得第二命令反馈数据。
图9示出了本发明一种耗材芯片与成像设备的通信方法的另一实施方式。与图8所示方法的差别在于，在成像设备接收到更换耗材或开关盖信号前，还包括初次认证过程。该初次认证在成像设备上电开机时进行，初次认证过程包括如下步骤：
步骤s31’，成像设备接收到成像设备开机信号时，读取耗材芯片内部所有序列号，并从耗材芯片中选择一个序列号作为初次序列号；
步骤s32’，成像设备发送包括初次序列号的初次认证信息给耗材芯片；
步骤s33’，耗材芯片对初次认证信息加密处理并生成初次加密信息；
步骤s34’，耗材芯片发送初次加密信息给成像设备；
步骤s35’，成像设备对初次加密信息进行解密处理，以用于成像设备与耗材芯片的初次认证。
所述第一加密信息、第二加密信息和所述初次加密信息可采用3种不同加密算法或两种不同加密算法或一种加密算法获得。本发明示例中基于运算可靠、安全性等考虑，所述第二序列号与所述初次序列号为两个相同的序列号，所述第一序列号与所述第二序列号为两个不同的序列号，而所述第二加密信息与所述初次加密信息可采用相同加密算法加密获得，所述第一加密信息采用不同加密算法获得。
所述初次认证信息包括初次命令加密数据，所述初次命令反馈加密数据为初次加密信息。初次认证过程的一实施方式下，具体包括如下步骤：
步骤s31’’，在耗材芯片对初次认证信息进行加密处理前，成像设备对初次命令数据加密生成初次命令加密数据；
步骤s32’’，耗材芯片收到初次命令加密数据后，对其解密还原为初次命令数据；
步骤s33’’，耗材芯片依据初次命令数据进行命令处理并生成初次命令反馈数据；
步骤s34’’，耗材芯片对初次命令反馈数据加密处理以生成初次命令反馈加密数据；
步骤s35’’，成像设备收到初次命令反馈加密数据后，对其解密还原为初次命令反馈数据。
如图10所示，所述成像设备还包括初次认证模块。所述初次认证模块对初次加密信息进行解密处理，并进行成像设备与耗材芯片的初次认证。当所述序列号选择模块接收到成像设备开机信号时，从多个序列号中选择一个序列号作为初次序列号；所述发送模块发送包括初次序列号的初次认证信息给耗材芯片。
所述成像设备的初次认证模块包括初次命令加密数据生成单元和初次认证单元。所述初次命令加密数据生成单元，对初次命令数据加密生成初次命令加密数据，并通过发送模块将初次命令加密数据发送给耗材芯片。初次认证单元，对接收到的初次命令反馈加密数据解密还原为初次命令反馈数据。
成像设备在向耗材芯片发送命令前，成像设备先将轮密钥和命令数据（明文）写入到成像设备初次命令加密数据生成单元中进行运算。之后耗材芯片对初次命令加密数据进行解密，耗材芯片根据解密的初次命令数据进行命令处理并生成初次命令反馈数据，之后将初次命令反馈数据加密为初次命令反馈加密数据给成像设备。在此期间的过程参照前文描述的耗材芯片的通信过程。成像设备接收到初次命令反馈加密数据后，通过初次认证单元进行解密处理，解密还原后成像设备获得初次命令反馈数据。
图10示出了本发明一种耗材芯片与成像设备的通信系统的结构框图。该通信系统包括耗材芯片、与耗材芯片互为通信的成像设备。该通信系统依据上述通信方法进行通信，解决了因通信泄密造成耗材芯片容易被破解的问题。
本领域的技术人员应理解，上述描述及附图中所示的本发明的实施例只作为举例而并不限制本发明。本发明的目的已经完整有效地实现。本发明的功能及结构原理已在实施例中展示和说明，在没有背离所述原理下，本发明的实施方式可以有任何变形或修改。