专利名称：用于锁的电子钥匙以及读出装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种操作锁的方法，所述锁具有电子钥匙以及相应的读出器，本发明还涉及一种使用这样一种方法的装置。
用由钥匙操作的锁来确保物品和房屋的安全是常规的做法；由于丢失或者复制钥匙而使得系统受到威胁是常见的安全隐患。这种隐患对于传统的机械钥匙以及使用密码(例如计算机口令)的更复杂的系统是同样适用的万一钥匙或者口令被复制(或者窃取)之后，系统的安全会受到成胁。对于机械锁，这会导致高额的费用，因为为了恢复安全性就必须换锁。如果钥匙/口令是具有较高访问级别的“主人(master)”，那么恢复安全性的困难就会进一步加重。
关于电子钥匙，为防止被复制的危害，钥匙可分为两部分一部分与用户相关，另一部分与物理钥匙载体相关，例如用户PIN码以及相应的ATM银行卡。丢失其中任何一个(但不是两个都丢失)都不会危害到系统的安全。这种两部分的钥匙在用户部分存在着一个问题忘记PIN，因此PIN不得不设得很短，从而能被记住——这就意味着它是有着有限数量的组合，这就使其有可能会遭受“正面的”攻击，即为了能够进入试验其中所有的组合。这种方法中，用户被授权挑选密码或者口令，健忘(或者懒惰)的用户可能选择容易记忆的——例如PIN码‘1111’或者用用户的宠物名字设置密码；这样的密码实质上是不安全的。
上述钥匙和密码的另一个限制在于它们是静态的。变动的密码会更加安全，这是由于丢失或者被窃取的密码随后只具有有限的使用时间。不利之处在于密码修改必须与操作锁的钥匙读出器协调进行。再一个问题是所修改的密码必须具有许多的组合以确保充分的安全；这意味着要使用长密码——这反过来会因为将钥匙密码传送到读出器的速度减慢，例如其中利用一种串行通信协议将钥匙密码传送到读出器，从而使用于合法用户的系统运行发生延迟。
再一个问题是，如果当在钥匙与读出器之间传送钥匙密码的时候，对于非法用户，钥匙密码是可以得到的，那么此时安全性会受到危害例如对于无线电发射机钥匙来说，发生在钥匙以及读出器之间的钥匙密码的通信可能会被监听。
此外，用户可以检查钥匙从而确定其是否有效并且可能反映指示在其上的状态信息，这对于系统管理的目的来讲是有用的。
从而本发明的一个目的是通过使用包含电子钥匙以及读出器的改进的装置解决上述以及其它问题。
根据本发明，提供了一种用于锁的装置，包括一个钥匙，包含一个第一数据处理器以及一个显示器，数据处理器可用于产生钥匙密码，其中相对于钥匙的操作修改钥匙密码，将钥匙密码转换为表示钥匙密码的图像并将图像显示在显示器上，显示器被这样设置，使得图像在钥匙的表面上是可视的；以及一个读出器，包含一个第二数据处理器，一个存储器以及一个光学扫描仪，光学扫描仪用于扫描钥匙上的可视图像并生成扫描数据，数据处理器用于接收扫描数据，并将扫描数据转换为被扫描的钥匙密码，将被扫描的密码与多个存在存储器中的钥匙密码进行比较并根据比较结果来控制锁机构。
钥匙以及读出装置可以被用来作为用于锁的访问控制器。因此，钥匙读出器可以远离它所相关的锁。可选择的，读出器可以被集成到锁本身中或者甚至是一个产品，例如读出器可以设置进个人电脑，其中读出器根据钥匙密码比较结果输出信号来控制个人电脑的操作。钥匙功能可以集成在主机产品中，或者可以是一个专用单元。为了实现配置和/或识别，读出器要与钥匙进行交互。可用用户认证程序来使能读出器。读出器可包括一个空腔，从而在物理上可以容纳包含钥匙的单元以便于与钥匙的交互；对空腔的访问可由用户认证程序物理上控制。
同样根据本发明，提供了一种操作锁的方法，其中用读出器读取钥匙，此方法由相对于钥匙的操作而被修改的钥匙密码支持，钥匙密码被转换为表示钥匙密码的图像，图像设被置成在钥匙表面可视，其中，读出器光学地扫描图像以产生扫描数据，扫描数据被转换成被扫描的钥匙密码，将被扫描的钥匙密码与多个钥匙密码进行比较并且根据比较结果控制锁机构。
钥匙可以显示相关于钥匙使用的信息，例如环境信息。显示器可以是液晶显示器(LCD)。一部分显示器可包括一个钥匙密码，即，表示用于锁的访问码的密码。钥匙密码可用能显示在钥匙上的多种信息格式表示，可由人类和/或机器读取。可选择的，可以抑止显示钥匙密码，直到当读出器扫描钥匙的这一时间。在钥匙使用的期间可以修改钥匙密码；可以通过与读出器的交互和/或产权转移调用这种修改。
现在将仅通过实施例，并参考附图，描述进一步的特征和优点，其中
图1示出在LCD上的密码显示；图2示出钥匙中密码的生成和转换；图3示出包含钥匙的产品的实施例；图4示出利用读出器实现的密码扫描；以及图5示出了利用用户认证实现的对程序读出器的控制。
在本发明的下列描述中，术语“钥匙”指的是一种实体，其包括钥匙的特征和功能，例如专用的钥匙单元或者包含钥匙的主机产品。术语“钥匙密码”指的是密码，其表示用于与钥匙密码相关的锁的访问密码；密码可以是单个密码或者一组密码，并且源于一个或者更多的数值。术语“被扫描的钥匙密码”指的是密码，其利用从光电扫描仪输出的数据由读出器来计算。术语“相异”指的是在总的钥匙密码集合之中不同的钥匙密码的个数；相异与用在常规的机械钥匙中的术语“组合”相似。术语“读出器”指的是扫描钥匙并与钥匙进行交互的装置。术语“CCD”指的是用于扫描在钥匙表面所显示的图像的电耦合装置。术语“像素”指的是显示器最小相异可显示单元。
图1示出用两个通常的LCD类型显示钥匙密码的实施例其中通常由100所示的基于字符的LCD以及通常由102所示的基于像素的LCD。如所示，LCD100可以使钥匙密码提成为机器可读的像素阵列104和/或者可由人可读的密码106。机器可读像素格式设置是任意的，并可根据特殊的应用选择从而实现适当的性能以及成本，例如像素的数量通常与密码相异的数目成比例。线性像素钥匙密码阵列104允许在读出器上实现成本节省，其由于其中可利用简单的感测装置，例如线性一维CCD阵列。将人可读的和机器可读的钥匙密码结合的优点是人可读部分能够表示比机器可读的钥匙密码表示的更复杂的密码校验和。这允许用户在发生操作困难的时候利用系统管理程序校验钥匙密码，而不必公开实际的钥匙密码。CCD阵列使用允许快速读取复杂密码的并行读出，其具有可以保持快的运行速度的优点。
所有前面的描述同样适用于基于像素的LCD102，另外其具有灵活性，可以将钥匙密码显示为图标108、条形码110、2-维像素阵列114以及字母数字112。通常，密码包括图形、文字、数字、条形码、图标以及基于像素的图案的任意一种组合。基于像素的LCD相较于基于字母的LCD具有提高了的分辨率——这种提高是以LCD和也许是读出器中的扫描装置所导致额外的费用为代价的。基于像素LCD的派生物是定做的LCD，其能够被优选用于特定的应用并且当生产数量足够多的时候定做的LCD是一种可行的选择。
无论选择的是哪种显示方案——字符、像素或者定制——一个适当的LCD必须是在包含钥匙功能116的单元中可用的。
发明提供了一种能力，可使钥匙密码依照预定义的序列从第一密码改写为第二密码，可以从任何一种数字序列发生器以及密码列表的组合中得到该序列。优选的数字序列发生器是伪随机数字序列发生器。从第一密码到第二密码的密码修改响应于任何周期定时事件和操作事件的任意组合。操作事件的一个实施例是其中钥匙由读出器命令。
图2示出了在钥匙中钥匙密码的生成以及转化。该图描述了数据处理单元200和LCD 216。数据处理器包括CPU214以及振荡器202，其产生周期事件或者时钟信号204，以触发伪随机数字序列发生器208，从而产生序列中的下一个(钥匙密码)数字210。对于机器可读的密码，时钟信号的周期可以被设定为这样一种速率，其可以与LCD的最大显示速率以及读出器的扫描能力相当。利用标准LCD或者CCD阵列可以实现达到几赫兹的速率。这提供了钥匙密码的可选择的定义既可经过时间间隔仍为一个预先确定的静态数值，钥匙密码也可以可选择地经过时间间隔用预先确定的数值序列显示。时间间隔的持续时间必须保证为充分短以允许快速操作；利用几赫兹的速度可以满足这一条件。此外，或者作为一个被选项，可以响应于与钥匙读出器的交互，在输入206处触发发生器。钥匙密码可包括一个用于识别钥匙的唯一的密码。
将上面所讨论的被显示的钥匙密码210提供给转换器212，转换器212相应于钥匙的LCD 216的格式和能力，将数值转换为图像数据215。CPU214、振荡器202、发生器208以及转换器212经总线213连接。
图3示出了包含钥匙的产品的实施例。专用的钥匙产品300包括一个外壳304，并且具有透过在外壳上的视窗可视的LCD306。钥匙也能在LCD上显示用户界面信息，该信息包括使用说明、访问权和钥匙密码的人可读部分的任意组合。主机产品302也以具有外壳308和通过外壳上的视窗可视的LCD 310的移动电话的形式示出。明显的，钥匙可包括主机产品比如移动电话，PDA，手表、寻呼机或者游戏机的功能。
图4示出了用读出器进行密码扫描。钥匙400包括LCD 402，在其上显示钥匙密码410的图像。LCD是基于字符的，包括一行字符模块412，每个模块包括一个矩形象素矩阵，例如为7行5列。在图4的实施例中，钥匙密码图像410中的格式安排成使用十二个字符模块412每一个的底部像素行也就是，钥匙密码用一行60像素(位)——12字符x5列显示。这种格式是方便的，原因是能利用在读出器中的电荷耦合装置(CCD)阵列光学地扫描LCD——在这种情况下为低成本-1维CCD408。此外，为了提供钥匙(LCD)相对于读出器的光学扫描仪的更容易的对准，上述的实施例可以用几行字符经过相同的复制产生钥匙密码，这样就允许扫描仪扫描任一行；钥匙密码之后将以类似条码的形式显示。明显的，适合的LCD也能用标准化的条形码显示钥匙密码，就像前面所讨论的那样。用复杂的图标、文字、图形或者象素图案表示的钥匙密码则要求更高的分辨率或者甚至是与读出器中更复杂的光电扫描仪协同工作的定制LCD。应用于现代视频照相机中的两维CCD矩阵则成本相对低些，并且对于使用如此复杂的钥匙密码图像的应用来说很有吸引力，这是因为与任意的CCD阵列一样，它们可以实现对这种码的快速并行读取。
在一些应用中读出器能够利用通信线路与钥匙传送信息数据，信息数据包括任何一种配置数据以及识别数据的组合。通信线路可以单向或者双向，并可采用任何现有技术中的方式来实现，可以为有线也可以为无线。为了稳固和避免被监听，优选的通信线路是利用红外辐射以及支持串行协议的线路。
在图4的实施例中，钥匙400包括红外通信端口404，用于与读出器进行信息数据406的通信。在钥匙与读出器之间利用通信线路交换配置数据的实施例是，钥匙响应于其与读出器交换的信息数据，将钥匙密码显示为LCD上的图像。这样，钥匙密码(或者其中一部分)能被隐藏(也就是，不在钥匙的LCD上显示)直到当读出器实际上在扫描LCD的时刻。这些特征增强了系统的安全性，并且也允许实现一定的应用灵活性，在一个时刻在LCD上显示相关于用户的信息，以及在另一时刻显示相关于读出器的信息。在其中这可能是有用的一种典型的实施例是上面所描述的条形码格式，其中一大部分LCD需要用于显示钥匙密码(条形码)。在钥匙和读出器之间利用通信线路交换的其它配置数据包括，但并不是限定为这些，初始化钥匙中序列发生器的数据、复位数据、密码表的加载以及日期/时间信息。在钥匙和读出器之间利用通信线路交换的识别数据包括，但并不限于此，相关于用户和锁的信息，其包含访问权、用户ID以及使用历史数据。通信线路也可用于其它通信，例如相关于应用包含钥匙的主机产品中的数据。
图5示出了采用用户认证程序实现对读出器的控制。读出器能响应于有效用户认证处理来被使能，该用户认证处理包括对机械钥匙、PIN码、指纹扫描、面部扫描以及视网膜扫描中的任何组合的确认。图5中的实施例示出读出器500，其包含空腔512，用于接受钥匙520，空腔具有可通过其将钥匙插入到空腔中的孔518。读出器500还包括机械闸门516，可通过对其进行操作来响应于失败的用户认证处理，从而阻止将钥匙插入到空腔中，确保钥匙在空腔中的安全并阻止钥匙从空腔中被取出。
在图5的实施例中，初始状态假定为，用户希望将钥匙520插入到具有借助于闸门516关闭的空腔512的读出器500中。利用小键盘502，用户输入用户PIN码504。明显的，用户小键盘可用其它可选的机械结构替代，但是并不局限于下述这些，机械钥匙、指纹扫描仪、面部扫描仪或者视网膜扫描仪。传送PIN码到数据处理单元506，并由该数据处理单元检查密码是否有效。如果密码有效，那么数据处理单元发出闸门控制信号514以打开闸门516，这样就允许用户将钥匙520通过孔518插入到空腔512中。数据处理单元检测钥匙已经插入(未示出)就再次关闭闸门，从而确保钥匙520在读出器的空腔512中的安全。之后数据处理单元506发出信号508到CCD扫描仪510中，以触发钥匙的LCD被扫描；被扫描的钥匙密码522返回数据处理单元。如果钥匙密码是有效的，数据处理单元506将在输出524(其之后用于打开或者关闭锁，图5中未示出)发出“有效钥匙”信息，并在适当的时间发送闸门控制信号514，以打开闸门516，这样就允许用户取走钥匙520。相反的，钥匙密码如果是无效的，数据处理单元506将在输出524发出“无效钥匙”信息，并且通过将闸门518保持在关闭位置来保存钥匙520。
前面对于读出器机构的描述是仅仅作为实施例而被引入的，并且表述了在本领域的技术人员能够从本发明所公开的方法的优点很容易的定义出的一个可以执行的范围中的一个实施例。
通过前面的描述并参考附图4，说明了用于锁的电子钥匙以及读出装置，包括钥匙400，其包含将表示钥匙密码410的图像显示在其上的显示器402，可相对于钥匙的操作对钥匙密码进行修改。读出器利用传感器矩阵408扫描钥匙密码并通过利用通信端口404来交换数据而与钥匙进行交互。
权利要求
1.一种用于锁的装置，包括一个钥匙，包含一个第一数据处理器以及一个显示器，所述数据处理器用于产生钥匙密码，其中相对于钥匙的操作对钥匙密码进行修改，将钥匙密码转换为表示钥匙密码的图像并将图像显示在显示器上，所述显示器被这样设置，使得图像在钥匙的表面上是可视的；以及一个读出器，包含一个第二数据处理器、一个存储器以及一个光学扫描仪，所述光学扫描仪用于扫描钥匙上的可视图像并生成扫描数据，所述数据处理器用于接收扫描数据，并将扫描数据转换为被扫描的钥匙密码，将被扫描的密码与多个存在存储器中的密码进行比较并根据比较结果来控制锁机构。
2.如权利要求1所述的装置，其中显示器是液晶显示器(LCD)。
3.如权利要求1或者2所述的装置，其中表示钥匙密码的图像包括基于象素的图案。
4.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述第一数据处理器包括一个伪随机数字发生器，所述伪随机数字发生器用于产生钥匙密码。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述第一数据处理器包括一个振荡器，所述振荡器用于触发所述发生器，从而修改密码。
6.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述钥匙用于在显示器上显示用户界面信息。
7.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述钥匙进一步被配置为移动电话。
8.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述钥匙进一步被配置为腕表。
9.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述读出器用于利用通信线路与钥匙交换信息数据。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述通信线路利用红外线路并支持串行协议。
11.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述光学扫描仪是一个CCD矩阵。
12.如权利要求9所述的装置，其中所述第一数据处理器用于响应于与读出器交换的信息数据，将钥匙密码显示为在显示器上的图像。
13.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述读出器用于响应于有效用户认证处理。
14.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述读出器包括一个空腔用来接受钥匙，空腔包括钥匙可以通过其插入到空腔中的通孔。
15.如权利要求14所述的装置，其中所述读出器包括一个机械闸门，所述机械闸门用于响应于有效用户的认证处理允许钥匙插入空腔。
16.如权利要求1或者2所述的装置，其中所述读出器设置于个人电脑之中，并根据比较的结果输出一个信号用于控制该个人电脑的操作。
17.一种操作锁的方法，其中用读出器读取钥匙，此方法由相对于钥匙的操作而被修改的密码支持，钥匙密码被转换为表示钥匙密码的图像，图像被设置成在钥匙表面可视，其中，所述读出器光学地扫描图像以产生扫描数据，扫描数据被转换成被扫描的钥匙密码，将被扫描的钥匙密码与多个钥匙密码比较并且根据比较结果控制锁机构。
18.如权利要求17所述的方法，其中根据预先定义的序列将钥匙密码从第一密码修改为第二密码。
19.如权利要求18所述的方法，其中从第一密码到第二密码的修改响应于周期性的定时事件。
20.如权利要求18所述的方法，其中从第一密码到第二密码的修改响应于与读出器的数据交换。
21.如权利要求17所述的方法，其中该钥匙密码包括识别钥匙的唯一的密码。
全文摘要
描述了一种用于锁的电子钥匙以及读出装置，其包括具有显示器(402)的钥匙(400)，在显示器上显示表示钥匙密码(410)的图像，相对于钥匙的操作修改钥匙密码。读出器利用传感器矩阵(408)扫描钥匙密码并且通过使用通信端口(404)交换信息数据(406)来与钥匙进行交互。
文档编号B60R25/30GK1539121SQ02815196
公开日2004年10月20日 申请日期2002年7月3日 优先权日2001年8月3日
发明者M·J·普鲁梅, M J 普鲁梅 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司