电子钥匙和电子锁的制作方法

本实用新型属于安装开锁领域，涉及一种相互匹配使用的电子钥匙和电子锁。

背景技术：

司法监狱作为人员密集场所，除了要保证在押人员在限制区域可控外，还需要满足紧急情况下人员快速疏散、撤离的要求。然而，监狱内大量使用的各种锁具成为快速疏散的限制条件，不同锁具使用不同的钥匙，导致钥匙携带，辨别困难，开锁时间大大延长。

由于每把锁具对应一把钥匙，因此钥匙的插入头以及锁具的开锁孔均需要唯一对应，而为了提高锁具的安全性，通常采用的方式是将钥匙的插入头和锁具的开锁孔机械结构设计的更为复杂，从而提高了钥匙和锁具的机械复杂度。

技术实现要素：

为了解决相关技术因为了提高锁具的安全性，而将钥匙的插入头和锁具的开锁孔机械结构设计复杂度提高的问题，本申请提供了一种相互匹配使用的电子钥匙和电子锁，具体技术方案如下：

第一方面，本申请提供了一种电子钥匙，该电子钥匙包括操作手柄和插入头，插入头安装在操作手柄上，操作手柄内设置有第一电源、第一处理器和第一近距离通信NFC收发器，第一NFC收发器和第一处理器均与第一电源电性连接，第一电源为第一NFC收发器和第一处理器提供电能，第一NFC收发器还与第一处理器电性连接，插入头被配置为可插入至对应电子锁锁孔内，插入头的形状与电子锁锁孔内的形状匹配。

通过在电子钥匙中设置处理器和通信NFC收发器，可以实现与电子锁之间的通信，进而为鉴权提供可能，由于可以通过电子通信的方式实现鉴权，摒弃了机械式插入头的复杂设计，只要通过电子验证，即使将插入头均设置为统一的形状，也仍旧能够进行电子锁的开锁识别，因此可以降低钥匙插入头和锁具的锁孔的复杂机械式设计，且进一步降低了钥匙插入头和锁具锁孔机械设计的设计成本。

可选的，操作手柄内设置有内腔，操作手柄上设置有卡扣，插入头上间隔设置有第一凹槽和第二凹槽，卡扣插入于第一凹槽内时，插入头伸出操作手柄，卡扣插入于第二凹槽内时，插入头缩回固定于操作手柄的内腔中。

通过设置卡扣，可以使插入头伸出时或缩回至操作手柄的内腔时，均可以通过卡扣被固定住，保证插入头可以较精确地插入至锁孔内，也可以将插入头收藏于操作手柄的内腔中，减少电子钥匙在未使用时插入头伸出时的损坏。

可选的，该电子钥匙内设置有弹簧，弹簧容纳于内腔中，弹簧位于操作手柄内壁和插入头之间，弹簧的弹性方向与插入头的延伸方向相同。

在电子钥匙内设置弹簧，实现对插入头的伸出和缩回，避免插入头在内腔中移动时的卡顿。

可选的，内腔未安装卡扣的第一侧设置有滑槽，插入孔未设置第一凹槽和第二凹槽的第二侧通过滑轨安装于滑槽内。

在电子钥匙内设置滑槽，实现对插入头的伸出和缩回，避免插入头在内腔中移动时的卡顿，保证插入头的平稳移动。

可选的，插入头的形状为扁平型、圆柱体或棱锥体。

通过将插入头设计为与锁孔尺寸匹配的，形状简单的扁平型、圆柱形或棱锥体，由于通过电子通信鉴权，不需要将插入头的机械形状设计为唯一的形状，简化了插入头的机械设计复杂度。

第二方面，本申请还提供了一种电子锁，该电子锁包括锁体、第二电源、第二处理器、第二近距离通信NFC收发器以及接触传感器，第二电源、第二处理器、第二NFC收发器均安装于锁体内，第二处理器第二NFC收发器均与第二电源电性连接，第二电源为第二NFC收发器和第二处理器提供电能，第二NFC收发器还与第二处理器电性连接，锁体形成有供如第一方面以及第一方面各种可选实现方式中提供的电子钥匙的插入头插入的锁孔，锁孔内壁设置有卡柱，卡柱朝向锁孔口的位置处设置有接触传感器。

通过在电子锁中设置处理器和通信NFC收发器，可以实现与电子钥匙之间的通信，进而为鉴权提供可能，由于可以通过电子通信的方式实现鉴权，摒弃了机械式锁孔的复杂设计，只要通过电子验证，即使将锁孔均设置为统一的形状，也仍旧能够进行电子锁的开锁识别，因此可以降低钥匙插入头和锁具的锁孔的复杂机械式设计，且进一步降低了钥匙插入头和锁具锁孔机械设计的设计成本。

可选的，该电子锁还包括电控弹簧，电控弹簧安装于卡柱和锁体之间，卡柱在电控弹簧的伸缩力下垂直于锁孔的延伸方向运动，电控弹簧还与第二处理器电性连接，第二处理器控制电控弹簧伸出和缩回。

通过设计电控弹簧，实现卡柱的伸出和缩回，卡柱伸出时，用于阻挡未鉴权成功的钥匙插入至锁孔的底端部，以禁止开锁，而卡柱缩回时，钥匙插入头则可以继续插入至锁孔的底端部，启动开锁。

可选的，锁孔用于插入上述插入头的底端部内壁设置有到位传感器，当电子钥匙的插入头插入锁孔并顶住锁孔的底端部内壁时，到位传感器产生感应信号，并将感应信号传递给第二处理器，第二处理器启动开锁。

可选的，该电子锁上还设置有报警器，报警器与第二处理器电性连接。通过设置报警器，实现在鉴权失败时进行报警提示，提高电子锁使用的安全性。

可选的，该电子锁的锁孔的形状为与电子钥匙的插入头匹配的扁平型、圆柱体或棱锥体。

通过将电子锁的锁孔设计为与电子钥匙插入头尺寸匹配的，形状简单的扁平型、圆柱形或棱锥体，由于通过电子通信鉴权，不需要将电子锁的锁孔的机械形状设计为唯一的形状，简化了电子锁的锁孔的机械设计复杂度。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性的，并不能限制本实用新型。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本实用新型的实施例，并与说明书一起用于解释本实用新型的原理。

图1是本申请一个实施例中提供的电子钥匙的结构示意图；

图2是本申请一个实施例中提供的电子锁的结构示意图；

图3是本申请一个实施例中提供的电子钥匙开锁的流程图；

图4A是本申请一个实施例中提供的电子钥匙的插入头插入至电子锁缩孔内抵触至接触传感器时的示意图；

图4B是本申请一个实施例中提供的电子钥匙的插入头插入至电子锁缩孔内抵触至缩孔的底端部的示意图。

其中，附图标记如下：

10、电子钥匙；11、操作手柄；12、插入头；121、第一凹槽；122、第二凹槽；13、第一电源；14、第一处理器；15、第一NFC收发器；16、内腔；17、卡扣；18、弹簧；20、电子锁；21、锁体；22、第二电源；23、第二处理器；24、第二NFC收发器；25、接触传感器；26、锁孔；27、卡柱；28、电控弹簧。

具体实施方式

这里将详细地对示例性实施例进行说明，其示例表示在附图中。下面的描述涉及附图时，除非另有表示，不同附图中的相同数字表示相同或相似的要素。以下示例性实施例中所描述的实施方式并不代表与本实用新型相一致的所有实施方式。相反，它们仅是与如所附权利要求书中所详述的、本实用新型的一些方面相一致的装置和方法的例子。

图1是本申请一个实施例中提供的电子钥匙的结构示意图，本申请提供的电子钥匙10包括操作手柄11和插入头12，插入头12安装在操作手柄11上，操作手柄11内设置有第一电源13、第一处理器14和第一NFC收发器15，第一NFC收发器15和第一处理器14均与第一电源13电性连接，第一电源13为第一NFC收发器15和第一处理器14提供电能，第一NFC收发器15还与第一处理器14电性连接，插入头12被配置为可插入至对应电子锁锁孔内，插入头12的形状与电子锁锁孔内的形状匹配。

这里第一电源13的安装方式为可拆卸式，以在能量不足时便于使用人员对第一电源13的更换。在实际应用中，根据所需的电压设定第一电源13的规格，比如可以为至少一个18650的电池、也可以为cr1220或cr2016等规格。

这里的第一处理器14可以为具备鉴权功能的芯片。第一NFC收发器15为具备NFC通讯功能的收发器。

这样，通过在电子钥匙10中设置处理器和通信NFC收发器，可以实现与电子锁之间的通信，进而为鉴权提供可能，由于可以通过电子通信的方式实现鉴权，摒弃了机械式插入头12的复杂设计，只要通过电子验证，即使将插入头12均设置为统一的形状，也仍旧能够进行电子锁的开锁识别，因此可以降低钥匙插入头12和锁具的锁孔的复杂机械式设计，且进一步降低了钥匙插入头12和锁具锁孔机械设计的设计成本。

在实际应用中，插入头12在不使用时容易被外力损坏，比如撞击、摩擦等，为了提高插入头12的使用寿命，本申请中在操作手柄11内设置有内腔16，操作手柄11上设置有卡扣17，插入头12上间隔设置有第一凹槽121和第二凹槽122，卡扣17插入于第一凹槽121内时，插入头12伸出操作手柄11，卡扣17插入于第二凹槽122内时，插入头12缩回固定于操作手柄11的内腔16中。

这样，通过设置卡扣17，可以使插入头12伸出时或缩回至操作手柄11的内腔16时，均可以通过卡扣17被固定住，保证插入头12可以较精确地插入至锁孔内，也可以将插入头12收藏于操作手柄11的内腔16中，减少电子钥匙10在未使用时插入头12伸出时的损坏。

为了便于插入头12被收纳于内腔16中，本申请提供的电子钥匙10内还可以设置有弹簧18，弹簧18容纳于内腔16中，如图1所示，弹簧18位于操作手柄11内壁和插入头12之间，弹簧18的弹性方向与插入头12的延伸方向相同。

弹簧18的弹性系数可以根据插入头12的尺寸等参数进行设定，本申请中不对弹簧18的弹性系数进行限定。

在电子钥匙10内设置弹簧18，实现对插入头12的伸出和缩回，避免插入头12在内腔16中移动时的卡顿。

为了避免插入头12在内腔16中移动时产生卡顿现象，在一种可能的实现方式中，本申请提供的操作手柄11的内腔16未安装卡扣17的第一侧设置有滑槽，插入孔未设置第一凹槽121和第二凹槽122的第二侧通过滑轨安装于滑槽内。

在电子钥匙10内设置滑槽，实现对插入头12的伸出和缩回，避免插入头12在内腔16中移动时的卡顿，保证插入头12的平稳移动。

由于本申请中的电子钥匙10与电子锁之间通过电子通信进行鉴权，因此插入头12的形状等则不需要特别复杂的设计，比如，插入头12的形状可以简单设计为扁平型、圆柱体或棱锥体等即可。

通过将插入头12设计为与锁孔尺寸匹配的，形状简单的扁平型、圆柱形或棱锥体，由于通过电子通信鉴权，不需要将插入头12的机械形状设计为唯一的形状，简化了插入头12的机械设计复杂度。

针对于电子钥匙10的设计，本申请还对应设计了一种电子锁，请参见图2所示，其是本申请一个实施例中提供的电子锁的结构示意图，本申请提供的电子锁20包括锁体21、第二电源22、第二处理器23、第二NFC收发器以及接触传感器25，第二电源22、第二处理器23、第二NFC收发器24均安装于锁体21内，第二处理器23第二NFC收发器24均与第二电源22电性连接，第二电源22为第二NFC收发器24和第二处理器23提供电能，第二NFC收发器24还与第二处理器23电性连接，锁体21形成有供如第一方面以及第一方面各种可选实现方式中提供的电子钥匙的插入头12插入的锁孔26，锁孔26内壁设置有卡柱27，卡柱27朝向锁孔26口的位置处设置有接触传感器25。

类似的，这里所讲的第二电源22的安装方式为可拆卸式，以在能量不足时便于使用人员对第二电源22的更换。在实际应用中，根据所需的电压设定第二电源22的规格，比如可以为至少一个18650的电池、也可以为cr1220或cr2016等规格。

这里的第二处理器23可以为具备鉴权功能的芯片。第二NFC收发器24为具备NFC通讯功能的收发器。

通过在电子锁20中设置处理器和通信NFC收发器，可以实现与电子钥匙之间的通信，进而为鉴权提供可能，由于可以通过电子通信的方式实现鉴权，摒弃了机械式锁孔26的复杂设计，只要通过电子验证，即使将锁孔26均设置为统一的形状，也仍旧能够进行电子锁20的开锁识别，因此可以降低钥匙插入头12和锁具的锁孔26的复杂机械式设计，且进一步降低了钥匙插入头12和锁具锁孔26机械设计的设计成本。

为了在鉴权成功后实现电子锁20的开锁功能，在一种可能的实现方式中，本申请提供的电子锁20还可以包括电控弹簧28，电控弹簧28安装于卡柱27和锁体21之间，卡柱27在电控弹簧28的伸缩力下垂直于锁孔26的延伸方向运动，电控弹簧28还与第二处理器23电性连接，第二处理器23控制电控弹簧28伸出和缩回。

电控弹簧28伸出时，安装在电控弹簧28端部的卡柱27则被推向至锁孔26内，电控弹簧28缩回时，安装在电控弹簧28的卡柱27则被带回以离开锁孔26内腔。

这样，通过设计电控弹簧，实现卡柱27的伸出和缩回，卡柱27伸出时，用于阻挡未鉴权成功的钥匙插入至锁孔26的底端部，以禁止开锁，而卡柱27缩回时，钥匙插入头12则可以继续插入至锁孔26的底端部，启动开锁。

结合上述图1所示出的电子钥匙10和图2示出的电子锁20，以及图3，对电子钥匙10开启电子锁20时的鉴权流程进行举例说明，请参见图3所示，鉴权流程如下：

301，感应到卡柱被电子钥匙的插入头接触；

当电子钥匙的插入头插入至电子锁的卡柱位置处时，请参见图4A所示，卡柱上的接触传感器则会产生感应信号，将感应信号发送给第二处理器。

302，将电子锁序列号发送给电子钥匙；

第二处理器在接收到感应信号后，则获取本地存储的电子锁序列号，并将电子锁序列号发送给第二NFC收发器，第二NFC收发器将该电子锁序列号发送给电子钥匙。

303，接收电子锁序列号，查询与该电子锁序列号对应的验证标识；

电子钥匙的第一NFC收发器接收第二NFC收发器发送的电子锁序列号后，第二NFC收发器将接收到的电子锁序列号发送给第一处理器，第一处理器根据电子钥匙中预先存储的电子锁序列号、验证标识ID以及密钥之间的对应关系，查找与获取的电子锁序列号对应的验证标识。

一般来讲，电子钥匙可以存储有至少一组对应关系，每组对应关系包括电子锁序列号、验证标识和密钥。

通常，电子锁序列号用于唯一标识电子锁，本申请中将电子锁序列号和密钥一一对应，不同的电子锁序列号对应不同的密钥，这样可以实现电子钥匙的万通功能。

304，将验证标识发送给电子锁；

第一处理器查询到与该电子锁序列号对应的验证标识后，将该验证标识发送给第一NFC收发器，第一NFC收发器将该验证标识发送给电子锁。

305，接收验证标识后，判断与本地存储的验证标识是否相同；

第二NFC收发器接收到电子钥匙中第一NFC收发器发送的验证标识后，将该验证标识发送给第二处理器，第二处理器判断该验证标识与电子锁本地存储的验证标识是否相同。

306，在判定接收到的验证标识与本地存储的验证标识相同时，生成随机数；

第二处理器在判定接收到的验证标识与本地存储的验证标识相同时，生成随机数，这里生成随机数的方式可以有多种形式，属于本领域技术人员均能够实现的常规技术，这里就不再赘述。

307，将随机数发送给电子钥匙；

第二处理器将生成的随机数发送第二NFC收发器，第二NFC收发器将该随机数发送给电子钥匙。

308，接收该随机数后，根据与电子锁序列号对应的密钥以及该随机数生成密文；

电子钥匙中的第一NFC收发器接收电子锁中第二NFC收发器发送的随机数后，将该随机数发送给第一处理器。第一处理器根据与该电子锁发送的电子锁序列号对应的密钥以及该随机数生成密文。

也就是说，第一处理器根据与获取的电子锁序列号所对应的密钥对获取的随机数进行加密，得到由该随机数生成的密文。

在一种可能的实现方式中，可以通过DES加解密算法对随机数进行加密。通常，可以在电子钥匙和电子锁中存储与电子锁唯一对应的密钥，比如56位的密钥。

第一处理器根据与获取的电子锁序列号所对应的密钥对获取的随机数进行加密，包括：第一处理器查询本地预先存储的与电子锁序列号对应的密钥；第一处理器将密钥以及获取的随机数输入至MD5生成器，得到MD5摘要的密文。

由于MD5的不可逆性，即使掌握随机数和MD5摘要，也不能复原出开锁密钥，因此破解者不可获得锁具的开锁密钥。透明的DES数据加密算法，使得在钥匙和锁具直接传递的所有信息均经过二次加密，在不能获得DES密钥的情况下只能使用穷举法进行破解，循环次数多，破解时间长，使得系统安全性进一步提高。

除非获得了全部待开启锁具的开锁验证ID，DES密钥及开锁密钥等全部信息，否则复制的电子通开钥匙也不能开启任何锁具。

相比机械式通开钥匙，该电子通开钥匙难以复制，从而大大提高的监狱安防的可靠性。

309，将密文发送给电子锁；

第一处理器生成密文后，将密文发送给第一NFC收发器，第一NFC收发器将该加密后的密文发送至电子锁。

310，接收密文，判断该密文是否由随机数生成；

电子锁中的第二NFC收发器接收到电子钥匙发送的密文，将密文发送给第二处理器，第二处理器判断该密文是否由随机数生成。

可选的，第二处理器在判定密文是否是由随机数生成的时，将本地预先存储的密钥以及随机数输入至MD5生成器，得到MD5摘要，判断MD5摘要与密文是否相同，密文是电子钥匙根据预先存储的与电子锁序列号对应的密钥以及获取的随机数输入至MD5生成器后生成的。

311，在判定该密文由随机数生成时，启动开锁。

若在判定该密文由随机数生成时，则启动开锁。

在一种可能的实现方式中，电子锁中的卡柱安装在电控弹簧上，当需要启动开锁时，第二处理器控制电控弹簧缩回，卡柱缩回不再在锁孔内阻挡电子钥匙的插入头，这样插入头可以抵触至锁孔的底端部，完成开锁。

进一步的，在锁孔的底端部设置一到位传感器（未图示），当插入头抵触至锁孔的底端部时，请参见图4B所示，到位传感器感应到到位信号，将到位信号发送给第二处理器，由第二处理器控制开锁。

上述的步骤301、302、305、306、307、310和311均在电子锁20内实现，步骤303、304、308和309均在电子钥匙10内实现。

这样，通过三次握手机制（发送电子锁序列号、验证标识和随机数）实现电子钥匙与电子锁之间的验证，提高了鉴权的安全性。

更进一步的，所有数据还使用了更安全的DES加解密算法，所有在电子钥匙与电子锁之间传递的数据都进行DES加密，从而使电子钥匙具有最高的安全水平，既满足可靠性，又能够在紧急情况下快速开启所有锁具，从而快速进行人员疏散，降低人员伤亡的概率。

电子钥匙针对每把电子锁都有不同的DES密钥，防止经过暴力破解获得所有锁具的秘钥。该密钥从锁出厂设置时即已经设定，整个DES加、解密过程对用户透明。

更进一步的，所有数据还使用了更安全的DES加解密算法，所有在电子钥匙与电子锁之间传递的数据都进行DES加密，从而使电子钥匙具有最高的安全水平，既满足可靠性，又能够在紧急情况下快速开启所有锁具，从而快速进行人员疏散，降低人员伤亡的概率。

可选的，该电子锁上还设置有报警器，报警器与第二处理器电性连接，第二处理器在判定密文不是由随机数生成的时，则验证失败，控制报警器进行报警提示。

通过设置报警器，实现在鉴权失败时进行报警提示，提高电子锁使用的安全性。

需要注意的是，本申请提及的“第一”、“第二”仅是用于区分命名相同的技术特征，并不同于指代这些技术特征的实现顺序。

本领域技术人员在考虑说明书及实践这里实用新型的实用新型后，将容易想到本实用新型的其它实施方案。本申请旨在涵盖本实用新型的任何变型、用途或者适应性变化，这些变型、用途或者适应性变化遵循本实用新型的一般性原理并包括本实用新型未实用新型的本技术领域中的公知常识或惯用技术手段。说明书和实施例仅被视为示例性的，本实用新型的真正范围和精神由下面的权利要求指出。

应当理解的是，本实用新型并不局限于上面已经描述并在附图中示出的精确结构，并且可以在不脱离其范围进行各种修改和改变。本实用新型的范围仅由所附的权利要求来限制。