一种可识别空间轨迹的NFC蓝牙安全标签的制作方法

一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签
技术领域
1.本发明涉及一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，可识别空间运动轨迹的带蓝牙功能的nfc安全标签。


背景技术：

2.nfc技术能给我们的生活带来极大的便利，能够用于乘车、购物、交换信息、刷门禁卡，可以说它能够应用到我们生活的方方面面，nfc标签也越来越多，各种储存容量、外形各异，本身标签手机可以直接nfc碰一碰或者加密储存数据存放。对标签无权限管控，标签内容可随意读取，拷贝复制，存在安全隐患；现有nfc标签本身没有独立的输入接口，得借助与第三方智能设备，标签本身的硬件配置存在缺陷，本发明在现有的nfc标签上加入传感器，使其nfc标签本身带有空间轨迹识别功能，从而赋予nfc标签本身可识别到输入信息，通过该输入信息进行nfc标签的权限管控，安全配置。
3.本发明的带空间轨迹功能的安全标签可以作为加密硬件设备，集安全芯片与读写器于一体，能够为网上银行的交易行为提供高安全性的保障，可替代目前主流的蓝牙安全盾(比如网上银行交易安全key工具)。安全的客户端证书可加密的储存于安全标签，不能被导出或复制，可进行数字签名和签名验证的运算，标签使用时需要验证空间轨迹作为保护密码，为网上交易提供双因子的安全保护。而证书如果存放在现有的nfc标签中，容易被复制、盗取，安全性差；


技术实现要素：

4.本发明的一个目的是提供一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签终端，该标签采用双天线设计，双通信通道设计(蓝牙和nfc)；除了具有常规的nfc标签通信能力外，还具独立输入传感器接口，安全标签本身能够输入信息，具有安全se单元提供加密运算、空间轨迹计算算法及空间轨迹识别算法，可以作为加密硬件设备，对敏感信息加密、输入输出安全操作，标签读写操权限的安全可控的执行，提高了标签安全性，具有便携性、普适性。
5.为了实现根据本发明的这些目的和其它优点，提供了一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，包括：
6.传感器模块，能够感应标签的x、y、z轴的位移及加速度，可以记录标签的空间轨迹动作；
7.蓝牙模块具有蓝牙天线，用于蓝牙通信；
8.nfc通信单元，与所述通信天线相连；
9.安全se单元与蓝牙模块、传感器模块、nfc通信单元相连，用于数据通信；与电源模块相连，用于读取电池参数，配置充放电管理数据；
10.算法单元，所述算法单元提供加密算法功能、轨迹计算功能及轨迹对比功能；
11.独立双天线设计，其中集电天线用于收集nfc主设备发送的电能，通信天线和nfc通信单元相连，用于数据通信；
12.电源模块与其它各个模块相连，提供电能，与薄膜电池相连，提供充放电管理；
13.薄膜电池用于电源模块相连，所述薄膜电池为储能功能；
14.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
15.传感器模块具有陀螺仪等传感器，通过该所述模块感知该发明的标签在三维空间及时间线上的运动情况，产生前后、左右、上下位移及加速度等数据；所述传感器模块与所述安全se单元相连，通过安全se单元轨迹运算、轨迹识别和加密运算，记录和效验储存数据，本发明标签不仅仅实现了标签本身的通信、储存功能，还能够提供安全算法功能，空间轨迹校验记录，验证用户身份，执行用户安全确认信息，用户不用过多的记录账号密码等信息，在用户通过操作标签的空间轨迹，进行pin码认证和确认即可；
16.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
17.蓝牙模块，其用于所述的安全se单元相连，用于所述标签提供蓝牙通信接口，所述安全se单元可以通过所述蓝牙模块对有蓝牙功能的电子设备进行数据通信；为该发明标签提供安全蓝牙通信功能；
18.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
19.安全se单元，其用于所述的传感器模块、蓝牙模块、电源模块、nfc通信单元相连，用于所述标签提安全储存、安全算法、空间轨迹对比，所述安全se单元把所述传感器模块获得的标签空间运动轨迹参数通过算法核算输出标签的运动轨迹，记录该次标签的运动轨迹，把运动轨迹储存到对应的储存单元；所述安全se单元具有算法单元，算法单元提供算力能够提供标签运动轨迹的比对；
20.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
21.nfc通信单元，其用于所述的安全se单元、所述通信天线相连，用于所述标签提供nfc通信接口，所述安全se单元可以通过所述蓝牙模块对有nfc功能的电子设备进行数据通信，为所述标签提供nfc安全通信功能；
22.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
23.电源模块，其用于所述标签供电，所述电源模块与所述薄膜电池相连，为电池提供充放电功能；电源模块与所述集电天线相连，搜集天线上的电能，储存到薄膜电池中；
24.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
25.集电天线，其用于所述电源模块相连，收集nfc靠近通信时候的电磁波，把电磁信号转换成电能；
26.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
27.所述标签有空间轨迹计算算法、空间轨迹记录能力及标签空间轨迹比对算法；所述空间轨迹计算能力，是把所述传感器模块传回数据经过所述算法单元中的轨迹计算输出对应的三维基于时间的三幅二位坐标图；所述轨迹计算算法是把标签的x、y、z轴上依照时间参数把标签运动轨迹分别垂直投影到x、y、z三个平面的二位坐标图；
28.把所述三个二位坐标图打包加密后储存下来，就实现了标签空间轨迹记录能力；
29.当所述标签再次再空间移动时候，通过所述轨迹计算算法生成新的三幅图，把新生成的三幅图分别对应之前储存记录的图片做一一比对；若新生成的三幅图和储存的三幅图相识度大于设定值，即所述标签新的运动轨迹和之前设定运动轨迹一致，所述比较过程是所述标签空间轨迹对比算法。
30.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
31.所述标签有上锁功能，对外提供可控标签读写功能，所述标签可以通过nfc通信、蓝牙通信进行开启标签读写访问控制，即对标签进行上锁，所述标签可以通过标签空间运动轨迹进行所所述标签上锁，所述标签上锁后可以控制标签读功能、标签写功能、标签储存内容局部数据读写、标签蓝牙通信、标签安全算法能力提供等；
32.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
33.所述标签有解锁功能，所述标签上锁后，若再次标签空间运动轨迹和上锁时候运动轨迹经过轨迹对比算法，确认一致，可以进行解锁；把所述标签执行的锁定功能开启；
34.优先的是，所述一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签，还包括：
35.所述标签有安全确认功能和pin码输入功能，所述标签通过设定不同的空间运动轨迹，对储存数据进行分类储存及控制，达到对外提供不同的数据内容，可以实现用户通过该标签确认功能；所述不同的空间运动轨迹对应储存的是用户加密pin码，所述标签可以在用户再次执行所述标签空间运动轨迹，对对应储存区的加密pin码进行操作；
附图说明
36.图1为本发明nfc标签的外观结构示意图；
37.图2为本发明nfc标签的硬件原理框图；
38.图3为本发明nfc标签的空间运动轨迹录入流程；
39.图4为本发明nfc标签的空间运动轨迹识别流程；
40.图5为本发明nfc标签的安全访问权限控制流程；
具体实施方式
41.下面结合附图对本发明做进一步的详细说明，以令本领域技术人员参照说明书文字能够据以实施。
42.应当理解，本文所使用的诸如“具有”、“包含”以及“包括”术语并不排除一个或多个其它元件或其组合的存在或添加。
43.本技术兼具标签空间运动轨迹感知、识别功能、双天线设计集电功能、蓝牙通信能力、安全加密功能、nfc通信功能，以下对本技术的一种可识别空间轨迹的nfc蓝牙安全标签简称“nfc标签”。
44.在一种技术方案中，如图1～2所示，nfc标签，包括：
45.上述传感器模块具有动作感应器，能够感应标签的x、y、z轴的位移及加速度，可以记录标签的空间轨迹动作；
46.上述蓝牙模块具有蓝牙天线，用于蓝牙通信；
47.上述nfc通信单元，与上述通信天线相连；
48.上述安全se单元与上述蓝牙模块、上述传感器模块、上述nfc通信单元相连，用于数据通信；与上述电源模块相连，用于读取电池参数，配置充放电管理数据；
49.上述算法单元，上述算法单元提供加密算法功能、轨迹计算功能及轨迹对比功能；
50.上述独立双天线设计，其上述中集电天线用于上述收集nfc主设备发送的电能，通信天线和上述nfc通信单元相连，用于数据通信；优化了nfc天线，收集电能和通信干扰问
题，解决了nfc标签供电效率低的问题，提高了标签通信的可靠性，稳定性；
51.上述电源模块与其它各个上述模块相连，提供电能，与上述薄膜电池相连，提供充放电管理；
52.上述薄膜电池用于上述电源模块相连，上述薄膜电池为储能功能。
53.在另一种技术方案中，如图1～2所示，nfc标签，包括：
54.上述技术方案的卡体形状、尺寸与现有nfc标签类似，采用柔性载体，能够贴附于物体表面，集电天线和通信天线也可能是左右嵌套、上下嵌套、内外嵌套；上述天线外形集电天线是长方形，通信天线是椭圆形，也可是原型，方形、不规则形状。
55.在另一种技术方案中，如图3所示，nfc标签，包括：
56.上述技术方案的nfc标签的运动轨迹记录算法功能，用户移动上述nfc标签，上述nfc标签具有上述传感器模块(包括陀螺仪、加速度计、罗盘)，把所述标签在三维空间中物体的运动轨迹参数记录下来，把上述传感器模块传回数据经过上述算法单元中的轨迹计算输出对应的三维基于时间的三幅二位坐标图；上述轨迹计算算法是把标签的x、y、z轴上依照时间参数把标签运动轨迹分别垂直投影到xy、xz、yz三个平面的二位坐标图；具体实施其中一种执行步骤举例如下：
57.1、用户通过手机配置端，启动标签轨迹录入，传感器检测到标签移动时候，中断信号给安全se单元，安全se单元从休眠到唤醒，启动空间轨迹记录识别功能；
58.2、nfc标签上的传感器模块感知到标签有运动过程，即在x、y、z轴上有位移、加速度、角度变化时候，当检测变化值大于设定值后，启动数值变化记录；
59.3、以开始启动时间点作为三维空间坐标原点(0，0，0)；传感器把在x、y、z三轴上的每隔
△
t时间，记录传感器参数数据(角速度、加速度、移动距离等数据)；
60.4、传感器记录数据传给安全se单元，安全se单元接收数据，依照开始启动时间点作为空间坐标原点坐标(0，0，0)；按照间隔时间
△
t，进行计算，生成(
△
x1，
△
y1，
△
z1)，(
△
x2，
△
y2，
△
z2)，......，(
△
x
t
，
△yt
，
△zt
)；
61.5、传感器当在多个时间间隔
△
t中，计算出来的值是在规定的抖动内相等值时候，即
△
x＝(
△
x
t
‑△
x
t-1
)；
△
y＝(
△yt
‑△yt-1
)；
△
z＝(
△zt
‑△zt-1
)；即
△
x、
△
y、
△
z趋于0的时候，结束数据记录；
62.6、安全se单元把在这段时间x、y、z三轴上的数据记录下来，通过垂直映射，生成在xy、xz、yz平面上的二位空间坐标图；
63.xy平面垂直投影运动轨迹：(x1，y1)，(x2，y2)，......，(x
t
，y
t
)；
64.xz平面垂直投影运动轨迹：(x1，z1)，(x2，z2)，......，(x
t
，z
t
)；
65.yz平面垂直投影运动轨迹：(y1，z1)，(y2，z2)，......，(y
t
，z
t
)；
66.7、把三幅二位空间坐标图加密储存到安全储存区，结束标签空间运动轨迹此次记录工作。
67.在另一种技术方案中，如图4所示，nfc标签，包括：
68.上述技术方案的nfc标签的具有运动轨迹识别算法功能，用户移动上述nfc标签，上述nfc标签具有上述传感器模块，把上述标签在三维空间中物体的运动轨迹参数记录下来，传感器把数据按照单位时间间隔
△
t输出给安全se单元，安全se单元经过轨迹计算算法，把三维空间沿时间坐标计算的输出的三幅二位坐标图加密保存；当用户再次使用标签，
按照上述记录的空间轨迹再次把标签移动；传感器把本次空间标签运动轨迹数据按照
△
t产生数据传送给安全se单元；安全se单元按照空间运动轨迹录入算法，生成三幅二位坐标图；安全se单元分别把对应的三幅图进行比对识别(三幅图片横向分别对比，图片放大和缩小不影响图片识别)，分别输出图片相识度，相识度最大区间的时间区间，安全se单元把三幅图横向运动时间做比较(可以相同倍数的压缩和放大时间，其比较结果不受影响)，其重合相对时间在不小于设置值情况下，认为本次标签运动轨迹和加密储存运动轨迹在三维坐标系下是高度重合的，时间上可能有快慢区分，单不影响空间运动轨迹一致性；这种空间运动轨迹识别算法优点是：一是能够在标签运动快慢上不影响识别结果；二是标签运动范围大小不影响识别结果；三是把三维空间按照垂直映射的方法，把三维运动轨迹转化为二位图片对比，简化了三维空间下比对算法复制性；二位空间图片对比算法处理速度快，不受时间、和图片大小影响；本发明空间轨迹识别算法简化和三维空间运动轨迹识别算法难度的同时解决了因为物体运动快慢、空间大小的影响其运动轨迹比较结果。上述轨迹识别算法是把标签的x、y、z三维空间运动轨迹，垂直映射成三幅二位坐标图片，在二位三幅图分别对应识别后最终横向对比标签运动轨迹得到识别结果，具体实施其中一种执行步骤举例如下：
69.1用户移动标签，传感器检测到标签移动时候，中断信号给安全se单元，安全se单元从休眠到唤醒，启动空间轨迹记录识别功能；
70.2nfc标签上的传感器模块感知到标签有运动过程，即在xyz轴上有位移加速度角度变化时候，当检测变化值大于设定值后，启动nfc标签空间轨迹记录功能；
71.3安全se单元把在这段时间xyz三轴上的数据记录下来，生成(
△
x`1，
△
y`1，
△
z`1)，(
△
x`2，
△
y`2，
△
z`2)，......，(
△
x`
t
，
△
y`
t
，
△
z`
t
)；通过垂直映射，生成在xyxzyz平面上的二位空间坐标图：
72.xy平面垂直投影运动轨迹：(x`1，y`1)，(x`2，y`2)，......，(x`
t
，y`
t
)；
73.xz平面垂直投影运动轨迹：(x`1，z`1)，(x`2，z`2)，......，(x`
t
，z`
t
)；
74.yz平面垂直投影运动轨迹：(y`1，z`1)，(y`2，z`2)，......，(y`
t
，z`
t
)；
75.4安全se单元启动空间轨迹识别算法：安全se单元解密储存单元加密记录的xy平面上的垂直投影标签运动轨迹数据二维图(x`1，y`1)，(x`2，y`2)，......，(x`
t
，y`
t
)与上述xy平面垂直投影运动轨迹二维图片数据(x`1，y`1)，(x`2，y`2)，......，(x`
t
，y`
t
)进行对比识别；图片可以整体等比例放大和缩小，记录图片相似度比例d
x
，还有图片高重合度连续时间段【t
x
，t
xt
】，图片放大缩小比例f
x
；
76.5安全se单元启动空间轨迹识别算法：安全se单元解密对应储存单元加密记录的xz平面上的垂直投影标签运动轨迹数据二维图(x1，z1)，(x2，z2)，......，(x
t
，z
t
)与上述xy平面垂直投影运动轨迹二维图片数据(x`1，z`1)，(x`2，z`2)，......，(x`
t
，z`
t
)进行对比识别；图片可以整体等比例放大和缩小，记录图片相似度比例dz，还有图片高重合度连续时间段【tz，t
zt
】，图片放大缩小比例fz；
77.6安全se单元启动空间轨迹识别算法：安全se单元解密对应储存单元加密记录的yz平面上的垂直投影标签运动轨迹数据二维图((y1，z1)，(y2，z2)，......，(y
t
，z
t
)：与上述xy平面垂直投影运动轨迹二维图片数据(y`1，z`1)，(y`2，z`2)，......，(y`
t
，z`
t
)；进行对比识别；图片可以整体等比例放大和缩小，记录图片相似度比例dy，还有图片高重合度连续时
间段【ty，t
yt
】，图片放大缩小比例fy；
78.7、安全se单元分别对三幅图片对比的相识度比例数值{d
x
，dz，dy}；图片重合度连续时间段时间{【t
x
，t
xt
】，【tz，t
zt
】，【ty，t
yt
】}；比对时候放大缩小比例数据{f
x
，fz，fy}；进行核对比较，先单值比较在横向比较，比如单值比较d、时间段【t，t
t
】都要大于等于设定值才进行后续操作(举例d≥95％；时间段【t，t
t
】的占比要占整个运动轨迹时间比例≥85％；)再满足上述情况下再进行数据的横向比较，若是相关数据横向范围相差不大的情况下(比如数值相除商值趋于1，则认为除数和被除数相关性比较大即相差不大)；
79.8、安全se单元进行所述运动轨迹在xy和xz上的垂直投影横向重合对比：若是f
x
、fz相差不大，则对比d
x
，dz和【t
x
，t
xt
】，【tz，t
zt
】数据相关性；若是若是f
x
、fz相差大，则比较f
x
、fz较大值，较小值一方按照较大值一方同等的进行等比例放大缩小图片，重新计算相识度比例数值和图片重合连续时间段的值，在放大缩小比例值f相等情况下，横向对比d
x
，dz和【t
x
，t
xt
】，【tz，t
zt
】数据相关性；若是横向对比d
x
、dz，时间区间的开始时间t
x
、tz和结束时间t
xt
、t
zt
值相关性值都在[0.96，1.04]区间内，则认为所述标签本次运动轨迹在xy和xz上的垂直投影横向高度重合；
[0080]
9、安全se单元按照上述8过程，对所述运动轨迹在xy和yz上的垂直投影横向重合对比：若是f
x
、fy相差不大，则对比d
x
，dy和【t
x
，t
xt
】，【ty，t
yt
】数据相关性；若是若是f
x
、fy相差大，则比较f
x
、fy较大值，较小值一方按照较大值一方同等的进行等比例放大缩小图片，重新计算相识度比例数值和图片重合连续时间段的值，在放大缩小比例值f相等情况下，横向对比d
x
，dy和【t
x
，t
xt
】，【ty，t
yt
】数据相关性；若是横向对比d
x
、dy，时间区间的开始时间t
x
、ty和结束时间t
xt
、t
yt
值相关性值都在[0.96，1.04]区间内，则认为所述标签本次运动轨迹在xy和yz上的垂直投影横向高度重合；
[0081]
10、安全se单元按照上述8过程，对所述运动轨迹在yz和xz上的垂直投影横向重合对比：若是fy、fz相差不大，则对比dy，dz和【ty，t
yt
】，【tz，t
zt
】数据相关性；若是若是fy、fz相差大，则比较fy、fz较大值，较小值一方按照较大值一方同等的进行等比例放大缩小图片，重新计算相识度比例数值和图片重合连续时间段的值，在放大缩小比例值f相等情况下，横向对比dy，dz和【ty，t
yt
】，【tz，t
zt
】数据相关性；若是横向对比dy、dz，时间区间的开始时间ty、tz和结束时间t
yt
、t
zt
值相关性值都在[0.96，1.04]区间内，则认为所述标签本次运动轨迹在yz和xz上的垂直投影横向高度重合；
[0082]
11、安全se单元经过空间运动轨迹对比识别算法，认为所述标签本次运动轨迹在xy和xz上的垂直投影横向对比高度重合；所述标签本次运动轨迹在xy和yz上的垂直投影横向对比高度重合；所述标签本次运动轨迹在yz和xz上的垂直投影横向对比高度重合；即本次所述运动标签空间运动轨迹与加密储存的记录的标签空间运动轨迹一致，识别成功，执行后续相关功能。
[0083]
在另一种技术方案中，如图4所示，nfc标签，包括：
[0084]
上述技术方案的nfc标签的包括标签权限控制功能，用户开启标签读权限控制，标签启动权限空间轨迹录了，用户把标签按照一定的空间轨迹运动，运动结束后，标签通过安全se单元把本次录入的空间轨迹加密记录在标签内部，后续标签读取过程必须用户再次输入相同的空间运动轨迹，才能开启标签读功能；用户通过移动标签产生空间位移动作，标签传感器采集标签空间移动轨迹参数，安全se单元经过空间运动轨迹对比识别算法，认为所
述标签本次运动轨迹与标签读取加密储存的记录的标签空间运动录入轨迹，识别一致成功，开启标签读功能。用户可以通过nfc通信读取，标签返回相关的内容数据；若识别不成功，标签读取权限认证失败，用户无法提供nfc通信读取标签标签内容数据，标签返回权限认证不成功指令；若是标签读取权限数据内置是加密pin码等数据等数据内容，标签可以作为有独立权限功能安全key等功能；
[0085]
这里说明的设备数量和处理规模是用来简化本发明的说明的。对本发明nfc标签、空间轨迹识别、记录、比对及pin码认证等应用、修改和变化对本领域的技术人员来说是显而易见的。
[0086]
尽管本发明的实施方案已公开如上，但其并不仅仅限于说明书和实施方式中所列运用，它完全可以被适用于各种适合本发明的领域，对于熟悉本领域的人员而言，可容易地实现另外的修改，因此在不背离权利要求及等同范围所限定的一般概念下，本发明并不限于特定的细节和这里示出与描述的图例。