【正文】 n,e ,d 三個(gè)密鑰。由于其中涉及大數(shù)的指數(shù)運(yùn)算及模運(yùn)算，計(jì)算量很大，因此這是實(shí)現(xiàn) RSA 算法的關(guān)鍵。 ②產(chǎn)生加密密鑰 e e 是與Ф n 互素的任意數(shù)，因此可以先選擇一數(shù) e，檢查它是否與Ф n 互素，若不是，則執(zhí)行 e e+1，再次檢查，直到與Ф n 互素為止。根據(jù)歐幾里德算法，如果 a bn+1，則 a 和 b 的 gcd 等于 b 和‘的 gcd，即 gcd a,b gcd b,c ，因此， gcd a,b 可用每次運(yùn)算的余數(shù)去除該運(yùn)算的除數(shù)來計(jì)算，這樣可以逐漸減少參加運(yùn)算的操作數(shù)的數(shù)值，最后的非零余數(shù)即為公約數(shù)。 第一次運(yùn)算 :40 28*1+12，即 40/28 的余數(shù)為 12。 第三次運(yùn)算 :9 4*2+1，即 9/4 的余數(shù)為 1。 上述算法即使對(duì)很大的整數(shù)，也只需要不多的步驟即可得到結(jié)果。 設(shè) : Ф n ＝ X 0 , e＝ X 1 ,Ф n 和 d 是互素的數(shù) 。 Q i X i1 /X i 的商 取整數(shù) 。 則 : d i+1 d i1 +q i *d i 。 下面以 p 5,q 17,e 19 為例，對(duì)密鑰。 X 2 X 0 /X 1 ， X 2 7。q i X i1 /X i ，則 q 1 3。 X 4 2 ， d 4 10 。 所以， 解密密鑰 d 的值為 27。通常選擇 P 和 q 大約是 100 位的十進(jìn)制素?cái)?shù)。 EDI Electronic Data Interchange 標(biāo)準(zhǔn)使用的RSA 算法規(guī)定 n 的長度為 512 到 1024 比特之間，必須是 128 的倍數(shù)。 為了抵抗現(xiàn)有的整數(shù)分解算法，對(duì) RSA 模 n 的素因子 p 和 q,有如下要求 : 1 |P－ Q|很大，通常 p 和 q 的長度相同 。 3 p11 和 q11 分別含有素因子 p2 和 q2。 加密和解密算法的實(shí)現(xiàn)是在 n、 d 和 e 數(shù)據(jù)己經(jīng)確定的情況下，完成 c＝ E m me mod n 的加 密過程 。 第 3 章 基于射頻識(shí)別的門禁系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本要求 門禁系統(tǒng)作為一項(xiàng)先進(jìn)的高科技技術(shù)防范手段，在早期，一些經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)的國家就已經(jīng)應(yīng)用于科研、工業(yè)、博物館、酒館、商場(chǎng)、醫(yī)療監(jiān)護(hù)、銀行、監(jiān)獄等，特別是由于系統(tǒng)本身具有隱蔽性、及時(shí)性等特點(diǎn)，在許多領(lǐng)域的應(yīng)用越來越廣泛。 門禁系統(tǒng)的內(nèi)容應(yīng)符合實(shí)際要求，不能華而不實(shí)。 如果門禁系統(tǒng)中任何一個(gè)關(guān)鍵系統(tǒng)出現(xiàn)錯(cuò)誤或停機(jī)將直接影響到整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)作情況，因此，門禁系統(tǒng)各子系統(tǒng)應(yīng)盡可能屬于 Nonstop（不停機(jī)）系統(tǒng)，以保證工作正常運(yùn)行。功能完善，設(shè)備齊全，管理方便是設(shè)計(jì)應(yīng)考慮的一個(gè)因素。另外，系統(tǒng)安全性還應(yīng) 體現(xiàn) 在信息傳輸及使用過程中不易被劫取等方面。 門禁系統(tǒng)在運(yùn)行過程中的維護(hù)應(yīng)盡量做到簡(jiǎn)單易行。而且維護(hù)過程中無需使用過多專用的維護(hù)工具。主要體現(xiàn)在三方面： （ 1） 在滿足功能性和可靠性的前提下，初期的總投資要盡可能少。 （ 3） 系統(tǒng)在未來進(jìn)行更改或搬遷以及改造升級(jí)時(shí)需要少量資金便可達(dá)成。系統(tǒng)的工作原理是先由微處理器 AT89C52 控制射頻識(shí)別讀寫器讀取非接觸式 IC 卡的信號(hào)，接著， AT89C52 根據(jù)所得數(shù)據(jù)輸出四個(gè)開關(guān)量信號(hào)（門閥繼電器有 兩個(gè)，分別控制進(jìn)出），經(jīng)放大后分別用于控制門鎖繼電器和讀取門磁信號(hào)，并且整系統(tǒng)與上位 PC 機(jī)之間進(jìn)行通訊，獲得指令以及傳輸系統(tǒng)狀態(tài)等，最后，對(duì)系統(tǒng)的輔助設(shè)備，如液晶屏、 E2PROM 等進(jìn)行操作。由于 MF RC500 的集成度很高，而且具有其獨(dú)有的特性，因此，在開發(fā)時(shí)要嚴(yán)格遵守 MF RC500 的特性 [69] 。 表 MF RC500 電壓特性 電壓參數(shù)特征 最小電壓 典型電壓 最大電壓 DVDD 數(shù)字工作電壓 AVDD 模擬工作電壓 TVDD 發(fā)射器工作電壓 （ 2）要有足夠大的電流消耗（見表 ）。 表 MF RC500 的復(fù)位特性 模式 電流（ uA） 時(shí)間（ us） 上電 500 通過復(fù)位腳實(shí)現(xiàn)的硬件復(fù)位 1 500 通過寄存器設(shè)置的軟件復(fù)位 1 500 其他部分硬件分析 由于系統(tǒng)比較復(fù)雜，使用的元件比較多，因此，必須從系統(tǒng)的穩(wěn)定性、正確性、小巧性、低成本等方面來考慮。但是實(shí)際上，系統(tǒng)在實(shí)際操作時(shí)會(huì)出現(xiàn)很多不可預(yù)測(cè)的意外，這些意外可能造成系統(tǒng)“死機(jī)”，所以，為了防止這種情況出現(xiàn)，系統(tǒng)中必須配有看門狗電路。 （）根據(jù) MF RC500 的特性，系統(tǒng)的電源模塊必須工作穩(wěn)定，在電源與讀寫器的模塊接口處要使用電感來穩(wěn)定電源，并且系統(tǒng)的模擬地和數(shù)字地必須分開。系統(tǒng)的工作方式是先由 MCU 控制 MF RC500 驅(qū)動(dòng)天線 Mifare 卡，進(jìn)行讀寫操作，然后，根據(jù)所得的數(shù)據(jù)對(duì)其它接口器件，如液晶屏、 E2PROM、時(shí)鐘芯片等，進(jìn)行響應(yīng)操作，最后，再與 PC 機(jī)之間進(jìn)行通信，把數(shù)據(jù)傳給上位機(jī)。 E2PROM 采用 24C64，用于存儲(chǔ)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)。液晶屏采用帶字庫的 ST7920，是因?yàn)樗遣⒖诓僮鞣绞降?，操作方便?DS1302 是 Dallas 公司生產(chǎn)的新型產(chǎn)品，內(nèi)置電池，可連續(xù)使用 10 年，可以方便記錄事件的發(fā)生時(shí)間。x5045 是串口工作方式，內(nèi)置 E2PROM，可用來存儲(chǔ)一些系統(tǒng)參數(shù)。整個(gè)系統(tǒng)由 9V 電源供電，再由穩(wěn)壓模塊 7805 穩(wěn)壓成 5V 的電源。 圖 MF RC500 與 89C52 的接口電路 MF RC500是應(yīng)用于 MHz非接觸式通信中高集成讀卡 IC系列中的一員。 MF RC500 支持 IS014443A 所有的層。接收器部分提供一個(gè)堅(jiān)固而有效的解調(diào)和解碼電路，用于 ISO14443A兼容的應(yīng)答器信號(hào)。CRC 。方便的并行接口可直接連接到任何 8 位微處理器，這樣給讀卡器 /終端的設(shè)計(jì)提供了極大的靈活性。由圖 可以看出，本系統(tǒng)采用中斷 INT0 工作模式，即 MCU 利用 MF RC500 提供中斷信息對(duì)其進(jìn)行控制。 直接匹配天線 直接匹配天線可操作距離高達(dá) 100mm。下面將要描述必要的組件（ EMC 過濾器、接收電路以及天線匹配電路）和它們對(duì) MIFARE 系統(tǒng)的功能性必要。 圖 3 完全直接匹配天線配置 3..1 EMC 電路 MIFARE 系統(tǒng)是以 的操作頻 率為基礎(chǔ)，該頻率由石英晶振產(chǎn)生，與此同時(shí)還會(huì)產(chǎn)生高階諧波。配置一低通濾波器，圖 3。它們的值在表 中給出 [30][31][32]。使用內(nèi)部產(chǎn)生的 VMID 電位作為 RX 管腳的輸入電位。讀卡器的輸入單元需要在 RX 和 VMID 管腳間增加電壓驅(qū)動(dòng)。圖 了接收電路。 表 3 . EMC 濾波接收電路的數(shù)值元件 參數(shù) 說明 L0 % 電磁層如 TDK ACL3225ST C0 47pF2% NP0 介質(zhì) R1 8205% ―― R2 kΩ 5% ―― C3 15pF2% NP0 介質(zhì) C4 100nF2% NP0 介質(zhì) 3..3 直接匹配天線的天線匹配電路 首先設(shè)計(jì)天線線圈，天線本身是個(gè)低阻值的設(shè)備，為將天線 線圈連接到 MF RC500，需要一個(gè)匹配電路，以天線等效電路評(píng)價(jià)和品質(zhì)因素的計(jì)算為開始，最終得到匹配電路電容的值。設(shè)計(jì)直接匹配天線時(shí)，將天線線圈中央抽頭接地。天線本身可用電感La、 Lb， Ra、 Rb，并聯(lián)電容 Ca、 Cb。在 Tx11 和 Tx12 之間完整的天線線圈的感抗表示為Lant ，阻抗表示為 Rant。使用阻抗分析儀測(cè)量天線等效電路。 3.. 品質(zhì)因素 接下來的部分假定天線容抗 Lant 和阻抗 Rant 已知。如果該評(píng)估值是使用公式計(jì)算的，這些值只是初始值，在品質(zhì)因素驗(yàn)證后可能需要更改。天線的品質(zhì)因素定義為： Q＝ω R Lant / Rant ，ω R＝ 2π fR 受影響，天線 Q 的值通常在 50 到 100。 MIFARE 的波特率是 ，從到卡的數(shù)據(jù)發(fā)送采用米勒編碼，脈沖寬度 T＝ 3μ s。為減小最初的 Q，需要放置附加外部電阻 REXT，見圖 3.。因此，外部電阻的值必須分成兩個(gè)相等的部分。 .3 直接匹配電路的阻抗匹配 為設(shè)計(jì)直接匹配電路，使用圖 所示的匹配電路。使用表 ，作為調(diào)諧過程的初始值。初始值取決于天線的自感系數(shù)。 2%。 ?天線構(gòu)造（ PCB 類型） ?導(dǎo)體厚度 ?保護(hù)層 ?附近環(huán)境中的金屬或鐵制 電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)的讀寫器天線用于產(chǎn)生磁通量，而磁通量用于向非接觸式 IC 卡提供電源并在讀卡器與非接觸式 IC 卡之間傳輸信息。 品質(zhì)因素 Q 和調(diào)諧頻率是電感耦合式射頻識(shí)別系統(tǒng)讀卡器天線的特征值，由于品質(zhì)因素 Q 會(huì)影響天線讀寫距離，所 以是天線設(shè)計(jì)中的一個(gè)重要參數(shù)，它可以通過電感線圈的電抗與電阻的比值計(jì)算出來，是，較高的品質(zhì)因素，會(huì)得到較高的讀卡器天線電壓，其中可增加應(yīng)答器即 IC 卡的能量傳輸。選擇的品質(zhì)因素過高，會(huì)導(dǎo)致帶寬縮小，從而明顯地減弱應(yīng)答器接收到的調(diào)制邊帶。而且由于受到卡形狀的限制，卡中不可能封裝很大的天線，使得接收的能量較小，從而決定了讀卡器天線讀寫距離很短，一般在 100mm 以內(nèi)。天線一般設(shè)計(jì)為三圈，可以設(shè)計(jì)為圓形或者方形天線。表 給出了卡和天線的耦合系數(shù)為 時(shí)的天線大小和讀寫距離關(guān)系表。本設(shè)計(jì)的讀卡器，天線采用 65mm 54mm，為方形天線。天線的電感通過下列公式計(jì)算： L 2Iln 1/D 其中： L:讀卡器天線電感 單位 cm 。 D：天線導(dǎo)體寬度 必須介于 ～ 之間 。 3 天線耦合電路圖見圖 。 C2 電容值的大小嚴(yán)重影響讀卡器的性能，也就是影響讀卡器的讀寫距離。 MF RC500 有一個(gè)引腳，當(dāng)讀寫器發(fā)出某一指令時(shí)，可以通過使用示波器觀察該引腳的輸出信號(hào)，不斷改變卡與讀寫器之間的距離和 C2 值，示波器將輸出不同的波形，根據(jù)不同的波形即可確定讀卡器最好性能時(shí)候的 C2 值。它的數(shù)據(jù)信號(hào)采用差分傳輸方式，也稱作平衡傳輸。 通常情況下，發(fā)送器 A,B 之間的電壓在－ 6～ 2V 表示邏輯‘ 039。另外有一個(gè)信號(hào)地 C。當(dāng) ENABLE 為‘ 0’時(shí)，發(fā)送器處于高阻狀態(tài)并與平衡雙絞線 A, B 斷開；只有當(dāng) ENABLE 為‘ 1’時(shí)， RS485 才工作。；在 6V ～ 200mV 時(shí)，輸出邏輯‘ 039。 RS485需要兩個(gè)終接電阻接在傳送總線的兩端（在傳送距離小于 300 米時(shí)可以不接），其阻值要求等于傳送電纜的特性阻抗。讀卡器在 門禁系統(tǒng)中一般距離PC 管理機(jī)比較遠(yuǎn)，而 RS232 只能用于短距離通信，長距離都用 RS485 串行通信芯片，數(shù)據(jù)傳輸距離一般達(dá)到 1200m。 SP485R 芯片管腳及互連電路見圖 3.。 SP485R 接口芯片是 Sipex 公司的一種 RS485 產(chǎn)品， 8 個(gè)管腳 DIP 封裝[14][15][16] 。 A 為非反相接收輸入或非反 相驅(qū)動(dòng)輸出， B為反相接收輸入或反相驅(qū)動(dòng)輸出。 （ 2） DI 為發(fā)送器輸入端， RO 為接收器輸出端。 （ 3） RE, DE 為收發(fā)使能端。 當(dāng) 1,DE 滿足要求， SP485R 處于發(fā)送狀態(tài)，當(dāng) 0, RE滿足要求， SP485R 處于接收狀態(tài)。 圖 3. SP485R 管腳及互連電路 RS485 總線型網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)連接。每個(gè)從機(jī)擁有自己的固定的地址，由主機(jī)控制完成網(wǎng)上的每一次通信。 開始 所有從機(jī)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待 PC 機(jī)的呼叫。不是呼叫自己，則不予理睬，繼續(xù)監(jiān)聽呼叫地址。通信完畢，從機(jī)繼續(xù)處于監(jiān)聽狀態(tài)，等待呼叫。 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器原理見圖 3.。在 SP232 和 SP485 之間采用了高速光電隔離器 PS2501 以提高抗干擾能力。 SP485R 芯片與單片機(jī)的接口原理圖見圖 3.。 SP485R 芯片有 8 個(gè)引腳，其中需要一個(gè) I/O 口（本系統(tǒng)采用 ） 來控制 SP485R 的發(fā)送數(shù)據(jù)。 圖 3. SP485R 芯片與單片機(jī)的接口原理圖 RS485 網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)中一個(gè)或多個(gè)功能與傳輸線路互連的點(diǎn)稱為節(jié)點(diǎn)。節(jié)點(diǎn)間的物理連接結(jié)構(gòu)稱為拓?fù)?，分布式系統(tǒng)中有以下三種網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu) : 星形是中央控制型結(jié)構(gòu)，一切通信經(jīng)由中央控制節(jié)點(diǎn)。這種結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是 :網(wǎng)絡(luò)不封閉，容易加擴(kuò)新節(jié)點(diǎn)，甚至用中繼器連接多個(gè)總線，形成無根樹結(jié)構(gòu) 。某個(gè)節(jié)點(diǎn)故障對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的影響相對(duì)較小 。 RS485 的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)湟话阒荒懿捎媒K端匹配的總線型結(jié)構(gòu)，它不支持環(huán)形或星形網(wǎng)絡(luò)并且在構(gòu)建網(wǎng)絡(luò)時(shí)，應(yīng)注意如下幾點(diǎn)從總線到每個(gè)節(jié)點(diǎn)的引出線長度應(yīng)盡量短，以便使引出線中的反射信號(hào)對(duì)總線信號(hào)的影響最低。應(yīng)注意總線特性阻抗的連續(xù)性，在阻抗不連續(xù)點(diǎn)就會(huì)發(fā)生信號(hào)的反射?？傊?， RS485 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)該提供一條單一、連續(xù)的信號(hào)通道作為總線。由于要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸數(shù)據(jù)，所以線路應(yīng)接終端電阻進(jìn)行阻抗匹配，以抑制數(shù)據(jù)傳輸?shù)慕K端反射，避免信號(hào)失真。物理層采用帶有屏蔽層的雙絞線，通信方式為半雙 工方式，要經(jīng)過 RS232/RS485 轉(zhuǎn)換器才能實(shí)現(xiàn) RS232 和 RS485 之間的通信規(guī)約以及相應(yīng)的數(shù)據(jù)傳輸。根據(jù)規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn) RS485 接口的輸入阻抗為大于等于 12 千歐 ,相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)驅(qū)動(dòng)節(jié)點(diǎn)數(shù)為 32。 在 RS485 網(wǎng)絡(luò)中，信號(hào)在傳輸線上傳送，若遇到阻抗不連續(xù)的情況時(shí)，就會(huì)出現(xiàn)反射現(xiàn)象，從而影響信號(hào)的遠(yuǎn)距離傳送。為了與電纜特性阻抗進(jìn)行匹配，通常在總線的開始和末端都并接 120歐電