基于puf身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳的制造方法
【專利摘要】本實(shí)用新型涉及一種基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，其特點(diǎn)是：在耳機(jī)音頻接口和耳機(jī)揚(yáng)聲器之間設(shè)有PUF模塊并嵌裝在手機(jī)耳機(jī)內(nèi)，PUF模塊包括能量采集器、雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路，能量采集器、雙工通訊器與耳機(jī)音頻接口相連接，該能量采集器通過(guò)音頻接口獲取電壓及電流并進(jìn)行處理后為其他模塊供電，雙工通訊器通過(guò)耳機(jī)音頻接口與手機(jī)進(jìn)行雙向通訊，該雙工通訊器還與靜態(tài)存儲(chǔ)器、加密電路相連接，靜態(tài)存儲(chǔ)器與糾錯(cuò)解碼器相連接，糾錯(cuò)解碼器與加密電路相連接，該加密電路還與耳機(jī)揚(yáng)聲器相連接。本實(shí)用新型采用PUF技術(shù)，通過(guò)硬件加密突破了現(xiàn)有加密算法存在的安全性問(wèn)題，成為身份認(rèn)證、信息加密、增強(qiáng)支付安全的專有設(shè)備。
【專利說(shuō)明】基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本實(shí)用新型屬于信息加密【技術(shù)領(lǐng)域】，尤其是一種基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)。

【背景技術(shù)】
[0002]手機(jī)耳機(jī)是手機(jī)的一個(gè)常用外接部件，隨著智能手機(jī)發(fā)展的方興未艾，手機(jī)已經(jīng)更多地承載了娛樂(lè)職能，呈現(xiàn)出多媒體的特征，加之減少通話輻射的需要，手機(jī)耳機(jī)逐漸成為人們常常帶在身邊的東西。隨著智能手機(jī)的普及與3G，4G技術(shù)的發(fā)展，通過(guò)手機(jī)作為進(jìn)行身份驗(yàn)證或者通過(guò)手機(jī)進(jìn)行無(wú)卡支付的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛?，F(xiàn)有手機(jī)無(wú)卡支付領(lǐng)域中通常采用涉密交易方法或安全算法等軟件方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，普遍存在安全性差、操作過(guò)程復(fù)雜、成本高的問(wèn)題；同時(shí)，使用手機(jī)與服務(wù)器后臺(tái)的身份驗(yàn)證過(guò)程中，也同樣存在上述問(wèn)題，如何提高手機(jī)無(wú)卡支付以及手機(jī)身份驗(yàn)證的安全性能、降低使用難度和成本是目前迫切需要解決的問(wèn)題。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]本實(shí)用新型的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種設(shè)計(jì)合理、安全性能高、成本低且使用方便的基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)。
[0004]本實(shí)用新型解決現(xiàn)有的技術(shù)問(wèn)題是采取以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:
[0005]一種基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，包括耳機(jī)音頻接口和耳機(jī)揚(yáng)聲器，在耳機(jī)音頻接口和耳機(jī)揚(yáng)聲器之間設(shè)有PUF模塊并嵌裝在手機(jī)耳機(jī)內(nèi)，所述的PUF模塊包括能量采集器、雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路，所述的能量采集器、雙工通訊器與耳機(jī)音頻接口相連接，該能量采集器通過(guò)音頻接口獲取電壓及電流并進(jìn)行處理后連接到雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路中為其供電，所述的雙工通訊器通過(guò)耳機(jī)音頻接口與手機(jī)進(jìn)行雙向通訊，該雙工通訊器還與靜態(tài)存儲(chǔ)器、加密電路相連接，所述的靜態(tài)存儲(chǔ)器與糾錯(cuò)解碼器相連接，所述的糾錯(cuò)解碼器與加密電路相連接，該加密電路還與耳機(jī)揚(yáng)聲器相連接。
[0006]而且，所述的能量采集器由微型變壓器、場(chǎng)效應(yīng)管橋、肖特基二極管及濾波電路連接構(gòu)成，該微型變壓器與耳機(jī)音頻接口相連接，該濾波電路輸出端與雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路相連接。
[0007]而且，所述的雙工通訊器包括頻移鍵控、RS232信令處理器、交流耦合器和濾波器，所述的交流耦合器與耳機(jī)音頻輸出口相連接，所述的濾波器與耳機(jī)音頻輸入口相連接，交流耦合器和濾波器均與頻移鍵控相連接，該頻移鍵控模塊與RS232信令模塊相連接。
[0008]而且，所述的靜態(tài)存儲(chǔ)器是各種嵌入式靜態(tài)可揮發(fā)性存儲(chǔ)器。
[0009]而且，所述的糾錯(cuò)解碼器各種國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的糾錯(cuò)算法電路。
[0010]而且，所述的加密電路為是各種國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的加密算法電路。
[0011]而且，所述的PUF模塊為PUF集成電路芯片。
[0012]本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)和積極效果是:
[0013]1、本手機(jī)耳機(jī)在耳機(jī)的音頻接口與揚(yáng)聲器之間增加一 PUF(Physical UnclonableFunct1n物理不可克隆特征)模塊，通過(guò)硬件加密技術(shù)突破了已有的涉密交易方法和安全算法存在的安全性問(wèn)題，可實(shí)現(xiàn)快速手機(jī)支付的安全策略、可改變傳統(tǒng)IC卡的安全設(shè)計(jì)、可用于安全強(qiáng)度較高的身份識(shí)別及校驗(yàn)、可應(yīng)用于對(duì)物理設(shè)備的硬件辨識(shí)，以PUF為核心技術(shù)的手機(jī)耳機(jī)安全性極高，甚至在物理安全性上高過(guò)了現(xiàn)有已推行的任何基于手機(jī)軟、硬件的安全措施，達(dá)到了 EAL6+的水平，使得此類手機(jī)耳機(jī)成為身份認(rèn)證、信息加密、增強(qiáng)支付安全的專有設(shè)備。
[0014]2、本手機(jī)耳機(jī)應(yīng)用PUF技術(shù)，視同于為手機(jī)添加了一個(gè)特別的類似于USBKEY的驗(yàn)證和加密設(shè)備，在客戶體驗(yàn)感受和實(shí)際的安全性等方面都帶來(lái)巨大的改變，手機(jī)耳機(jī)作為常用的手機(jī)外接配件，具有天然的功能負(fù)載優(yōu)勢(shì)，耳機(jī)只需要向眾多的關(guān)聯(lián)廠商提供接口標(biāo)準(zhǔn)，即可加以利用，在成本、靈活度、方便性上具有極強(qiáng)的優(yōu)勢(shì)。
[0015]3、本手機(jī)耳機(jī)的PUF模塊采用自創(chuàng)的提取技術(shù)保證PUFkey的可靠性；編碼和解碼技術(shù)保證PUF的重復(fù)性；反向安全防御進(jìn)一步保障PUF驗(yàn)證及傳輸?shù)陌踩?。在耳機(jī)中加裝含有PUF技術(shù)的芯片或電路，就可以把這一隨身攜帶的物件變身為涵蓋支付安全、身份核驗(yàn)、數(shù)據(jù)加密等多重職能的安全要件，就像是給手機(jī)裝上了一個(gè)特殊的USBKEY。
[0016]4、本實(shí)用新型設(shè)計(jì)合理，首先，克服了目前手機(jī)無(wú)卡支付領(lǐng)域中存在的技術(shù)安全性不足的問(wèn)題，通過(guò)含有PUF技術(shù)的手機(jī)耳機(jī)實(shí)現(xiàn)與支付流程緊密結(jié)合的安全認(rèn)證功能；其次，將含有PUF特征的手機(jī)耳機(jī)作為身份驗(yàn)證的客戶端設(shè)備，通過(guò)聯(lián)機(jī)驗(yàn)證的方式，與置于服務(wù)后臺(tái)的身份驗(yàn)證數(shù)據(jù)服務(wù)器(PUF信息數(shù)據(jù)庫(kù))進(jìn)行身份的核定，解決包括云計(jì)算、云服務(wù)及其他互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)的身份識(shí)別以及提供操控物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備的身份驗(yàn)證需求；最后，將含有PUF技術(shù)的手機(jī)耳機(jī)作為信息加密、解密，信息報(bào)文簽名、解簽的設(shè)備，實(shí)現(xiàn)對(duì)類如可視微信、明文短信甚至普通語(yǔ)音話務(wù)服務(wù)的信息加解密功能。

【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1是本實(shí)用新型的電路框圖；
[0018]圖2是本實(shí)用新型的能量采集器的電路圖；
[0019]圖3是本實(shí)用新型的雙工通訊器的電路框圖；
[0020]圖4是本實(shí)用新型的聯(lián)機(jī)驗(yàn)證流程示意圖。

【具體實(shí)施方式】
[0021]以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型實(shí)施例做進(jìn)一步詳述。
[0022]一種基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，如圖1所示，包括耳機(jī)音頻接口、PUF模塊和耳機(jī)揚(yáng)聲器，該P(yáng)UF模塊嵌裝在手機(jī)耳機(jī)內(nèi)部。在本實(shí)施例中，PUF模塊采用高集成度的PUF芯片，包括能量采集器、雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路，所述的耳機(jī)音頻接口與能量采集器和雙工通訊器相連接。所述的能量采集器通過(guò)音頻接口獲取電壓及電流并進(jìn)行處理后連接到雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路中為其提供工作電壓與電流。所述的雙工通訊器通過(guò)耳機(jī)音頻接口與手機(jī)進(jìn)行雙向通訊，同時(shí)，該雙工通訊器與靜態(tài)存儲(chǔ)器、加密電路相連接，實(shí)現(xiàn)以下功能:⑴從手機(jī)的音頻出口得到激勵(lì)信號(hào)，用于產(chǎn)生PUF地址并傳送至靜態(tài)存儲(chǔ)器中；(2)PUF響應(yīng)通過(guò)糾錯(cuò)解碼器獲取密鑰；
(3)將明碼從手機(jī)傳送到加密電路上，通過(guò)密鑰進(jìn)行加密；(4)接收加密電路產(chǎn)生的密碼并傳回手機(jī)音頻接口進(jìn)行驗(yàn)證。所述的靜態(tài)存儲(chǔ)器是一個(gè)嵌入式SRAM，其地址不能從芯片外部直接訪問(wèn)(以此保證驗(yàn)證安全性)，其通過(guò)雙工通訊器激勵(lì)轉(zhuǎn)化為地址并得到PUF響應(yīng)，該P(yáng)UF響應(yīng)相當(dāng)于靜態(tài)存儲(chǔ)器的指紋，不同的PUF芯片具有不同的嵌入式SRAM，也就產(chǎn)生了唯一的PUF響應(yīng)，該P(yáng)UF響應(yīng)被送入糾錯(cuò)解碼器中。所述的糾錯(cuò)解碼器通過(guò)PUF響應(yīng)提取出穩(wěn)定可靠的密鑰并送入加密電路，該糾錯(cuò)解碼器可以使用各種國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的糾錯(cuò)算法電路，如Reed-Muller、BCH或IBS等算法電路。所述的加密電路將糾錯(cuò)解碼器產(chǎn)生的密鑰以及雙工通訊器傳來(lái)的明碼結(jié)合在一起，生成PUF密碼，該加密電路可以采用各種國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的加密算法電路，例如AES，MAC, Hash, HMAC算法。由加密電路產(chǎn)生的PUF密碼可以直接通過(guò)音頻出口傳入耳機(jī)揚(yáng)聲器，由用戶(通過(guò)手機(jī)上的APP)輸入手機(jī)；也可以自動(dòng)傳回手機(jī)進(jìn)行驗(yàn)證，而不需人工干預(yù)。由PUF響應(yīng)提取出的密鑰也可以當(dāng)作工作密鑰加以使用，用于對(duì)可視微信、短信或語(yǔ)音通話的加密。
[0023]如圖2所示，能量采集器包括微型變壓器Tl、由四個(gè)場(chǎng)效應(yīng)管Ql、Q2、Q3、Q4構(gòu)成的場(chǎng)效應(yīng)管橋、肖特基二極管Dl、由并聯(lián)的濾波電容Cl、C2、C3構(gòu)成的濾波電路以及發(fā)光二極管D2。該能量采集器的前端是連接到耳機(jī)音頻口的微型變壓器Tl，該微型變壓器Tl的作用是提高輸入電壓，該微型變壓器Tl的后端接場(chǎng)效應(yīng)管橋，用來(lái)將交流電變直流電；場(chǎng)效應(yīng)管橋后面接肖特基二極管，用以防治電流回流；最后是并聯(lián)幾個(gè)低通濾波電容來(lái)輸出穩(wěn)定的電流，同時(shí)連接一發(fā)光二極管D2，用于狀態(tài)指示。能量采集器用于給其他模塊(包括雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密算法電路)提供電源和地。因此，整個(gè)PUF模塊并并不需要額外的外置電源或內(nèi)置電池，這將大大提高了它的應(yīng)用場(chǎng)景。
[0024]如圖3所示，雙工通訊器包括頻移鍵控、RS232信令處理器、交流耦合器和濾波器，所述的交流耦合器與耳機(jī)音頻輸出口相連接，所述的濾波器與耳機(jī)音頻輸入口相連接，交流耦合器和濾波器均與頻移鍵控相連接，該頻移鍵控模塊與RS232信令模塊相連接。在本實(shí)施例中，頻移鍵控采用BELL202FSK (Frequency Shift Keying)，BELL202FSK的作用是把模擬通訊轉(zhuǎn)化為數(shù)字通訊，即數(shù)字“O”對(duì)應(yīng)1200Hz音頻；數(shù)字“I”對(duì)應(yīng)2200Hz音頻。RS232是串行通訊的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，通過(guò)它可以與靜態(tài)存儲(chǔ)器、加密算法電路進(jìn)行快速的串行數(shù)字通τΗ ο
[0025]圖4是本耳機(jī)手機(jī)的一個(gè)典型應(yīng)用實(shí)例，該圖給出了利用本手機(jī)耳機(jī)進(jìn)行身份驗(yàn)證的處理過(guò)程，驗(yàn)證過(guò)程采用較為通用的激勵(lì)(挑戰(zhàn))/響應(yīng)方式。其處理過(guò)程如下:
[0026]⑴當(dāng)需要進(jìn)行手機(jī)支付或者登錄互聯(lián)網(wǎng)服務(wù)時(shí)，由手機(jī)發(fā)出一個(gè)驗(yàn)證請(qǐng)求。
[0027]⑵賬務(wù)(服務(wù))系統(tǒng)將驗(yàn)證請(qǐng)求發(fā)給PUF數(shù)據(jù)庫(kù)。
[0028]⑶PUF數(shù)據(jù)庫(kù)產(chǎn)生一個(gè)激勵(lì)隨機(jī)串和明文。
[0029]⑷激勵(lì)隨機(jī)串和明文傳送回手機(jī)耳機(jī)的PUF芯片中。
[0030](5) PUF芯片根據(jù)PUF特征位計(jì)算出的激勵(lì)串的響應(yīng)結(jié)果(密鑰)
[0031](6)明文通過(guò)密鑰加密成密文，并將密文回傳給賬務(wù)(服務(wù))系統(tǒng)。
[0032](7)由PUF數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證計(jì)算出正確的密文，并與手機(jī)回傳的密文對(duì)比。結(jié)果一致則通過(guò)驗(yàn)證。
[0033](8)賬務(wù)(服務(wù))系統(tǒng)根據(jù)PUF數(shù)據(jù)庫(kù)驗(yàn)證的結(jié)果通知手機(jī)用戶驗(yàn)證是否成功。
[0034]該流程如果采取省略的步驟也可以進(jìn)行，即由手機(jī)耳機(jī)的PUF芯片按計(jì)數(shù)器方式產(chǎn)生校驗(yàn)字串(每次加一，永不重復(fù))，并由PUF特征位計(jì)算出校驗(yàn)密文，然后將校驗(yàn)字串明文和計(jì)算結(jié)果密文一起發(fā)送至后臺(tái)系統(tǒng)用于身份校驗(yàn)，這樣即可省去步驟⑴和⑵。
[0035]需要強(qiáng)調(diào)的是，本實(shí)用新型所述的實(shí)施例是說(shuō)明性的，而不是限定性的，因此本實(shí)用新型包括并不限于【具體實(shí)施方式】中所述的實(shí)施例，凡是由本領(lǐng)域技術(shù)人員根據(jù)本實(shí)用新型的技術(shù)方案得出的其他實(shí)施方式，同樣屬于本實(shí)用新型保護(hù)的范圍。
【權(quán)利要求】
1.一種基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，包括耳機(jī)音頻接口和耳機(jī)揚(yáng)聲器，其特征在于:在耳機(jī)音頻接口和耳機(jī)揚(yáng)聲器之間設(shè)有PUF模塊并嵌裝在手機(jī)耳機(jī)內(nèi)，所述的PUF模塊包括能量采集器、雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路，所述的能量采集器、雙工通訊器與耳機(jī)音頻接口相連接，該能量采集器通過(guò)音頻接口獲取電壓及電流并進(jìn)行處理后連接到雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路中為其供電，所述的雙工通訊器通過(guò)耳機(jī)音頻接口與手機(jī)進(jìn)行雙向通訊，該雙工通訊器還與靜態(tài)存儲(chǔ)器、力口密電路相連接，所述的靜態(tài)存儲(chǔ)器與糾錯(cuò)解碼器相連接，所述的糾錯(cuò)解碼器與加密電路相連接，該加密電路還與耳機(jī)揚(yáng)聲器相連接。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，其特征在于:所述的能量采集器由微型變壓器、場(chǎng)效應(yīng)管橋、肖特基二極管及濾波電路連接構(gòu)成，該微型變壓器與耳機(jī)音頻接口相連接，該濾波電路輸出端與雙工通訊器、靜態(tài)存儲(chǔ)器、糾錯(cuò)解碼器和加密電路相連接。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，其特征在于:所述的雙工通訊器包括頻移鍵控、RS232信令處理器、交流耦合器和濾波器，所述的交流耦合器與耳機(jī)音頻輸出口相連接，所述的濾波器與耳機(jī)音頻輸入口相連接，交流耦合器和濾波器均與頻移鍵控相連接，該頻移鍵控模塊與RS232信令模塊相連接。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，其特征在于:所述的靜態(tài)存儲(chǔ)器是各種嵌入式靜態(tài)可揮發(fā)性存儲(chǔ)器。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，其特征在于:所述的糾錯(cuò)解碼器各種國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的糾錯(cuò)算法電路。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，其特征在于:所述的加密電路為是各種國(guó)際國(guó)內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)的加密算法電路。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至3任一項(xiàng)所述的基于PUF身份驗(yàn)證和信息加密的手機(jī)耳機(jī)，其特征在于:所述的PUF模塊為PUF集成電路芯片。
【文檔編號(hào)】H04L9/32GK203942538SQ201420192887
【公開日】2014年11月12日 申請(qǐng)日期:2014年4月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月21日
【發(fā)明者】黃宇 申請(qǐng)人:天津聯(lián)芯科技有限公司