汽车防盗系统简介
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•1995年，基于控制点火系统的汽车防盗系统成为所有在 欧洲销售的家用轿车的标准配置，汽车失窃率降低90%， 并逐渐推广到世界各个范围；
SJTU
上海交通大学
系统基本原理
基本原理： •利用射频技术，实现非接触式或遥控式的钥匙鉴别； •利用数字加密技术，实现EMS ECU和IMMO.ECU之间的 加密通讯； •EMS ECU识别来自IMMO.ECU的信息，进而来控制点火 和喷油。
防盗ECU质询-应答式鉴别流程图
含解密算法方式：
识别主体
唤 醒
识别客体
采用对应的解密 算法得到固定码B
比较A,B
随机数 加密算法 随机数D
+固定码A
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防盗系统的运行管理
状态说明:
初始状态：出厂初期，已经过软硬件测试，仅有自身的特征码，尚未记 录其它关联部件信息。 •运行状态：内部已记录其它关联部件特征信息，只有在核实上游部件后， 才进行与下游部件的通讯。 •禁止状态：遭到非法侵入或其它意外，不向外发送任何信息。 •功能中止状态：仅针对EMS ECU，防盗功能关闭。
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系统基本组成（结构一）
诊断仪Tester
发动机控制器 EMS ECU
防盗控制器Immo ECU 收发器 Transceiver
发送器 Transponder
ECU: Electronic Control Unit(电子控制器) EMS: Engine Management System(发动机管理系统) Immo: Immobilizer(防盗器)
•所有状态变换过程均在指定仪器下进行。 •状态变换过程取决于各部件之间预设的通讯协议。
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防盗系统的运行管理
状态变换 1 EMS ECU：
任何有效信息
运行状态
学 习 结 束
初始状态
特殊 指令
特殊 指令
特殊 指令
禁止状态
防盗功能 中止状态
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防盗系统的运行管理
2 防盗ECU：
2 质询－应答式（Request-response）：
由识别主体发送质询信号，识别客体根据接收到的质询信号 返回相应的加密数据。可有以下两种方式 ａ 不含解密算法加密 ｂ 含解密算法加密
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防盗ECU相互认证示意图
防盗ECU (锁)
唤醒信号
发送器(钥匙)
钥匙标志码
加密 解密 单元
随机数发生器
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主要器件说明
感应耦合电路：
防盗ECU利用感应耦合电路进行能量的传送和数据通讯。
UR1
I2
I1 U1
UL1
UL2
Iwk.baidu.com2
IR2
SJTU
Uq1 UC1
Uq2 上海交通大学
主要器件说明
写入: 一般采用ASK(Amplitude shift keying)技术， 通过通、断天线实现在确定时期内的振幅变化。
诊断仪（TESTER）：除完成正常的汽车电子设备的诊断功能之外，
还具备匹配新钥匙、新控制单元功能，此外高级的诊断仪还具备部分发动 机匹配功能，执行单元检测等功能。
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防盗ＥＣＵ加密说明
1 相互认证式（Mutual authentication）：
识别主客体均有固定密码和加解密算法，通讯过程利用随 机 数加密，识别客体只有在确认主体发送的密码正确后，才发 送自身储存密码。
Passive Entry or true keyless entry Passive Entry
Remote Entry with immobilization
Remote Entry
Integrated receiver
Challenge-Response Mutual authentication
当前防盗主要发展方向
1 集成遥控门锁功能的发送器：
发送器
加密发送器模块
遥控控制模块
发射 天线
非 接
EEPROM
触 式
运算单元
接 口
控制逻辑
滚动 码发 生器
调制模块 用
控制逻辑
户 接
RC振荡器 口
电源管理
高频发 射器
命令 按钮
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当前防盗主要发展方向
2 集成单片机的发送器：
发送器
加密发送器模块
任何有效信息
运行状态
恶意行为
禁止状态
学 习 结 束
初始状态
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3 发送器：
发送器状态变换
初始状 态
特殊
运行状
命令
态
特殊 命令
不可返 回运行 状态
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防盗ECU主要故障与原因
防盗ECU主要故障： •线圈开路 •线圈短路 •信号太弱
故障可能原因： 温度、湿度影响、线圈老化、或意外情况。
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系统原理图(结构一)
发动机控制ECU (EMS)
Microcontroller 加密单元
随机数生成器
密钥
防盗 ECU
Microcontroller 加密单元
随机数生成器
接收解码器 串行口
钥匙密码 密钥
模拟口
发送器
Power
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SJTU
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系统原理图(结构二)
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系统基本组成
防盗系统的基本组成包括四个部分:
◆发动机控制ECU (EMS ECU) ◆防盗控制ECU (Immobilizer ECU) ◆发送器 (Transponder) ◆诊断器 (Tester)
根据防盗控制ECU的集成程度，防盗系统有两种结 构形式：
1 防盗控制ECU作为一个独立的器件； 2 将防盗控制ECU中的单片机控制功能集成到车内某一器件单 片机内，仅将信号收发器独立出来。
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防盗ECU的诊断和维修
防盗ECU诊断： 当前的防盗ECU内部的收发器Transceiver均可对上 述故障进行诊断并设置相应的标志位，并可以通过 诊断仪读取。
防盗ECU维修： 所有防盗控制单元中的组成器件均为一次性的，维 修时原则上采取更换新器件并重新匹配的原则。
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SJTU
写入信号参考示意图
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主要器件说明
读取: 采用AM/PM(Amplitude modulation and Phase modulation)技术。
通过感应发送器切换电源开关导致的线圈电压变化读取数据。
SJTU
信号读取参考示意图
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防盗ＥＣＵ参考图
SJTU
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主要器件说明
防盗ECU
随机数生成器 加密单元
比较
唤醒信号 钥匙识别码 质询信号 应答信号
发送器
钥匙识别码
加密单元
密码 密码
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防盗ECU质询-应答式鉴别流程图
无解密算法方式：
识别主体
生成随 机数A
随机数C
比较算 法结果
唤 醒
识别客体
采用相同密钥的
返
同一加密算法
回
随机数Ａ
随机数D
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RISC控制器
K ROM
非 接
EEPROM
触 式
运算单元
发射 天线
接 口
控制逻辑
RISC
发 8 4 定时器
送位
器
中断控制 口
I/O
接
RC振荡器
口
RAM
电源管理
高频发 射器
扩 展 口
命令 按钮
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汽车防盗发展进程
Intelligent Entry with GPS and other functions
R/W
Read only
'1995
'1996
'1997
'1998
SJTU
Immobilizer
'1999
'2000
'2001
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当前防盗主要发展方向
1 远程遥控 •将Immobilization 和RKE（remote keyless entry）结合 •利用GPS或手机基站进行远程定位，报警，制停。
2 智能控制 •内部加密算法可编程，更加安全 •更加人性化设计，储存车主某些特定需要（空调温 度，电动座椅位置等）
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(EMS ECU)
Microcontroller 加密单元
随机数生成器 密钥
收发器 串行口
模拟口
Power
Transponder
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主要器件说明
发送器（Transponder）：
电源管 控制逻 理模块 辑模块
LC
数据加调 解调模块
计算 存储 模块 单元
SJTU
非接触式无源型
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汽车防盗系统 简介
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郑重声明：
本文所有内容仅做学术讨论用
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背景介绍
•20世纪90年代初：在射频识别领域（RFID-Radio Frequency Identification)领域，数据采集的实用技术获得 突破性进展;
•1994年，福特公司在其欧洲生产的ESCORT车上首先配 备了基于RFID的汽车防盗系统;
锁密码 钥匙密码
钥匙标志码 随机数 锁密码
加密 解密 单元
比较
锁密码 钥匙密码
钥匙密码 加密传输
锁密码 钥匙密码
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防盗ECU相互认证流程图
防盗ECU相互认证流程图：
防盗ECU
加密接收器密码
解密并核实 发送器密码
发送器
SJTU
解密接收器密码并核 实，若错误则停止
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防盗ECU质询-应答式鉴别示意图
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系统基本原理
基本原理： •利用射频技术，实现非接触式或遥控式的钥匙鉴别； •利用数字加密技术，实现EMS ECU和IMMO.ECU之间的 加密通讯； •EMS ECU识别来自IMMO.ECU的信息，进而来控制点火 和喷油。
防盗ECU质询-应答式鉴别流程图
含解密算法方式：
识别主体
唤 醒
识别客体
采用对应的解密 算法得到固定码B
比较A,B
随机数 加密算法 随机数D
+固定码A
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防盗系统的运行管理
状态说明:
初始状态：出厂初期，已经过软硬件测试，仅有自身的特征码，尚未记 录其它关联部件信息。 •运行状态：内部已记录其它关联部件特征信息，只有在核实上游部件后， 才进行与下游部件的通讯。 •禁止状态：遭到非法侵入或其它意外，不向外发送任何信息。 •功能中止状态：仅针对EMS ECU，防盗功能关闭。
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系统基本组成（结构一）
诊断仪Tester
发动机控制器 EMS ECU
防盗控制器Immo ECU 收发器 Transceiver
发送器 Transponder
ECU: Electronic Control Unit(电子控制器) EMS: Engine Management System(发动机管理系统) Immo: Immobilizer(防盗器)
•所有状态变换过程均在指定仪器下进行。 •状态变换过程取决于各部件之间预设的通讯协议。
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防盗系统的运行管理
状态变换 1 EMS ECU：
任何有效信息
运行状态
学 习 结 束
初始状态
特殊 指令
特殊 指令
特殊 指令
禁止状态
防盗功能 中止状态
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防盗系统的运行管理
2 防盗ECU：
2 质询－应答式（Request-response）：
由识别主体发送质询信号，识别客体根据接收到的质询信号 返回相应的加密数据。可有以下两种方式 ａ 不含解密算法加密 ｂ 含解密算法加密
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防盗ECU相互认证示意图
防盗ECU (锁)
唤醒信号
发送器(钥匙)
钥匙标志码
加密 解密 单元
随机数发生器
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主要器件说明
感应耦合电路：
防盗ECU利用感应耦合电路进行能量的传送和数据通讯。
UR1
I2
I1 U1
UL1
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IR2
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Uq2 上海交通大学
主要器件说明
写入: 一般采用ASK(Amplitude shift keying)技术， 通过通、断天线实现在确定时期内的振幅变化。
诊断仪（TESTER）：除完成正常的汽车电子设备的诊断功能之外，
还具备匹配新钥匙、新控制单元功能，此外高级的诊断仪还具备部分发动 机匹配功能，执行单元检测等功能。
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防盗ＥＣＵ加密说明
1 相互认证式（Mutual authentication）：
识别主客体均有固定密码和加解密算法，通讯过程利用随 机 数加密，识别客体只有在确认主体发送的密码正确后，才发 送自身储存密码。
Passive Entry or true keyless entry Passive Entry
Remote Entry with immobilization
Remote Entry
Integrated receiver
Challenge-Response Mutual authentication
当前防盗主要发展方向
1 集成遥控门锁功能的发送器：
发送器
加密发送器模块
遥控控制模块
发射 天线
非 接
EEPROM
触 式
运算单元
接 口
控制逻辑
滚动 码发 生器
调制模块 用
控制逻辑
户 接
RC振荡器 口
电源管理
高频发 射器
命令 按钮
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当前防盗主要发展方向
2 集成单片机的发送器：
发送器
加密发送器模块
任何有效信息
运行状态
恶意行为
禁止状态
学 习 结 束
初始状态
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3 发送器：
发送器状态变换
初始状 态
特殊
运行状
命令
态
特殊 命令
不可返 回运行 状态
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防盗ECU主要故障与原因
防盗ECU主要故障： •线圈开路 •线圈短路 •信号太弱
故障可能原因： 温度、湿度影响、线圈老化、或意外情况。
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系统原理图(结构一)
发动机控制ECU (EMS)
Microcontroller 加密单元
随机数生成器
密钥
防盗 ECU
Microcontroller 加密单元
随机数生成器
接收解码器 串行口
钥匙密码 密钥
模拟口
发送器
Power
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系统基本组成
防盗系统的基本组成包括四个部分:
◆发动机控制ECU (EMS ECU) ◆防盗控制ECU (Immobilizer ECU) ◆发送器 (Transponder) ◆诊断器 (Tester)
根据防盗控制ECU的集成程度，防盗系统有两种结 构形式：
1 防盗控制ECU作为一个独立的器件； 2 将防盗控制ECU中的单片机控制功能集成到车内某一器件单 片机内，仅将信号收发器独立出来。
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防盗ECU的诊断和维修
防盗ECU诊断： 当前的防盗ECU内部的收发器Transceiver均可对上 述故障进行诊断并设置相应的标志位，并可以通过 诊断仪读取。
防盗ECU维修： 所有防盗控制单元中的组成器件均为一次性的，维 修时原则上采取更换新器件并重新匹配的原则。
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写入信号参考示意图
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主要器件说明
读取: 采用AM/PM(Amplitude modulation and Phase modulation)技术。
通过感应发送器切换电源开关导致的线圈电压变化读取数据。
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主要器件说明
防盗ECU
随机数生成器 加密单元
比较
唤醒信号 钥匙识别码 质询信号 应答信号
发送器
钥匙识别码
加密单元
密码 密码
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防盗ECU质询-应答式鉴别流程图
无解密算法方式：
识别主体
生成随 机数A
随机数C
比较算 法结果
唤 醒
识别客体
采用相同密钥的
返
同一加密算法
回
随机数Ａ
随机数D
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RISC控制器
K ROM
非 接
EEPROM
触 式
运算单元
发射 天线
接 口
控制逻辑
RISC
发 8 4 定时器
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器
中断控制 口
I/O
接
RC振荡器
口
RAM
电源管理
高频发 射器
扩 展 口
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汽车防盗发展进程
Intelligent Entry with GPS and other functions
R/W
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'1995
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'1999
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'2001
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当前防盗主要发展方向
1 远程遥控 •将Immobilization 和RKE（remote keyless entry）结合 •利用GPS或手机基站进行远程定位，报警，制停。
2 智能控制 •内部加密算法可编程，更加安全 •更加人性化设计，储存车主某些特定需要（空调温 度，电动座椅位置等）
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Microcontroller 加密单元
随机数生成器 密钥
收发器 串行口
模拟口
Power
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主要器件说明
发送器（Transponder）：
电源管 控制逻 理模块 辑模块
LC
数据加调 解调模块
计算 存储 模块 单元
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•20世纪90年代初：在射频识别领域（RFID-Radio Frequency Identification)领域，数据采集的实用技术获得 突破性进展;
•1994年，福特公司在其欧洲生产的ESCORT车上首先配 备了基于RFID的汽车防盗系统;
锁密码 钥匙密码
钥匙标志码 随机数 锁密码
加密 解密 单元
比较
锁密码 钥匙密码
钥匙密码 加密传输
锁密码 钥匙密码
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防盗ECU相互认证流程图
防盗ECU相互认证流程图：
防盗ECU
加密接收器密码
解密并核实 发送器密码
发送器
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解密接收器密码并核 实，若错误则停止
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防盗ECU质询-应答式鉴别示意图