1、    基于FPGA的保密型密碼輸入器設計        樊國梁1，張曉燕2，曹 杰1 時間:2009年07月08日     字 體: 大 中 小        關鍵詞:<"cblue" " target='_blank'>上升沿<"cblue" " target=

2、'_blank'>分頻電路<"cblue" " target='_blank'>用戶輸入<"cblue" " target='_blank'>分頻<"cblue" " target='_blank'>時鐘信號            ? 摘? 要： 為了改善現有密碼輸入器容易造成密碼泄

3、露的缺點，設計了保密型密碼輸入器。闡述了保密型密碼輸入器的工作原理，給出具體設計、計算機仿真。經過實驗分析和計算機仿真，該電路能夠最大限度地保護用戶密碼并且容易在工程中應用。? 關鍵詞： 密碼保護；鍵位；仿真；VHDL? 在生活中人們越來越頻繁地使用各種各樣的密碼來管理私人信息和資金賬戶。密碼作為個人信息的保密鎖，在銀行、網絡等公共場合應用廣泛，普遍采用各種加密算法進行處理，有效地提高了安全可靠性。但是在一些場合，如ATM柜員機、商場刷卡消費時，由于數字鍵盤排列具有一定的規律性，當<"cblue" " title="用戶輸入">用戶

4、輸入密碼時，即使旁人站在一米線以外，也能通過輸入者手指的移動順序猜出密碼，這使得原本安全可靠的密碼泄漏，使密碼輸入器變得不再安全。? 目前國內外對于密碼輸入器的改進大都局限在外形設計上1，如加罩、將鍵盤方型布局改為V型等，這些措施不能從根本上解決密碼泄漏問題，并且給密碼輸入者帶來操作上的不便。本文利用VHDL語言設計了一種新型保密型密碼輸入器，使鍵盤上09的10個數字每次輸入時隨機排列，不再具有規律性，從而使輸入密碼時手指按下的按鍵順序和目前普通的密碼輸入器按下的順序不同，這樣就可以避免他人記下按鍵順序再根據鍵盤數字的排列規律猜出用戶輸入的密碼。?1 設計思想? 保密型密碼輸入器的最大特點就是

5、它可以改變現有密碼輸入器鍵值排列順序，在每一個按鍵上安裝一個數碼管，每次輸入密碼時，09的鍵值隨機排列顯示，同時還要完成以下功能：? (1)產生09共10個隨機排列且不重復的數組，用來確定鍵盤上數字的排列順序；? (2)將隨機數組轉化成數碼管上要顯示的鍵值，并順序輸出到相應按鍵的數碼管上；? (3)對鍵盤進行掃描，根據按下的鍵位信息與顯示到按鍵上的鍵值判斷出輸入的密碼；? (4)將密碼信息輸出。? 根據以上功能，可以分四個模塊進行設計：<"cblue" " " title="分頻">分頻電路" title=&qu

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42、="分頻電路">分頻電路" title="分頻電路">分頻電路" title="分頻電路">分頻電路、消除抖動電路、鍵盤譯碼電路、主體控制電路。?2 電路設計?2.1 分頻電路? 芯片中每一個模塊都要有一定的<"cblue" " title="時鐘信號">時鐘信號才能工作，而且在外部鍵盤電路和動態掃描數碼顯示管上都要加一定頻率的時鐘信號。利用分頻電路將從外部輸入的4 MHz的時鐘clk_4m經過分頻后輸出各部分電路所需的時鐘脈沖。在程序

43、中設定一個20位的信號q，在clk_4m到<"cblue" " title="上升沿">上升沿時q自加1，這樣可以取q的其中幾位來達到分頻的目地。? 頻率計算公式為：其中q(n)為從右起第n位信號。例如取q(1)即得到4分頻后的時鐘1 MHz。? 程序中各信號頻率為：信號clk_keyboard1是鍵盤行掃描信號，與鍵盤列掃描信號一同識別按鍵，它的頻率設定為8 Hz；信號clk_debounce是消除抖動電路的采樣頻率，為128 Hz。信號clk_disp1是數碼管掃描信號，它的頻率要高于人眼的最大可分辨頻率24 Hz，設定為128

44、 Hz。信號clk_scan是鍵盤的行掃描信號，一共有四位分別代表鍵盤上的四行，最低位clk_scan(0)代表第一行，最高位clk_scan(3)代表第四行，低電平有效，它與clk_keyboard1相對應，即clk_keyboard1代表的二進制數。?2.2 消除抖動電路? 在輸入密碼時由于手抖動或按鍵接觸時產生抖動造成輸入信號不連續，利用消抖電路將信號變化成一個連續的信號，防止被誤認為是多次輸入。? 以分頻電路輸入的消抖電路時鐘信號為采樣信號，檢查每個采樣信號的上升沿處輸入的信號key是什么狀態。當key信號改變并且連續兩次采樣結果相同時才輸出改變后的信號dif_out，否則將維持原來的輸出信號。? 從圖1中可以看出，key輸入多次的低電平，模擬輸入時的抖動。當這些低電平的寬度未達到兩個上升沿的寬度時，輸出信號沒有改變；當寬度超過兩個上升沿的寬度時，輸出信號才發生改變，且輸出的低電平信號的寬度為一個采樣寬度。?圖1? 消除抖動電路的仿真?2.3 鍵盤譯碼電路? 將鍵盤按鍵信息根據clk_keyboard1中0的位置判斷行位置，根據信號c中0的位置判斷列位置，從而確定按鍵位置，然后將這些鍵位的信息以四位二進制碼的形式輸出。? 用clk_debounce1為觸發信號，每當clk_debounce1在上升沿時，將clk_keyboard