隨著NFC技術(shù)的發(fā)展和智能手機(jī)的普及，現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)已難以滿足人們的需求。本文設(shè)計(jì)了一種通過(guò)智能手機(jī)控制的門禁系統(tǒng)，該系統(tǒng)使用NFC（近場(chǎng)通信）技術(shù)實(shí)現(xiàn)開(kāi)鎖功能，可以隨時(shí)隨地使用，不需要繁瑣的操作與持續(xù)的電源供應(yīng)，只需要NFC功能模塊和電池供給的少量電量即可支持系統(tǒng)功能。該系統(tǒng)的后臺(tái)管理功能可有效管理用戶，并可給予權(quán)限或收回權(quán)限，以使門禁系統(tǒng)始終處在可控范圍。zui后，在所有的通信過(guò)程中加入動(dòng)態(tài)檢驗(yàn)碼并進(jìn)行加密傳輸，從而有效提高了系統(tǒng)的安全性。
　　
　　NFC是一種短距離的高頻無(wú)線通信技術(shù)，在13.56MHz頻率運(yùn)行于20厘米距離內(nèi)。其傳輸速度有106Kb/s、212Kb/s、424Kb/s三種。目前近場(chǎng)通信已通過(guò)成為ISO/IECIS18092標(biāo)準(zhǔn)、EMCA-340標(biāo)準(zhǔn)與ETSITS102190標(biāo)準(zhǔn)。NFC采用主動(dòng)和被動(dòng)兩種讀取模式。相對(duì)于藍(lán)牙，NFC兼容于現(xiàn)有的被動(dòng)RFID（13.56MHzISO/IEC18000-3）設(shè)備。NFC的功耗更低，與藍(lán)牙V4.0低能協(xié)議類似。當(dāng)NFC在一臺(tái)無(wú)動(dòng)力設(shè)備（比如一臺(tái)關(guān)機(jī)的手機(jī)、非接觸式智能信用卡，或智能海報(bào)）上工作時(shí)，NFC的能量消耗會(huì)大大低于低功率藍(lán)牙V4.0。
　　　　
　　1、整體方案設(shè)計(jì)
　　
　　本方案主要由客戶端、服務(wù)端、NFC模塊及Arduino開(kāi)發(fā)板三個(gè)端構(gòu)成。服務(wù)端由C#實(shí)現(xiàn)，后臺(tái)管理由PHP提供支持。整個(gè)方案流程分為如下幾步：
　　
　　（1）新用戶打開(kāi)App注冊(cè)；
　　
　?。?）管理員使用后臺(tái)管理系統(tǒng)通過(guò)用戶注冊(cè)并分配開(kāi)鎖列表及權(quán)限；
　　
　　（3）用戶登錄手機(jī)鑰匙，獲取開(kāi)鎖列表及相關(guān)權(quán)限；
　　
　?。?）用戶使用NFC手機(jī)靠近NFC模塊，使用開(kāi)鎖功能；
　　
　　（5）門鎖被打開(kāi)，用戶可允許的開(kāi)鎖次數(shù)減少。其中，若用戶A具有可*權(quán)限，用戶A可以通過(guò)雙方手機(jī)NFC直接通信將開(kāi)鎖權(quán)限*給用戶B。用戶B無(wú)需請(qǐng)求服務(wù)端管理員分配權(quán)限即可獲得由用戶A所*的權(quán)限。一次開(kāi)鎖流程如圖1所示。
　　
　　
　　2、數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)
　　
　　數(shù)據(jù)傳輸設(shè)計(jì)分如下幾步進(jìn)行：
　　
　?。?）用戶通過(guò)NFC手機(jī)App請(qǐng)求注冊(cè)信息至服務(wù)端；
　　
　　（2）管理員進(jìn)入后臺(tái)管理系統(tǒng)通過(guò)用戶請(qǐng)求及分配權(quán)限后，將開(kāi)鎖列表及權(quán)限返回至NFC手機(jī)；
　　
　?。?）用戶開(kāi)鎖時(shí)，請(qǐng)求服務(wù)端獲取開(kāi)鎖指令；
　　
　　（4）使用NFC手機(jī)靠近NFC模塊將開(kāi)鎖指令傳輸至Arduino開(kāi)發(fā)板進(jìn)行驗(yàn)證，判斷是否進(jìn)行開(kāi)鎖。
　　
　　整個(gè)方案的數(shù)據(jù)傳輸過(guò)程都采用了AES加密[9]，保證了數(shù)據(jù)的安全性，同時(shí)保護(hù)了用戶的個(gè)人私密信息。在判斷開(kāi)鎖指令是否合法時(shí)通過(guò)Hashkey值進(jìn)行比較，增加系統(tǒng)的安全性，防止了惡意用戶盜取他人信息從而非法開(kāi)鎖等問(wèn)題的出現(xiàn)。
　　
　　3、數(shù)據(jù)庫(kù)設(shè)計(jì)
　　
　　本方案的數(shù)據(jù)關(guān)系（包括實(shí)體型、類型、屬性及標(biāo)識(shí)符）如下：
　　
　?。?）管理員（aid用戶id，logname用戶名，pass密碼，grade權(quán)限，lastdainezui后登錄時(shí)間，salt隨機(jī)數(shù)）；
　　
　　（2）用戶信息（authid*條目id，lid鎖id，autheduid被*人id，number允許開(kāi)鎖次數(shù)，starttime_d開(kāi)始日期，endtime_d結(jié)束日期，starttime_h開(kāi)始時(shí)間，endtime_h結(jié)束時(shí)間，authuid*人id，allow再次*，fromauthid該條項(xiàng)目是由哪一個(gè)*項(xiàng)目二次*的）；
　　
　?。?）開(kāi)鎖記錄（hid歷史id，lid鎖id，date開(kāi)鎖時(shí)間，uid用戶id）；
　　
　　（4）門鎖信息（lid鎖id，lname鎖的名稱，isgprs是否允許gprs流量開(kāi)鎖，pass與鎖通信數(shù)據(jù)加密密碼，keyword開(kāi)鎖用的關(guān)鍵字）；
　　
　?。?）加密日志（auto_num自增序列，uid_num用戶id，md5_nummd5值，lid_num鎖id）；
　　
　?。?）用戶（uid用戶id，ucode用戶手機(jī)編碼，commpass通信數(shù)據(jù)加密密碼，uname用戶姓名，check是否通過(guò)驗(yàn)證，date申請(qǐng)日期，del用戶是否作廢，upk）。
　　
　　方案數(shù)據(jù)庫(kù)的E-R圖如圖2：
　　
　　
　　基于NFC的門禁系統(tǒng)分析
　　
　　1、安全性分析
　　
　　1.1服務(wù)安全性分析
　　
　　用戶訪問(wèn)認(rèn)證服務(wù)時(shí)，需要提交動(dòng)態(tài)的通信口令以及個(gè)人對(duì)整個(gè)消息的簽名，其中通信口令的變更，保證了攻擊者無(wú)法進(jìn)行重放攻擊，而通信口令在認(rèn)證服務(wù)返回通信口令時(shí)，使用AES進(jìn)行加密，不會(huì)被攻擊者觀察到明文，若攻擊者替換返回的通信口令，則用戶也無(wú)法正常完成通信，因此攻擊者無(wú)法達(dá)到開(kāi)鎖的目的。而簽名保證了數(shù)據(jù)不會(huì)被篡改以及攻擊者無(wú)法偽造消息。
　　
　　1.2后臺(tái)管理安全性分析
　　
　　（1）方面除登錄頁(yè)外全部采用session機(jī)制，用戶若想瀏覽、操作其他頁(yè)面必須先登錄。此舉有效防止了非管理人員查看和管理。與session不同的是cookie將用戶信息保存在客戶端并受瀏覽器設(shè)置限制，不能防止cookie欺騙，而session是將用戶信息保存在服務(wù)器端與瀏覽器設(shè)置無(wú)關(guān)，可有效防止他人獲得cookie進(jìn)行欺騙登錄，大大提高了的安全程度。
　　
　　（2）登錄頁(yè)面對(duì)提交的表單內(nèi)容進(jìn)行過(guò)濾，防止SQL注入且管理用戶的密碼采用MD5+salt方式存儲(chǔ)，其安全程度遠(yuǎn)高于MD5加密，即使數(shù)據(jù)庫(kù)泄露也很難破解用戶密碼。
　　
　　1.3開(kāi)鎖指令安全性分析
　　
　　系統(tǒng)設(shè)置每把鎖均對(duì)應(yīng)*一個(gè)Hashkey值，不同電機(jī)鎖對(duì)應(yīng)開(kāi)鎖指令均不相同，此值即為初始開(kāi)鎖指令。每當(dāng)用戶進(jìn)行一次開(kāi)鎖操作，服務(wù)端和Arduino開(kāi)發(fā)板即使用相同的算法對(duì)初始值進(jìn)行處理變換，但每次開(kāi)鎖所對(duì)應(yīng)的Hashkey亦不相同。傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)所使用的開(kāi)鎖鑰匙若不慎丟失或被復(fù)制，非法用戶即可順利完成開(kāi)鎖。本系統(tǒng)通過(guò)對(duì)于開(kāi)鎖指令加密及輪換處理，即使某一次開(kāi)鎖指令被非法用戶竊取，非法用戶亦不能打開(kāi)電機(jī)鎖，極大地提高了本系統(tǒng)的安全性。
　　
　　2、效率/經(jīng)濟(jì)性分析
　　
　　與傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)相比，基于NFC的門禁系統(tǒng)在制作成本、門禁安全、拓展功能方面都有很大的提升。傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)多采用IC卡作為開(kāi)鎖鑰匙，而IC卡存在易損壞、易丟失等問(wèn)題，增加了用戶維護(hù)、更換的相關(guān)成本。相較于傳統(tǒng)方案，
　　
　　本系統(tǒng)只需使用一臺(tái)帶有NFC功能的智能手機(jī)即可完成開(kāi)鎖，為用戶主要用來(lái)通信的智能手機(jī)賦予了更多的功能和權(quán)限，額外增加的成本較低，且攜帶方便。NFC門禁系統(tǒng)與傳統(tǒng)門禁系統(tǒng)簡(jiǎn)單對(duì)比如表1所列。
　　　　
　　結(jié)語(yǔ)
　　
　　本項(xiàng)目在選題之初就立足于解決生活之中的不便之處，這也是本項(xiàng)目的核心所在——創(chuàng)新。隨著智能手機(jī)的普及，在我們的生活中手機(jī)也被賦予了更多的功能，使用手機(jī)做為門禁系統(tǒng)的鑰匙更加具有競(jìng)爭(zhēng)力。本系統(tǒng)使用帶有NFC功能的智能手機(jī)代替?zhèn)鹘y(tǒng)鑰匙，滿足用戶對(duì)于門禁系統(tǒng)安全、便捷且成本較低的需求。這也是本方案的創(chuàng)新之處。但本方案仍存在些許不足之處，有待改進(jìn)。