通過質詢-響應認證實現安全門禁控制

本應用筆記從信息技術(IT)這一全新視角闡述了物理門禁控制系統。本文對各種不同類型的鎖控技術(機械、磁卡、接觸式、RFID)進行對比，并對這些鎖控裝置的優缺點進行了評估。采用質詢-響應認證的鎖控裝置克服了傳統靜態數據門鎖的局限性。本文介紹了質詢-響應工作原理，列舉了相應的鎖控裝置并對其進行比較。本文還闡述了質詢-響應認證相比靜態數據更安全的原因。

概述
人類使用門鎖的歷史已經非常悠久，通過門鎖的防護作用來保護個人財產。隨著技術的進步，鎖具也在不斷推陳出新。當然，機械鎖仍然在今天占據主要地位；但是，如果您仔細觀察汽車鑰匙或者是員工胸卡，就會發現電子鎖已悄然進入門禁控制領域。

本應用筆記討論了幾種不同類型的門禁控制系統：機械式、磁卡式、接觸式、RFID。文章討論了質詢-響應認證(質詢、加密以及消息認證碼或MAC)以及SHA-1算法的重要性。最后，本文還闡述了質詢-響應認證機制更安全的原因。

基于信息技術(IT)的鎖控裝置
嚴格意義上講，任何鑰匙內都會像ROM (只讀存儲器)一樣存儲相關信息。鎖具“讀取”鑰匙端的數據，如果與鎖具規則匹配，則通行。機械鑰匙的整體物理尺寸、最小尺寸(例如，單位增量)限制了其可選擇的代碼空間。對于一個給定類型的鑰匙，可以在不重復的前提下制造出數百或數千把鑰匙，確切數目取決于鑰匙的類型。磁卡鑰匙可以在很小的鐵磁材料上存儲信息。磁卡可以分成多個平行磁軌，每條磁軌可寫入500位以上數據。而接觸式電子令牌鑰匙(例如iButton®器件、芯片卡)則將信息存儲于硅片。可以存儲的位數從低至64位(DS1990A)到無限容量。非接觸式鑰匙則以26位模型開始(參見Wiegand Public Format，PDF)，事實上這種鑰匙的容量也沒有上限限制。磁卡鑰匙在酒店門禁系統非常流行。電子令牌鑰匙，無論是接觸式還是非接觸式，都已普遍用于員工胸卡。

現狀和問題
無論是機械鎖，還是電子鎖，開啟方式都是基于靜態數據是否能滿足鎖具自身的規則要求。采用電子鎖，其數據可以是一個簡單的序列號，也可以是大量存儲數據(磁卡或存儲芯片卡等)或兩者結合。一把鑰匙攜帶的信息越少，則對于給定的鎖具而言就可以提供越多的鑰匙與之匹配。

機械鑰匙具有多種不同的類型和尺寸¹。而鎖具“主人”則無法避免鑰匙在未經授權的情況下被復制。此外，還可以使用一些廉價工具惡意打開門鎖²。由于“代碼”空間有限，這種鎖具無法保證鑰匙的唯一性。日積月累，鑰匙的結構慢慢磨損，使開鎖變得更加困難。

雖然代碼空間對磁卡鑰匙卡不是問題，但它們很容易被復制²或擦除。磁卡同樣存在磨損問題。

基于ROM的電子鑰匙可以防止克隆或復制，接觸式鑰匙²和RFID鑰匙²即采用了類似原理。除了韋根(Wiegand)協議及其派生(26位或36位)協議外，電子鑰匙具有足夠的代碼空間保證每把鑰匙代碼的唯一性。