4.4 Схема генератора случайных чисел
Внешний вид схемы модуля генератора случайных чисел представлен на рисунке 4.5. Генератор случайных чисел представляет собой часть системы автомобиля, которая обеспечивает уникальность каждого отдельного протокола аутентификации. Модуль генератора случайных чисел построен на базе микроконтроллера Atmega8, как и другие части проектируемой системы. Он представляет собой модифицированный алгоритм ARC4, реализованный в коде программы микроконтроллера, который получает случайные данные из внешних источников энтропии.
Помимо микроконтроллера данный модуль содержит часы реального времени, которые являются дополнительным источником случайных данных и исключают схожесть данных на выходе генератора, запущенного в два разных момента времени.
Рисунок 4.5 – Схема модуля генератора случайных чисел
Сигнал, поданный на вход АЦП, представляет собой ещё один источник случайных данных. Это может быть любой, как аналоговый, так и цифровой сигнал. В проектируемом в данной работе устройстве на вход приёмника случайных данных подключается напряжение из бортовой сети автомобиля уменьшенное в 4 раза. Каждый такт измерения этого сигнала предоставляет внутреннему генератору 1 бит случайных данных, таким образом в любом случае этот бит будет обладать достаточным количеством энтропии, так как биты с низкой энтропией не влияют на исход операции. Однако, возможна проблема коллизии битов, при которой энтропия у битов, имеющих одинаковое значение из-за коллизии будет поглощаться. Чтобы избежать данной проблемы, от значения, полученного с АЦП микроконтроллера предлагается вычислять криптографическую хэш-сумму. Для этих целей достаточно использовать любую достаточно быструю реализацию хэш-суммы.
4.5 Выбор источника питания радиоключа
Радиоключ, как устройство полностью автономное должен обладать собственным элементом питания. Требования к небольшим размерам конечного устройства диктуют выбор соответствующего элемента питания. Для питания радиобрелка в данной работе может использоваться литиевая батарея типа CR2477, имеющая диаметр в 24,5 миллиметра и толщину в 7,7 миллиметров. Такой размер батареи придаст конечному устройству несколько большую величину, однако позволит ему служить на одном элементе питания дольше.
Рисунок 4.6 – Зависимость частоты микроконтроллера от напряжения питания
Батарея типа CR2477 обладает электрическим зарядом в 1000 мА/ч. При грубой оценке такой элемент питания позволит устройству работать на протяжении нескольких лет. Выходное напряжения батареи составляет 3 вольта, чего достаточно для работы микроконтроллера, однако будучи настроенным на работу внутреннего осциллятора на частоте 8 МГц, имея напряжение питания меньше 5 вольт, микроконтроллер Atmega8 не сможет работать точно на этой частоте. Чтобы рассчитать ожидаемую частоту работы микроконтроллера, обратимся к документации. В документации присутствует следующий график, изображённый на рисунке 4.6.
На рисунке видно, что при напряжении питания микроконтроллера в 3 вольта при температуре окружающей среды в 25 градусов микроконтроллер будет работать на частоте 7,3 МГц. Это несколько меньше, чем 8 МГц в нормальных условиях, однако повлияет на время выполнения протокола аутентификации совсем незначительно. По произведённым расчётам это увеличит время выполнения протокола на 200 миллисекунд.