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采用滾動(dòng)數(shù)碼的鼠標(biāo)概念防窺視密碼鍵盤(pán)
摘要：介紹了一種新穎的個(gè)人身份碼（PIN）輸入方法及其電路。利用鼠標(biāo)概念和3～5個(gè)鍵，操作人員可以輸入任意希望的密碼。介紹了這種鍵盤(pán)的關(guān)鍵技術(shù)。隨著信息技術(shù)的發(fā)展，各種交易卡、身份卡也越來(lái)越多地進(jìn)入到人們的日常生活。在這些活動(dòng)中，經(jīng)常需要輸入幾位數(shù)碼的口令或密碼即個(gè)人身份碼（Personal Identify Number/PIN）以確認(rèn)身份。目前，在自動(dòng)取款機(jī)（ATM）上以及儲(chǔ)蓄所和大部分證券交易所都使用數(shù)碼位固定的密碼小鍵盤(pán)。這種小鍵盤(pán)一般包括0～9共10個(gè)數(shù)字鍵和確認(rèn)等若干個(gè)功能鍵。這種鍵盤(pán)的主要缺陷是容易被盜竊分子通過(guò)觀(guān)察交易者輸入密碼的動(dòng)作或用微型攝像機(jī)行裝工具密去交易密碼，給交易者造成經(jīng)濟(jì)損失、給金融機(jī)構(gòu)造成誠(chéng)信損失。這種鍵盤(pán)也容易被身旁的人窺視，給交易者造成不必要的尷尬。因而要求不斷地研究新的保密程度高的身份確認(rèn)技術(shù)，附上PIN被他人窺視和竊取。在一些安全級(jí)別要求高的場(chǎng)合，如國(guó)家安全、軍事指揮機(jī)關(guān)等可以采用聲音譜、眼底圖像識(shí)別或者多重身份識(shí)別方法。有些技術(shù)，例如指紋識(shí)別技術(shù)的身份識(shí)別誤差較大、成本高，因此目前這種數(shù)碼位固定的密碼鍵盤(pán)仍然是使用場(chǎng)合最廣泛的密碼輸入方法。本文介紹一種在鼠標(biāo)概念基礎(chǔ)上研究開(kāi)發(fā)的密碼輸入方法，或者稱(chēng)為密碼鼠標(biāo)。這種密碼鼠標(biāo)采和滾動(dòng)的數(shù)碼輸入方式，只有3～4個(gè)鍵，其輸出編碼結(jié)構(gòu)、數(shù)碼傳輸方法和傳輸率等與現(xiàn)行密碼鍵盤(pán)完全相同，最大的不同是它可以完全防止輸入密碼時(shí)被他人窺視。
1 鍵盤(pán)的整體結(jié)構(gòu)和工作原理
從外部看本鍵盤(pán)包括兩部分：一部分是選碼與操作部分；另一部分是數(shù)碼顯示部分，圖1（a）、（b）分別給出了這種鍵盤(pán)的兩種外型圖。
選碼與操作部分包括功能電路和若干個(gè)操作鍵，除了有與原來(lái)鍵盤(pán)相同的功能鍵外，還有一個(gè)選碼鍵（或選碼轉(zhuǎn)輪），用該鍵取代原來(lái)鍵盤(pán)的0～9 10個(gè)數(shù)字，通過(guò)“ ”或“-”的方式滾動(dòng)選定0～9其中之一，然后再選定輸入。圖2是其結(jié)構(gòu)框圖。
顯示部分是一個(gè)一位的數(shù)碼顯示管，該部分即時(shí)顯示選碼鍵（或選碼轉(zhuǎn)輪）選中的數(shù)碼。顯示部分利用光學(xué)原理和光學(xué)材料限制數(shù)碼顯示視角。
上述兩部分組合，完成密碼的輸入過(guò)程。工作原理如下：開(kāi)始時(shí)鍵盤(pán)的顯示部分會(huì)顯示一個(gè)0～9之間的隨機(jī)數(shù)。通過(guò)轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)輪改變BCD可逆計(jì)數(shù)器的數(shù)值，當(dāng)轉(zhuǎn)輪正向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)器正向計(jì)數(shù)，即按0-1-2-3-4-5-6-7-8-9-0的規(guī)律計(jì)數(shù)；轉(zhuǎn)輪逆向轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，計(jì)數(shù)器逆向計(jì)數(shù)，即按0-9-8-7-6-5-4-3-2-1-0的規(guī)律計(jì)數(shù)。在該BCD碼計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)的同時(shí)，顯示部分即時(shí)顯示該計(jì)數(shù)器的數(shù)值。當(dāng)選中要輸入的數(shù)字時(shí)，按動(dòng)“選定”鍵，該BCD碼并行地存儲(chǔ)到鎖存器中，然后該BCD碼按設(shè)定的傳輸率輸出。按順序全部輸入若干位密碼后，按“確認(rèn)”鍵。
通過(guò)加入其它的聲光提示信息還可以提高鍵盤(pán)的操作靈活性。
2 鍵盤(pán)的實(shí)現(xiàn)電路和關(guān)鍵技術(shù)
2．1 硬件構(gòu)成
實(shí)現(xiàn)上述功能可以采用分立電子元件也可以用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)，還可以用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)在的技術(shù)條件，還可以用可編程邏輯器件實(shí)現(xiàn)。根據(jù)現(xiàn)在的技術(shù)條件，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)上述功能比較方便。利用8051單片機(jī)的緊湊結(jié)構(gòu)芯片AT89C2051可以在很小的面積上布線(xiàn)，并完成圖2的功能。由于AT89C2051的外部輸入/輸出引線(xiàn)有限，利用軟件譯碼會(huì)占用7條輸入/輸出線(xiàn)，所以在AT89C2051和7段LED數(shù)碼管之間接一個(gè)BCD碼到7段顯示碼譯碼器CD4056。
從外部看，用P1.0、P1.1、P1.2、P1.3和P3.7作為五個(gè)熱鍵（鼠標(biāo)式的只用三個(gè)）的輸入；P3.2、P3.3作為選碼轉(zhuǎn)輪的輸入接口；由P1.4、P1.5、P1.6、P1.7共4位即時(shí)傳送BCD碼到CD4056；CD4056的輸出直接驅(qū)動(dòng)7段LED數(shù)碼管。P3.5為串行通信口，用于傳送經(jīng)確定后的BCD碼。
圖2
2．2 選碼轉(zhuǎn)輪和可逆計(jì)數(shù)器
選碼轉(zhuǎn)輪是一個(gè)在內(nèi)徑成環(huán)形均勻布有12小孔的圓形轉(zhuǎn)輪，在PCB板上設(shè)備一個(gè)紅外發(fā)光管和兩個(gè)紅外接收管。轉(zhuǎn)輪轉(zhuǎn)動(dòng)會(huì)切割紅外光線(xiàn)，通過(guò)光電二極管和轉(zhuǎn)輪上的光孔形成信號(hào)，經(jīng)過(guò)整形后利用兩個(gè)信號(hào)輸入的先后順序識(shí)別轉(zhuǎn)輪的正反轉(zhuǎn)。
2.3 隨機(jī)數(shù)發(fā)生器
為了防止他人從輸入的動(dòng)作和規(guī)律看出所輸密碼，鍵盤(pán)的每次啟動(dòng)或每輸入一位碼后再輸入新一位碼時(shí)，鍵盤(pán)總是在0～9之間隨機(jī)顯示一個(gè)數(shù)，在此數(shù)的基礎(chǔ)上再進(jìn)行加/減計(jì)數(shù)。這個(gè)隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生用單片機(jī)一個(gè)內(nèi)部寄存器完成。該寄存器不斷進(jìn)行BCD不帶進(jìn)位的高速加計(jì)數(shù)，當(dāng)需要產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)時(shí)，從該寄存器即時(shí)取出當(dāng)時(shí)的計(jì)數(shù)值。由于取數(shù)是操作人員按動(dòng)“確認(rèn)”鍵后進(jìn)行，是一個(gè)隨機(jī)時(shí)刻，所以取出的數(shù)也是一個(gè)0～之間的隨機(jī)數(shù)。
3 視角限制方法
在顯示器的前面旋轉(zhuǎn)一層內(nèi)部平面經(jīng)過(guò)凹凸處理的透光材料。該層材料使與顯示器平面法線(xiàn)方向平行的光線(xiàn)不失真射出，使偏離中心的光線(xiàn)發(fā)生散射，從而限制顯示器在垂直方向的視角，即只允許交易者個(gè)人看到顯示器的內(nèi)容。調(diào)節(jié)顯示器的電流使顯示器的亮度為一個(gè)合適的值。通過(guò)調(diào)節(jié)顯示器表現(xiàn)與透光材料的距離h也能達(dá)到限制顯示器在垂直方向的視角，如圖3。
圖4是根據(jù)上述原理制作的鼠標(biāo)結(jié)構(gòu)密碼鍵盤(pán)圖。首先從功能上進(jìn)行對(duì)比實(shí)驗(yàn)，對(duì)比鍵盤(pán)是深圳某公司出品的碼位固定的明碼鍵盤(pán)，當(dāng)輸入一個(gè)0～9之間的數(shù)字時(shí)，該鍵盤(pán)串行傳送一個(gè)9位的二進(jìn)制碼3X，X是要傳送的數(shù)字。制作的鍵盤(pán)采用相同的編碼和傳輸率，接收端是一臺(tái)計(jì)算機(jī)。經(jīng)過(guò)100多次輸入6位密碼，兩者性能完全相同。
設(shè)計(jì)的顯示器視角為15°，即使在操作人員旁邊站立，也很難從密碼鍵盤(pán)輸入
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