基于RFID技术的Keyless车用免钥匙系统设计

BMW的多功能smart key设计，亦可用来进行电子支付。BMW

汽车的电子设备中，除了ECU与行车电脑关乎全车的运行关键外，另一个开发重点即为汽车的防盗保全设计，在汽车防盗保全的设计领域中，传统靠芯片钥匙的设计方式目前已渐渐被RFID整合的Keyless技术所取代，达到更全面的车辆防盗效果…

汽车防盗的第一道关卡，其实就是车门的门锁与引擎发动的钥匙系统，早期采取传统的金属钥匙搭配锁具来保全车辆的车门与电门，但传统钥匙容易遭受复制或破坏，无法有效发挥防阻窃贼的作用。

在车辆防盗导入电子科技之后，目前主流的应用方式是采取双重或多重的电子门锁进行车门上锁、开锁与电门开启动作，为了便利使用，在遥控门锁的无线技术方面，刻意增加了遥控信号传送距离，也能提供线上寻车、启/闭车门的功能。

但这种利用遥控无线技术搭配芯片钥匙的防盗技术，大多仍搭配传统金属钥匙，形成双重防护机制，但实际上对于窃贼而言，金属制的传统钥匙早已不具阻挡作用，也不再是车辆是否容易盗取的关键，车辆制造商必须思考，加强电子化的防盗技术层次，让车辆防盗的设计更具实用价值。

RFID与Keyless技术

RFID的中文名称为「无线识别系统」(Radio Frequency Identification)，是一种非接触式的自动识别系统，由于RFID为利用无线电波传送识别数据，多数架构是由1组射频识别系统，利用标签(Tag)与读卡机(Reader) 组成。

RFID的系统标准依感应距离差异，对应的技术也会略有不同，例如，ISO 14443A/B为超短距离应用智能卡(Proximity coupling smart cards)标准，此标准所定义的支持读取距离(reading distance)7~15厘米之短距离非接触智能卡应用功能，为透过13.56MHz运行，由于距离较短，其安全性较高(因为信号交换较不易受外界侧录)，适用于车室内的引擎启动认证。另ISO 15693为短距离智能卡(Vicinity coupling smart cards)标准，此标准定义读取距离可达1米，采行频率为13.56MHz，由于成本较ISO14443低廉，此架构多用于出入门禁、出勤考核的打卡数据蒐集。

多数的Tag设计是不需电池，但Tag本身装设有电路与线圈。由于Reader进行读取前会发出间歇无线能量，透过Tag上的线圈无线收集、转换成运行电力驱动RFID芯片，而Tag标签的电路即可采短距、无线的方式与Reader交换信息。检视Tag设计，基本上即为1片矽芯片加装天线的集合体，再以玻璃或塑料组件封装成卡片或钮扣型式，而当系统需要交互认证信息时，透过驱动芯片进行识别，其间整个数据交换、数据核对的程序均不需人工介入，自然可以达到最佳的数据验证安全性，尤其是经手付款验证方面，更能防堵有心人侧录破解。

观察Tag的卡片实体设计，会发现RFID拥有相对较高的恶劣环境耐受度，尤其是在高度油渍污染、高尘量等环境，RFID具备极佳的数据核对与验证优势。RFID的用途相当广，常见于工厂的料件管理、识别，也有用于宠物的身份芯片识别，而在汽车的应用方面，除了车厂料件管理，商品化的部分则以Keyless无钥匙身份认证机制之车门开启与引擎启动应用为多。

整合Keyless应用 更具实用价值

以往的车辆设计，必须利用金属钥匙进行用车者的身份认证，但传统钥匙利用机械式认证方式，被复制的难度不高，而后发展出整合芯片钥匙与车辆电脑系统验证钥匙合法性的机制。早期芯片钥匙多由各厂自行寻求解决方案，但为求功能完善并整合更多功能，导入RFID技术的产品开发模式，不仅可以解决车钥的合法性认证，加上RFID金钥不易被破解、复制的优异特性，可强化整个车钥合法认证的机制，甚至还可自工业标准的RFID架构往外延伸，提供随身车钥整合小额支付、电子钱包等加值应用。

目前全球多家汽车电子厂商均拥有自家的无钥匙技术，例如Siemens、Valeo、Tokai Rika、Bosch、Delphi等，技术底层与概念大同小异，关注的整合应用大致类似。

以德国大厂Mercedes Benz、BMW的Keyless Go系统为例，当用车者持有内含感应芯片之Smart Card靠近车子，约略数米，车门即可感应卡片并运行后续机制。而后又有业者尝试将生物识别技术与智能卡认证机制进行整合，其中指纹识别的Keyless方案相当多，如Siemens、Delphi均有相关产品，但生物特徵的识别能力考验较多，例如感应位置差异、手上沾有脏污、手汗/潮湿...等状况，都有可能让识别结果失真，影响车主的使用感受。

目前Keyless免钥匙系统，基本款的运作机制必须搭配遥控钥匙，与原本的车辆无线遥控器进行整合，尤其是在进行线上遥控车门启闭时，Keyless系统还必须能透过车门遥控传递安全认证码，以确认合法使用钥匙遥控车门，由于采用RFID的芯片口令认证，自然可以避免认证数据遭无线侧录、复制。

加/解密设计需合理化  提升防护效果

防盗设计者与窃车者，两者是处于对立面，防盗设计者试图透过更强的加密技术避免车辆遭窃，而窃车者则会采取不断尝试错误的模式进行破解，在传统的思维下，利用更多位元的加密字串，似乎是个较安全的防护措施，但实际上提升加密复杂度，对于系统设计而言，会造成字串解密的运算负荷，让解密时间拉长、成本增加，甚至影响使用品质，口令的长度应该采取适当的防护等级，以提供务实的防护效果。

实务的设计其实可以利用64bit或128bit进行加密演算，而在传输沟通时设置数组rolling code encrypting滚动式的口令金钥更换方式，让密钥的变换频次可以达到接近无穷大的程度，大幅降低Keyless系统遭有心人破坏的机率。