CN111109657A - 一种电子烟及其加解密认证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电子烟及其加解密认证方法，所述电子烟包括：烟杆，用于与烟弹采用固定密钥加密和动态密钥加密两者结合的方式进行交互；烟弹，用于与所述烟杆进行交互；控制模块，用于给所述烟弹供电和形成烟弹进行认证的通信通路；电源模块，用于将所述控制模块的输出整流滤波得到烟弹工作所需的直流电压；加热模块，用于在所述烟弹输出的电热丝加热控制信号的控制下产生热量。

Description

一种电子烟及其加解密认证方法

技术领域

本发明涉及电子烟的加解密安全机制技术领域，特别是涉及一种电子烟及其加解密认证方法。

背景技术

电子烟是一种模仿卷烟的电子产品，其实质就是烟液(尼古丁)雾化器，有着与卷烟类似的外观、烟雾、味道和感觉，它通过雾化等手段，将尼古丁(含精油)烟液变成蒸汽后，形成可吸入烟雾，给吸烟者吞云吐雾的快感，由于烟油中主要成分是尼古丁，不含焦油、悬浮微颗粒和一氧化碳，对部分烟民来说，能起到一定程度的戒烟效果。

一般电子烟主要由烟杆、雾化器、烟弹组成，烟杆内部组成包括PCB板、充电电池、按键/显示器件；雾化器其实就是一个加热元器件，将烟弹内的烟油加热生成烟雾；烟弹由吸嘴和烟油仓组成，烟油仓中盛放烟油。目前的第三代电子烟已将雾化器集成在烟弹中，将电子烟的结构简化为烟杆和烟弹两部分组成。电子烟的售卖中，烟杆的使用寿命长，不会经常进行更换，而烟弹的吸取次数是有限制的，经常会更换烟弹，所以烟弹的销量是电子烟的主要利润来源。目前市场上的电子烟大多数没有加密认证功能，烟杆和烟弹不需要认证，烟杆可以随意用其他厂家的烟弹进行使用，只有少数电子烟进行了加密认证。

对于少数具有加密认证的电子烟，其烟杆与烟弹的加密方案一般采用加密芯片生成随机数，这个随机数也即是明文，通过加解密模块的加密算法生成密文，解密方案是通过加解密模块按照加密算法相同规则的解密算法反向解密，将密文解密为明文，电子烟每次吸取动作时，烟杆和烟弹之间的通信都遵循同一个加密算法，运用同一个固定密钥进行加解密。

也就是说，现有的电子烟烟杆与烟弹之间的加密认证采用固定的加解密算法和固定密钥，这样的方式容易被烟弹竞争者借助仪器进行破解，分析出加解密原理，能够仿造出具有相同加密认证的烟弹，因此这种单一的固定加密方式并不安全牢靠，能够被破解，难以做到有效加密认证。

发明内容

为克服上述现有技术存在的不足，本发明之目的在于提供一种电子烟及其加解密认证方法，以采用固定密钥加密和动态密钥加密两者结合的方式进行加解密，以提高电子烟的加密性能，使烟杆与烟弹具有双向防伪功能，二者配套才能一起使用，增强电子烟的防伪功能，使得该电子烟加密认证功能不被破解，保证烟杆烟弹做到一杆一弹专用，使烟弹无法被竞争对手进行抄袭仿制。

为达上述及其它目的，本发明提出一种电子烟，包括：

烟杆，用于与烟弹采用固定密钥加密和动态密钥加密两者结合的方式进行交互；

烟弹，用于与所述烟杆进行交互；

控制模块，用于给所述烟弹供电和形成烟弹进行认证的通信通路；

电源模块，用于将所述控制模块的输出整流滤波得到烟弹工作所需的直流电压；

加热模块，用于在所述烟弹输出的电热丝加热控制信号CTRL的控制下产生热量。

优选地，所述控制模块为一PMOS管Q1，所述烟杆内的电池输出VDD连接至所述PMOS管Q1的源极，所述烟杆内的控制电路的一输出口GPIO连接至所述PMOS管Q1的栅极，所述PMOS管Q1的漏极连接至所述烟弹的输入端VIN、电源模块以及加热模块。

优选地，所述电源模块包括二极管D1和储能电容C1，所述二极管D1的阳极连接所述PMOS管Q1的漏极，阴极连接至烟弹的电源输入正端Vcc和所述储能电容C1的一端，储能电容C1的另一端接地。

优选地，所述加热模块包括电热丝和NMOS管Q2，所述电热丝的一端连接所述PMOS管Q1的漏极，另一端接所述NMOS管Q2的漏极，所述烟弹输出的电热丝加热控制信号CTRL连接至所述NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q2的源极接地。

优选地，所述烟杆与烟弹之间通过所述烟杆的输出口GPIO、烟弹的输入端VIN与地形成Smart-Wire单线通信回路，进行认证识别，所述烟杆的电池输出VDD、烟杆输出口GPIO与烟弹的电热丝、储能电容C1、地形成回路给所述烟弹供电。

优选地，当所述烟杆和烟弹认证识别成功后，当吸取动作发生时，所述烟杆通过Smart-Wire单线通信回路发送加热电热丝命令给烟弹，烟弹解析命令成功之后，通过所述电热丝加热控制信号CTRL接通电热丝加热回路。

为达到上述目的，本发明还提供一种电子烟的加解密认证方法，包括如下步骤：

步骤S1，当接收到吸取动作指令时，所述电子烟的烟杆和烟弹通过RESET握手命令实现握手连接；

步骤S2，烟杆与烟弹之间进行交互，以获取烟弹的UID、TM，烟杆与烟弹之间交互的命令利用加解密模块SAC对进行固定密钥加密再交互；

步骤S3，烟杆根据获得的当前烟弹的UID和TM值，生成动态密钥B，烟弹利用当前的烟弹UID和TM值，于烟杆发送加热电热丝命令时，烟杆利用生成的动态密钥B对加热电热丝命令进行加密后发送至烟弹，烟弹通过相应的动态密钥B对其解密验证，以实现一次电子烟的吸取过程。

优选地，于步骤S1中，数据将以明文的格式进行传输，所述烟杆与烟弹通过Smart-Wire单线进行交互。

优选地，步骤S2进一步包括：

步骤S200，烟杆发出查询烟弹的UID、TM命令；。

步骤S201，对所述查询烟弹的UID、TM命令，利用固定密钥进行加密，并将加密后的密文数据通过Smart-Wire单线传送给烟弹；

步骤S202，所述烟弹接收到密文数据后，通过烟弹的SAC模块用同样的固定密钥进行解密，并于校验通过之后，对得到的数据判断其命令格式是否正常；

步骤S203，于判断结果为格式正确时，所述烟弹将其UID和TM值利用固定密钥进行加密为密文发回所述烟杆；

步骤S204，所述烟杆接收到数据包后，采用烟杆的SAC模块用同样的固定密钥进行解密解析数据，成功得到所述烟弹的UID和TM值。

优选地，步骤S3进一步包括：

步骤S300，所述烟杆根据获得的当前烟弹的UID和TM值，经过特殊算法得到动态密钥B；

步骤S301，所述烟弹用UID和TM值运用与烟杆相同的特殊算法得到相同的动态密钥B；

步骤S302，所述烟弹于接收数据之后运用动态密钥B进行解密，于校验通过后，检查得到的数据的命令格式是否为加热电热丝命令；

步骤S303，于命令检查正确无误后，通过所述电热丝加热控制信号CTRL接通电热丝加热回路，完成一次电子烟的吸取过程。

与现有技术相比，本发明一种电子烟及其加解密认证方法通过采用固定密钥和动态密钥相结合的加密安全机制，提高电子烟的加密性能，使烟杆与烟弹具有双向防伪功能，二者配套才能一起使用，增强电子烟的防伪功能，使得该电子烟加密认证功能不被破解，保证烟杆烟弹做到一杆一弹专用，使烟弹无法被竞争对手进行抄袭仿制，本发明将UID和TM二者的值形成动态密钥，保证了动态密钥时刻在变化，大大增强了电子烟的加密性能，使其具有更高的防伪性能。

附图说明

图1为本发明一种电子烟的结构示意图；

图2为本发明一种电子烟的加解密认证方法的步骤流程图；

图3为本发明实施例中烟杆与烟弹通信交互流程图

图4为本发明实施例中UID、TM查询流程图；

图5为本发明实施例中加热电热丝流程图。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例并结合附图说明本发明的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭示的内容轻易地了解本发明的其它优点与功效。本发明亦可通过其它不同的具体实例加以施行或应用，本说明书中的各项细节亦可基于不同观点与应用，在不背离本发明的精神下进行各种修饰与变更。

图1为本发明一种电子烟的结构示意图。如图1所示，本发明一种电子烟，包括：烟杆10、烟弹20、控制模块30、电源模块40和加热模块50。

如图1所示。其中，烟杆10包括外壳、充电电池及控制电路，外壳用于模拟传统香烟烟草段并储藏充电电池及控制电路，充电电池用于给电子烟供电，控制电路用于控制系统工作和接受外部电源补充电能并完成按键输入和显示；烟弹20由微处理器、吸嘴和烟油仓组成，用于与烟杆进行双向认证并提供盛放烟油的容器并提供用户吸食接口，当电热丝被加热时，烟弹内的烟油被雾化形成烟雾；控制模块30由PMOS管Q1组成，用于给烟弹供电和形成烟弹进行认证的通信通路；电源模块40由二极管D1和储能电容C1组成，用于将控制模块30的输出整流滤波得到烟弹工作所需的直流电压并储存；加热模块50由电热丝和NMOS管Q2组成，用于在电热丝加热控制信号CTRL的控制下产生热量。

具体地，烟杆内的电池输出VDD连接至PMOS管Q1的源极，烟杆内的控制电路的一输出口GPIO连接至PMOS管Q1的栅极，PMOS管Q1的漏极连接至烟弹的输入端VIN、二极管D1的阳极和电热丝的一端，二极管D1的阴极连接至烟弹的电源输入正端Vcc和储能电容C1的一端，电热丝的另一端接NMOS管Q2的漏极，烟弹输出的电热丝加热控制信号CTRL连接至NMOS管Q2的栅极，NMOS管Q2的源极、储能电容C1的另一端以及烟弹的电源输入负端与烟杆的电源输入负端相连组成地GND。

烟杆与烟弹之间通过烟杆的输出口GPIO、烟弹的输入端VIN与地形成Smart-Wire单线通信回路，进行认证识别；同时烟杆的电池输出VDD、烟杆输出口GPIO与烟弹的电热丝、储能电容C1、地形成回路给烟弹供电。当认证识别成功后，吸取动作发生时，烟杆通过Smart-Wire单线通信回路发送加热电热丝命令给烟弹，烟弹解析命令成功之后，通过电热丝加热控制信号CTRL接通电热丝加热回路，至此电热丝加热烟油，完成电子烟吸取流程。

图2为本发明一种电子烟的加解密认证方法的步骤流程图。如图2所示，本发明一种电子烟的加解密认证方法，包括如下步骤：

步骤S1，当接收到吸取动作指令时，所述电子烟的烟杆和烟弹通过RESET握手命令实现握手连接。

在本发明中，烟杆作为主设备，烟弹作为从设备，数据的发起方为主设备。当电子烟产生吸取动作时，由烟杆发送向烟弹发送RESET握手请求，此时数据不进行CRC校验和加密，数据将以明文的格式进行传输，烟弹向烟杆返回请求确认指令，则烟杆与烟弹RESET握手连接成功。本步骤中，烟杆与烟弹通过Smart-Wire单线进行交互。

步骤S2，烟杆与烟弹之间进行交互，以获取烟弹的UID、TM，烟杆与烟弹之间交互的命令利用加解密模块SAC对进行固定密钥加密再交互。

具体地，步骤S2进一步包括：

步骤S200，烟杆发出查询烟弹的UID、TM命令，所述UID为烟弹的唯一身份认证信息，每颗烟弹的UID均不同，TM为烟弹当前已经被吸取次数，TM值随着烟弹被吸取的次数而改变。

步骤S201，对所述查询烟弹的UID、TM命令，利用固定密钥进行加密，并将加密后的密文数据通过Smart-Wire单线传送给烟弹。

具体地，烟杆先对查询烟弹的UID、TM命令明文进行CRC8校验计算，将检验码插入到数据中，然后通过SAC(Security Algorithm Controller安全算法控制单元)模块用固定密钥A对数据进行加密，最终得到的密文数据通过Smart-Wire单线传送给烟弹。

步骤S202，烟弹接收到密文数据后，通过烟弹的SAC(Security AlgorithmController安全算法控制单元)模块用同样的固定密钥A进行解密，得到的数据再进行CRC8检验，于校验通过之后，对得到的数据判断其命令格式是否正常；

步骤S203，于判断结果为格式正确时，烟弹将其UID和TM值利用固定密钥A进行加密为密文发回烟杆。具体地，于判断结果为格式正确时，对UID和TM值同样进行CRC8校验计算，将校验码插入到数据中，再通过SAC(Security Algorithm Controller安全算法控制单元)模块用固定密钥加密组包为密文发回给烟杆。

步骤S204，烟杆接收到数据包后，采用烟弹端同样的方式进行解析数据，成功得到烟弹的UID和TM值。也就是说，烟杆接收到数据包后，通过烟杆的SAC模块用同样的固定密钥进行解密，得到的数据再进行CRC8检验，得到烟弹的UID和TM值。

步骤S3，于烟杆发送加热电热丝命令时，烟杆根据获得的当前烟弹的UID和TM值，生成SAC动态密钥B，烟弹利用当前的烟弹UID和TM值，烟杆利用生成的SAC动态密钥B对加热电热丝命令进行加密后发送至烟弹，烟弹通过相应的SAC动态密钥B对其解密验证，以实现一次电子烟的吸取过程。

具体地，步骤S3进一步包括：

步骤S300，烟杆根据获得的当前烟弹的UID和TM值，经过特殊算法得到SAC动态密钥B。由于不同的烟弹有着不同的标志其身份的UID，所以不同的烟弹在这个过程中的动态密钥不同，再者每次吸取动作发生后，烟弹的TM值也会变化，这也将导致同一颗烟弹在不同的吸取动作过程中的动态密钥也不同。

步骤S301，烟弹用UID和TM值运用与烟杆相同的特殊算法得到相同的SAC动态密钥B。

步骤S302，于烟杆发送加热电热丝命令时，将加热电热丝命令通过CRC8校验组包，利用SAC(安全算法控制单元)模块用动态密钥B进行加密后形成密文，通过Smart-Wire单线传送给烟弹。

加热电热丝是指烟杆下发加热电热丝命令给烟弹，烟弹打开电热丝开关开始加热烟油的过程。

步骤S303，烟弹于接收数据之后运用动态密钥B进行解密，得到数据后再进行CRC8校验，于校验通过后，检查得到的数据的命令格式是否为加热电热丝命令；

步骤S304，于命令检查正确无误后，烟弹打开电热丝加热，开始加热烟油，完成一次电子烟的吸取过程。

实施例

在本实施例中，电子烟的烟杆与烟弹之间的通信交互流程如图3所示，分为RESET连接握手，UID、TM查询，电热丝开关控制三部分，数据都将通过Smart-Wire单线进行交互，烟杆作为主设备，烟弹作为从设备，数据的发起方为主设备。

在本实施例中，烟杆和烟弹之间的交互采用固定密钥加密和动态密钥加密二者结合的加密机制，具体实现如下：

1、RESET握手连接

电子烟吸取动作时烟杆发送RESET握手命令，此时数据不进行CRC校验和加密，数据将以明文的格式进行传输。

2、UID、TM查询

烟杆与烟弹RESET握手连接成功之后，烟杆将发出查询烟弹的UID、TM命令。UID是烟弹的唯一身份认证信息，每颗烟弹的UID均不同。TM是烟弹当前已经被吸取次数，TM值随着烟弹被吸取的次数而改变。在这次数据交互过程中，加解密模块SAC将对数据进行固定密钥加密，流程如图4所示，烟杆先对查询烟弹的UID、TM命令明文进行CRC8校验计算，将检验码插入到数据中，然后通过SAC(Security Algorithm Controller安全算法控制单元)模块用固定密钥A对数据进行加密，最终得到密文数据通过Smart-Wire单线传送给烟弹。烟弹接收到密文数据后，安全算法控制单元SAC用同样的固定密钥进行解密，得到的数据再进行CRC8检验。校验通过之后的数据再判断命令格式是否正常，格式正确时烟弹将UID和TM值同样进行CRC8和固定密钥加密组包为密文发回给烟杆。烟杆接收到数据包后，也用同样的方式进行解析数据，成功得到UID和TM。

3、加热电热丝

加热电热丝是指烟杆下发加热电热丝命令给烟弹，烟弹打开电热丝开关开始加热烟油这样的过程。通信过程的数据用动态密钥的方式进行加密传输，流程如图5所示。烟杆查询得到当前的烟弹UID和TM，经过特殊算法得到SAC动态密钥B，同时烟弹用UID和TM运用与烟杆相同的特殊算法得到相同的SAC动态密钥B。不同的烟弹有着不同的标志其身份的UID，所以不同的烟弹在这个过程中的动态密钥不同。再者每次吸取动作发生后，TM值也会变化，这也将导致同一颗烟弹在不同的吸取动作过程中的动态密钥也不同。加热电热丝命令通过CRC8校验组包，安全算法控制单元SAC用动态密钥B进行加密后形成密文，通过Smart-Wire单线传送给烟弹。烟弹接收数据之后运用动态密钥B进行解密，得到数据后再进行CRC8校验，校验通过后，检查命令格式是否为加热电热丝命令。命令检查正确无误后，烟弹将打开电热丝加热开发，开始加热烟油，完成一次电子烟的吸取过程。在下一次吸取动作发生时，SAC动态密钥会由UID和TM经过特殊运算得到一个新的B’值。同样如果更换了烟弹，这个B’值也不相同。

综上所述，本发明一种电子烟及其加解密认证方法通过采用固定密钥和动态密钥相结合的加密安全机制，提高电子烟的加密性能，使烟杆与烟弹具有双向防伪功能，二者配套才能一起使用，增强电子烟的防伪功能，使得该电子烟加密认证功能不被破解，保证烟杆烟弹做到一杆一弹专用，使烟弹无法被竞争对手进行抄袭仿制，本发明将UID和TM二者的值形成动态密钥，保证了动态密钥时刻在变化，大大增强了电子烟的加密性能，使其具有更高的防伪性能。

上述实施例仅例示性说明本发明的原理及其功效，而非用于限制本发明。任何本领域技术人员均可在不违背本发明的精神及范畴下，对上述实施例进行修饰与改变。因此，本发明的权利保护范围，应如权利要求书所列。

Claims (10)

1.一种电子烟，包括：

烟杆，用于与烟弹采用固定密钥加密和动态密钥加密两者结合的方式进行交互；

烟弹，用于与所述烟杆进行交互；

控制模块，用于给所述烟弹供电和形成烟弹进行认证的通信通路；

电源模块，用于将所述控制模块的输出整流滤波得到烟弹工作所需的直流电压；

加热模块，用于在所述烟弹输出的电热丝加热控制信号CTRL的控制下产生热量。

2.如权利要求1所述的一种电子烟，其特征在于：所述控制模块为一PMOS管Q1，所述烟杆内的电池输出VDD连接至所述PMOS管Q1的源极，所述烟杆内的控制电路的一输出口GPIO连接至所述PMOS管Q1的栅极，所述PMOS管Q1的漏极连接至所述烟弹的输入端VIN、电源模块以及加热模块。

3.如权利要求2所述的一种电子烟，其特征在于：所述电源模块包括二极管D1和储能电容C1，所述二极管D1的阳极连接所述PMOS管Q1的漏极，阴极连接至烟弹的电源输入正端Vcc和所述储能电容C1的一端，储能电容C1的另一端接地。

4.如权利要求3所述的一种电子烟，其特征在于：所述加热模块包括电热丝和NMOS管Q2，所述电热丝的一端连接所述PMOS管Q1的漏极，另一端接所述NMOS管Q2的漏极，所述烟弹输出的电热丝加热控制信号CTRL连接至所述NMOS管Q2的栅极，所述NMOS管Q2的源极接地。

5.如权利要求4所述的一种电子烟，其特征在于：所述烟杆与烟弹之间通过所述烟杆的输出口GPIO、烟弹的输入端VIN与地形成Smart-Wire单线通信回路，进行认证识别，所述烟杆的电池输出VDD、烟杆输出口GPIO与烟弹的电热丝、储能电容C1、地形成回路给所述烟弹供电。

6.如权利要求5所述的一种电子烟，其特征在于：当所述烟杆和烟弹认证识别成功后，当吸取动作发生时，所述烟杆通过Smart-Wire单线通信回路发送加热电热丝命令给烟弹，烟弹解析命令成功之后，通过所述电热丝加热控制信号CTRL接通电热丝加热回路。

7.一种电子烟的加解密认证方法，包括如下步骤：

步骤S1，当接收到吸取动作指令时，所述电子烟的烟杆和烟弹通过RESET握手命令实现握手连接；

步骤S2，烟杆与烟弹之间进行交互，以获取烟弹的UID、TM，烟杆与烟弹之间交互的命令利用加解密模块SAC对进行固定密钥加密再交互；

步骤S3，烟杆根据获得的当前烟弹的UID和TM值，生成动态密钥B，烟弹利用当前的烟弹UID和TM值，于烟杆发送加热电热丝命令时，烟杆利用生成的动态密钥B对加热电热丝命令进行加密后发送至烟弹，烟弹通过相应的动态密钥B对其解密验证，以实现一次电子烟的吸取过程。

8.如权利要求7所述的一种电子烟的加解密认证方法，其特征在于，于步骤S1中，数据将以明文的格式进行传输，所述烟杆与烟弹通过Smart-Wire单线进行交互。

9.如权利要求7所述的一种电子烟的加解密认证方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：

步骤S200，烟杆发出查询烟弹的UID、TM命令；。

步骤S201，对所述查询烟弹的UID、TM命令，利用固定密钥进行加密，并将加密后的密文数据通过Smart-Wire单线传送给烟弹；

步骤S202，所述烟弹接收到密文数据后，通过烟弹的SAC模块用同样的固定密钥进行解密，并于校验通过之后，对得到的数据判断其命令格式是否正常；

步骤S203，于判断结果为格式正确时，所述烟弹将其UID和TM值利用固定密钥进行加密为密文发回所述烟杆；

步骤S204，所述烟杆接收到数据包后，采用烟杆的SAC模块用同样的固定密钥进行解密解析数据，成功得到所述烟弹的UID和TM值。

10.如权利要求9所述的一种电子烟的加解密认证方法，其特征在于，步骤S3进一步包括：

步骤S300，所述烟杆根据获得的当前烟弹的UID和TM值，经过特殊算法得到动态密钥B；

步骤S301，所述烟弹用UID和TM值运用与烟杆相同的特殊算法得到相同的动态密钥B；

步骤S302，所述烟弹于接收数据之后运用动态密钥B进行解密，于校验通过后，检查得到的数据的命令格式是否为加热电热丝命令；

步骤S303，于命令检查正确无误后，通过所述电热丝加热控制信号CTRL接通电热丝加热回路，完成一次电子烟的吸取过程。

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