CN1431575A - 键值可随机变化的智能保密键盘 - Google Patents

Abstract

本发明属于计算机设备领域，涉及到电子技术，特别涉及到键值可随机变化的智能保密键盘。本发明的技术特征是对键盘上N个(N代表键盘上部分或全部的按键数量)键位的N个键值的显示位置进行随机改变，可以最大限度的保证使用者输入数据的保密性和隐私权，防止输入数据的被盗。该键值可随机变化的智能保密键盘可以广泛的应用于银行、股票交易所、提款机、商场等金融场所以及需要密码输入的设备，如密码锁等，具有广阔的市场前景。

Description

键值可随机变化的智能保密键盘

技术领域

本发明属于计算机设备领域，涉及到电子技术，特别涉及到键值可随机变化的智能保密键盘。

背景技术

目前，键盘已经成为了一种最重要的计算机外围输入设备。它不仅可以完成正常的文字输入，而且作为一种密码输入装置，已经广泛的应用于社会的各个领域，如：银行、股票市场等金融领域。

然而，作为密码输入装置，现有的键盘的保密性较差。其主要原因在于键盘各个键位的键值固定，比如一般所使用的数字小键盘，其数字“0-9”的排列位置顺序全世界统一，如图1。这样的结果是，使用者在输入密码时，一些有准备的观察者通过观察使用者对键盘上各个键位的操作可以分析出使用者输入的密码或者数据。因此，使用者的密码被窃的案例屡见不鲜。现有的键盘通过外加保护罩，仍不能改变这种状况。同时，由于我国的特殊情况，在银行、商场或其它人员密集的场合进行密码输入时，难以保证有效的保密距离，使用者的隐私权和财产受到极大的威胁，促使相当一部分人不愿意使用此类方法进行交易，大大影响了正常的金融秩序。

因此，研究一种新式键盘的设计方法，可以防止金融犯罪，保证正常的金融秩序，有着十分重要的社会效益和经济效益。

发明内容

本发明的目的是：提供一种能够根据需要，随机变化键盘N个(N代表键盘部分或全部按键的数目)按键的键值的显示排列顺序以提高键盘输入保密性的设计方法。

实现本发明的技术方案是：

一、键盘键位的键值显示部分和键盘按键的输入部分的设计；

二、对按键输入的处理部分的设计；

三、输出接口部分的设计；

四、对键盘N个(N代表键盘部分或全部按键的数目)按键的键值的显示位置排列的顺序进行随机变化的功能，实现键值可随机变化的智能保密键盘的设计。

1、键盘键位的键值显示部分和键盘按键的输入部分的设计，可以采用能够动态显示键盘各个键位键值的显示设备，比如液晶显示器、CRT显示器、数码管等其它显示设备；按键输入部分可以选用透明按键、或透明键盘等装置配合完成动态显示键盘各个按键的键值和按键输入两个功能；也可以选用将两个功能结合起来的设备，比如：直接采用能够显示图形和数字的触摸式显示器完成键盘的键值显示和键盘按键输入两个功能。

2、对按键输入的处理部分的设计，要完成将所输入的键值转换成计算机或其它外围设备所需要的码制，比如ASCII码或BCD码，以及完成键盘按键去抖等处理功能。

3、输出接口部分的设计，完成将输入的键值按照所需的电气接口和通讯协议传送给计算机或其它外围设备，如RS232接口等。

4、对键盘N个(N代表键盘部分或全部按键的数目)按键的键值的显示位置排列的顺序进行随机变化的功能，实现键值可随机变化的智能保密键盘的设计，是通过程序执行器或其它数字模拟电路完成这个功能，并将N个键值显示出来。在这个处理部分中，包含以下几个子功能：

a)对于键盘上N个按键的键位，每个键位分配一个固定的键盘物理位置后，对第一个按键的键值进行随机选择，也就是从N个键值中随机选择一个作为该按键的键值；然后，对第二个按键的键值进行随机选择，也就是从剩下的N-1个键值中随机选择一个作为该按键的键值；依此类推，直至第N个按键选择剩下的1个键值作为该键的键值。可以看出，这是概率领域中一个典型的队列的排列问题，其N个键值对应N个键位的位置全排列就有 $P_N^N=N\×(N-1)\×(N-2)\×\•\•\•\×3\×2\×1$ 种。这就是对N个键值队列进行随机排列，以得到该N个键值的全排列方式中的一种。

为了完成这一功能，还有以下两种方法。一种是：从N个键值的第一个键值开始，首先从N个键位随机选择出一个作为该键值的位置；然后，第二个键值从剩下的N-1个键位随机选择出一个键位作为该键值的位置；依次类推，直至第N个键值选择剩下的最后一个键位作为该键值的位置，也就是对N个键位队列进行随机排列以得到一个N个键位的全排列方式中的一种，并将N个键值队列与键位队列按照由左到右或由右到左的顺序一一对应显示，其原理同上面的方法完全一样。

另一种方法也类似：就是同时对N个键位和N个键值进行队列的排列，并将得到的两个队列按照由左到右或由右到左的顺序一一对应，让每个键位直接显示其在N个键值队列上对应的键值；反之亦然，让N个键值队列中的每个键值直接显示在对应的键位上。稍加分析，就可以看出上述三种方法，其原理完全一致，所完成的功能也一致，就是完成对N个键值对应N个键位的队列排列。

下面以数字键盘为例对这三个方法进行解释说明。先将10个数字键位在键盘上的物理位置固定下来，这里就以传统的数字键盘的“0-9”键的位置为这10个按键的物理位置，每个键位就用数字“0-9”表示，如图1。以第一种方法进行排列：首先，“0”号键位从“0-9”共10个键值中随机选择出一个，假设这里选择键值“2”，并将键值“2”从键值队列中去掉；然后，“1”号键位从剩余的9个键值里进行随机选择，假设这里选择出了键值“8”，并将键值“8”从键值队列中去掉；依此类推，“2”号键到“8”号键分别随机选择了键值“6”、“3”、“9”、“5”、“1”、“0”、“4”；直至“9”号键选择最后剩下的键值“7”。相当于对10个键值“0-9”进行随机排列，得到了“2863951047”这个排列顺序，然后就将这些键值按照这个排列顺序并和这10个键位的位置排列顺序“0-9”对应，分别显示在键位“0-9”的物理位置上，如图2。

对于第二种方法，道理完全一样：即首先对键值“0”，从10个键位中进行随机选择，这里假设选择了键位“7”，并把键位“7”从键位队列中排除；然后是键值“1”，从剩下的9个键位中进行随机选择，这里假设选择了键位“6”；依此类推，键值“2-8”，则假设分别随机选择了键位“0”、“3”、“8”、“5”、“2”、“9”、“1”；直至键值“9”则选择剩下的键位“4”，得到了“7603852914”这个排列，并将键值从“0-9'’分别显示在键位“7603852914”上，如图2。

对于第三种方法，其实与前两种也完全一样：对“0-9”10个按键的键位产生一个随机的队列排列，这里假设产生的键位排列为“7456893210”；对于“0-9”10个键值也产生一个随机的队列排列，这里假设为“0951473682”；然后将两个队列按照由左到右或由右到左的顺序一一对应，这里选择由左到右的顺序，也就是说“7”号键位显示的是键值“0”，反之，键值“0”在“7”号键位显示，依此类推，显示结果如图2。

通过上述例子，可以看出，这三种方法其实道理完全一样，其结果也完全一致。因此，可以任意选用其中一种，完成改变键盘上按键键值显示位置的功能。通过对数字键“0-9”共10个键位的键值进行排列，共有3628800种键值的排列方式。因此，键盘需要变化的键位越多，其排列方式也越多，保密性也就越强。

b)在特殊情况下，可以通过增加一些冗余键位完成更多的排列方式，以达到更高的保密性，如图3和图4。在图3中增加了两个冗余键位，使得10个键值在12个键位上的排列方式增加了 $P_{12}^{12}-P_{10}^{10}=132*3628800-3628800=475372800$ 种，大大提高了保密程度。因此，增加M个冗余键位后，对于N个键值在N+M个键位上的排列方式共有 $P_{N+M}^{N+M}=(N+M)\×(N+M-1)\×(N+M-2)\×\•\•\•\×2\×1$ 种，达到了进一步提高保密性的目的。

c)另外，为了键盘上键值在各个键位上排列顺序的保密性，需要设置一个多功能键或者单独的按键，比如“开始”键。在用户开始使用键盘时，需要先按下“开始”键，这时键盘内部的程序执行器或数字模拟电路将利用上面a)所述的三个方法之一，完成各键值的排列顺序的改变，并在各个键位上显示。等到用户按下“确定”键或“取消”键后，键盘内部的程序执行器或数字模拟电路再次对键值的排列顺序进行随机改变，以保证键盘的键值排列顺序的保密性。

d)在功能c)中，每次产生一个新的键值排列顺序后，键盘内部的程序执行器或数字模拟电路可以直接采用，或者与前一个键值排列顺序甚至是前x个键值排列顺序进行比较，直至产生一个与前一个甚至是前x个不同的键值排列顺序，并显示出来供用户使用。

e)在用户进行输入时，可以选择在用户每按下一次按键后就变化一次键值的排列顺序，也可以选择在按下几次按键后变化一次键值的排列顺序，或者是直至用户输入数据完成之前不进行变化。当然，在对键值的排列顺序变化之后，对于新的键值排列顺序要进行功能d)的处理。

综上所述，键值可随机变化的智能保密键盘，可以最大限度的保证输入密码的保密性和保护使用者的隐私权。

本发明的效果和益处是：

通过对键盘各个键位的键值的改变，极大的提高了键盘的保密性。由于目前的键盘各个键位的键值固定，因此观察者可以通过辨识输入者的输入手形得到操作者在键盘上所操作的各个键位的物理位置，并根据该键盘上各键位的键值可以最终得到使用者的输入密码。而本发明直接通过改变键盘上各个键位的键值，并保证每次当输入者开始使用时会产生一种新的键值排列顺序，并在使用结束后自动改变成为另一种排列顺序。因此，即使观察者可以通过辨识输入者的输入手形来得到输入者的对键盘操作的键位的物理位置，也无法得到真正的输入密码，因为观察者无法确定该键位的键值。由于普通“0-9”的10个数字键的键盘，就拥有3628800种键值的排列方式，还可以通过增加冗余键位的方式来增加键位键值的排列方式，以达到更高的保密目的。本发明也可以通过外加保护罩的方式以最大限度的保护密码的保密性和保护输入者的隐私权。

因此，本发明可以广泛的应用于银行、提款机、股票交易所、市场等需要输入密码的场所，同时还可以应用于特殊的保密设备，如密码锁的密码输入装置等等。本发明不仅拥有十分广阔的市场前景，而且能够保护正常的金融秩序，并可以起到防止金融、刑事犯罪等目的。

附图说明

图1是现有的数字键盘的键位键值排列顺序的键盘示意图。

图2是经过数字模拟电路随机改变数字键位的键值排列顺序后的其中一种排列顺序的键盘示意图。

图3是10个键值在带有2个冗余键位的共12个键位上的一种排列方式。图中(1)和(2)为两个冗余键，用来增加按键的排列方式。

图4是10个键值在带有2个冗余键位的共12个键位上的另一种排列方式，图中(1)和(2)为两个冗余键位。

具体实施方式

以下结合附图，采用触摸式液晶显示器完成键盘键值的显示和键位的输入功能为例进一步说明。

步骤1.

利用单片机完成对液晶显示器的初始化，在显示器上显示出传统数字“0-9”键的按键排列，以及“开始”、“确定”、“取消”三个功能键，如图1。“开始”键的功能是让内部的数字模拟电路产生一种与传统的按键键值排列不同的键值排列。“确定”键的功能是在用户输入完成并确定输入正确后，按下该键代表一次输入的结束，单片机接收到该指令后同时完成对输入密码的确定操作和对键值队列的重新排列显示的工作。“取消”键的功能是，在用户按下该键后，单片机接收到后输出一个取消的信息，发送给计算机或者其它的密码处理设备，以取消这次的密码操作，并对键值队列重新排列、显示。本例中，只对“0-9”共10个数字键的键值进行排列，并且在用户完成输入后，键盘选择将10个键值按照传统的键值排列顺序在键盘上显示，如图1。

步骤2.

扫描“开始”键，只有该键被按下后，键盘才开始工作。在该键被按下后，单片机首先将执行本发明技术方案中的功能a)和功能d)，这里对随机产生的键值排列顺序与传统的排列顺序相比(见图1)，以得到与传统键值的排列顺序不同的排列，如图2。

步骤3.

单片机开始扫描各个数字键位和“确定”键以及“取消”键。在用户进行操作时，单片机将用户按下的各个键位的键值发送给计算机或者其它处理设备。直到用户输入“确定”键或者“取消”键，键盘上的键值排列顺序保持不变。

步骤4.

在用户输入“确定”键时，单片机先是向计算机或其它设备发送“确定”键的键值，然后重新对键盘上各个键位的键值进行排列，恢复成传统的排列方式，如图1。

步骤5.

如果用户输入“取消”键，单片机则向计算机或其它设备发送该“取消”键的键值，并将键盘恢复成传统的键值排列顺序，等待下一次输入的开始。

Claims (7)

1.一种键值可随机变化的智能保密键盘，通过对键盘上部分或全部按键共N个键位的N个键值队列，进行随机排列以得到N个键值队列不同的排列方式，来实现对键盘上N个键位所显示的各个键值的相对位置发生随机改变，其特征在于采用下述方法：

(1)对于键盘上N个按键的键位，每个键位分配一个固定的键盘物理位置的步骤；

(2)对N个键值队列进行随机排列以得到一个N个键值的全排列方式之一的步骤；

(3)对步骤(1)得到的N个键位队列和步骤(2)得到的N个键值队列按照由左到右或由右到左的顺序一一对应，并将各个键值在其所对应的键位上显示的步骤。

2.根据权利要求1所述的键值可随机变化的智能保密键盘，其特征还在于：

(1)对N个键位队列进行随机排列以得到一个N个键位的全排列方式之一的队列排列的步骤；

(2)将N个键值排列成一个队列的步骤；

(3)对步骤(1)N个键位队列和步骤(2)N个键值队列按照由左到右或由右到左的顺序一一对应，并将各个键值在其所对应的键位上显示的步骤。

3.根据权利要求1所述的键值可随机变化的智能保密键盘，其特征还在于：

(1)对键位队列进行随机排列以得到一个N个键位的全排列方式之一的队列排列的步骤；

(2)对键值队列进行随机排列以得到一个N个键值的全排列方式之一的队列排列的步骤；

(3)对步骤(1)得到的N个键位队列和步骤(2)得到的N个键值队列按照由左到右或由右到左的顺序一一对应，并将各个键值在其所对应的键位上显示的步骤。

4.根据权利要求1所述的键值可随机变化的智能保密键盘，其特征还在于：通过增加M个冗余键位，来增加N个按键键值位置的排列方式，使N个键值在N+M个键位上共有 $P_{N+M}^{N+M}=(N+M)\×(N+M-1)\×(N+M-2)\×\•\•\•\×2\×1$ 种排列方式，并在N+M个键位上显示N个键值。

5 根据权利要求1所述的键值可随机变化的智能保密键盘，其特征还在于：在开始输入数据时，键盘内部的程序执行器或数字模拟电路对键盘N个按键的N个键值的位置队列进行随机排列，并在N个键位上显示出来。

6.根据权利要求1所述的键值可随机变化的智能保密键盘，其特征还在于：在每次产生一个新的键值排列顺序后，键盘内部的程序执行器或数字模拟电路直接采用，或者与前一个键值排列顺序甚至是前x个键值排列顺序进行比较，直至产生一个与前一个甚至是前x个不同的键值排列顺序。

7.根据权利要求1所述的键值可随机变化的智能保密键盘，其特征还在于：在输入数据时，选择在每按下一次按键后就变化一次键值的排列顺序，或者选择在按下几次按键后变化一次键值的排列顺序，或者是直至输入数据完成之前不进行变化。

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