摘要：KEELOQ技术是一种重要的安全加密解密技术，它具有多变化，抗截获的特性。该技术的重要部分是保密的，只掌握在国外少数几家公司手中。提出了一种实用可靠的KEELOQ算法，并给出了实现算法的软件流程。
关键词：KEELOQ技术 加密 解密 同步
KEELOQ技术作为一种保密的高新技术，对许多人来说比较陌生，但是它正广泛应用于各种防盗报警系统（特别是车辆的防盗报警系统）、
遥控电子锁及其他完全的控制领域。它是一种多变化、抗截获、安全可靠的跳码加密解密技术。目前这项先进技术只掌握在国外少数几家公司手中，他们利用集成电路设计的优势，把这项技术封装在芯片里，向用户销售。工程师基于他们提供的硬件做一些开发，很多时候感到不方便。KEELOQ技术其实是一种复杂的协议，只要弄清楚它的原理，就可以根据实际需要在这个协议里选择合适的参数。本文对KEELOQ技术进行了专门研究，提出了一种软件实现方法，并将这一方法应用于汽车防盗报警系统中。
1 KEELOQ技术的一般特点
KEELOQ技术作为一种安全实用的加密解密技术，具有以下特点：
（2）将KEELOQ技术应用于通信中，安全性非常好。同一条命令，经KEELOQ编码后每次得到的码字都不相同（在一个非常长的周期里），且这种变化是无规律的。
（2）发送方发送的码只能被一个特定的对象有效接收，接收方只有预先取得（通过学习）发送方的加密钥匙后，才能对接收到的数据进行有效解密。
（3）特定的对象只有经过学习某一发送者的信息后，才能使用。
（4）这种技术能防止发送码被截获后再转发带来的危害。
（5）接收方能随时清除自己保存的学习信息，使原来的发送方不能控制自己，这样能有效避免第三方非法使用。
正是这些特点使得KEELOQ技术越来越受重视，越来越广泛使用。
2 硬件实现KEELOQ技术
基于KEELOQ技术的专用芯片分为两种：一种实现加密功能，一种实现解密功能，通常配合起来使用。实现加密功能的芯片带有4个按键接口，组合使用可达15种功能。每一次有键按下，就自动生成KEELOQ加密码。KEELOQ加密码的组成一般如下：
一旦芯片制造出来，上述项的长度就是确定的。如序列号的长度设计成28位，整个系统的容量就不会超过268435455（2 28-1），如果想扩展系统容量非常不方便。这种芯片在使用前必须预置一些初值（序列号、加密钥匙、同步计数器）。发送方和接收方一起工作前，接收方必须先通过学习来获得并存储发送方的序列号、加密钥匙和当前同步计数器的值。
学习是KEELOQ技术的一个重要方面。
硬件实现KEELOQ技术加密过程如图1所示。
序列号用来标识不同的对象；加密钥匙用来对发送的数据进行加密，增加破译的难度，它不直接送出去；同步计数器是用来抗截获的，每次有键按下，同步计数器的值就被更新，它经过加密变换后被发送出去。
硬件实现KEELOQ技术解密过程如图2所示。
接收方在确认序列号匹配后，对接收的数据进行解密，然后检查同步计数器是否匹配，在确认其匹配后，再去处理接收到的按键信令。
经过使用发现用硬件实现KEELOQ技术存在下列不足之处：
（1）硬件成本高，在使用KEELOQ芯片时，还需要一个单片机（MCU）来控制，量产时这点显得比较突出。
（2）按键信令必须组合（同时按下1个以上的键），否则只有4种功能，通过组合最多只有15种功能。这导致按键不方便、功能扩展几乎不可能。
（3）某一特定型号的芯片其序列和同步计数器的长度是固定的。当系统建成后，开发者如果想只通过软件升级来扩充系统的容量或提高系统的性能、用硬件实现KEELOQ技术基本不可能。
（4）KEELOQ技术对按键信令编码只停留在检错这一层面上，没有作纠错层面的编码。
（5）受硬件设计限制，灵活性差；不拥有核心技术，容易受制于人。
正是这些不足之处促使我们研究用软件来实现KEELOQ技术。
3 软件实现KEELOQ技术
KEELOQ技术的核心是KEELOQ算法，KEELOQ算法作为KEELOQ技术的重要部分是保密的。经过长时间的探索、研究、验证，本文提出了一种可靠的KEELOQ算法，并将其成功应用到汽车防盗报警系统中，取得了非常好的效果。
序列号加密钥匙选用32位的m序列，
对于一个用户而言，其加密钥匙和序列号不相同。同步计数器的长度从理论上讲越长越好，但是如果越长其他方面的开销就越大，这里选用16位的m序列。汽车防盗器由两部分组成：装在车身上的部分称之为座机；手持控制部分称之为手机。为了节省硬件开销，手机只设计三个按键，无组合按键，一共有12种按键功能。每个键有四种状态：一点按、两点按、三点按、长按。这12种按键又分成两类：一是控制座机操作的命令控制键（包括学习启动键），一是手机自身操作键。每次按下命令控制键，就执行KEELOQ加密过程。软件实现KEELOQ加密操作流程如图3所示。
对按键信令进行纠错编码处理是必要的：假设某次按键信令为0110，经信道传输后，接收方解密得到的码字变为0101，而0101也表示一种有效的命令。显然，这种误操作带来的后果是严重的。用Walsh码编码，经过编码后，能同时发现并纠正3个或3个以内的错误；同时根据编码的特点，用加密钥匙对编码后的按键信令做变换处理。试验表明这些措施极大地提高了系统的可靠性。
KEELOQ算法的关系之处在于同步计数器。如前所述，手机在第一次使用前必须预置有效的序列号、同步计数器值、加密钥匙。座机通过控制可以学习任何一只手机，学习成功手保存该手机的序列号、同步计数器值、加密钥匙。每次按下命令控制键时，手机的同步计数器的值加1（仅仅只有一位发生变化），经过m序列发生器，从统计的角度看，有一半的位发生改变。接收方的确认接收数据的序列号匹配后，对接收数据进行解密，然后确定同步计数器是否匹配，只有同步计数器确认匹配后，才处理接收的按键信令。通过图4来说明确认同步计数器的匹配过程。
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习后才能对接收方进行有效控制。由于接收方每次接收到有效命令后，就更新自己同步计数器的值，使前一次用过的同步计数器的值成为禁用码，不再有效。这样就能够避免发送的码被截获而再转发带来的危害。
