Делаем универсальный RFID-ключ для домофонов / Хабр

Что это такое? Что умеет?

Устройство, которое я собирал в далёком 2021 году, есть ни что иное, как спуфер домофонного RFID-ключа, работающего на частоте 125 кГц. Слово «спуфер» в данном случае означает, что устройство, по сути ключом не являясь, выдаёт себя за него, и домофоны реагируют на это соответствующе.

Прибор умеет транслировать любые коды ключей, которые записаны в его память. Некоторые коды можно найти в Сети по запросу «ключи-вездеходы», их я вставил в прошивку в первую очередь. Но при некотором навыке и желании можно вставить в прошивку коды вообще всех RFID-ключей, которыми вы пользуетесь (если они работают на частоте 125 кГц), и, таким образом, иметь возможность заменить одним прибором связку брелков.

Я знаю, что на просторе Сети гуляет большое количество схем подобных устройств. Моей целью было создать наипростейший вариант из всех доступных. Удалось или нет — судите сами.

Что в прошивке можно менять, а что — лучше не трогать

Поскольку лепилась прошивка на основе

то жизненно-необходимые функции, которые менять нельзя вот прям совсем, я вынес в отдельную вкладку functions.ino. Остальная часть программы служит исключительно для предоставления пользователю комфортной возможности вызвать функцию EmulateCard (ну, и нескольких строчек кода перед ней).

Свои ключи можно добавлять в массив uint64_t universalID[], расположенный на 75 строке кода. Поскольку я не «задефайнил» общее количество ключей в памяти устройства, а некоторые функции завязаны на эту константу, при добавлении своего ключа следует менять также пределы, в которых находится переменная keyNumber, отвечающая за выбор ключа. Ну и не забывать свой ключ в меню добавлять. В общем, всё сыровато, но при желании, повторюсь, разобраться не трудно.

Что внутри ключа

Ключ представляет собой постоянное запоминающее устройство, внутри которого хранится код (серийный номер). Когда происходит контакт с замком, информация с памяти брелока считывается и дверь открывается.

Память ключа является энергонезависимой. Самый распространенный тип памяти ― Touch Memory (запоминание прикосновений). Обмен информации с домофоном осуществляется с использованием протокола One Ware (один провод): взаимодействие происходит одновременно с несколькими устройствами и передает для этих устройств питание посредством одного канала.

В момент связи с модулем домофона кратковременное питание запоминающего устройства происходит за счет встроенного в брелок конденсатора. Основной блок периодически подает сигнал (не реже, чем раз в 120 микросекунд), поддерживая необходимый уровень заряда и питание микросхемы ключа. Самостоятельно брелок домофона никаких импульсов не создает.

Если что-то пошло не так

На работу системы, то есть на скорость считывания информации и срабатывание сигнала открытия замка, оказывают влияние погодные условия и техническое состояние «таблетки» (уровень загрязнения или повреждения поверхности). Поэтому нужно бережно относиться к брелоку.

Если вы обнаружите, что кто-либо из посторонних подобрал ключ к домофону вашего подъезда, то необходимо перекодировать списки номеров. Для этого обратитесь в обсуживающую компанию. То же самое нужно предпринять, если вы потеряли ключ от домофона ― вам выдадут дубликат.

Такая система контроля доступа в подъезд широко используется, потому что она недорогая и надежная. Скорее всего, брелок от домофона надолго останется привычным атрибутом нашей повседневной жизни.

Как устроен основной блок

Модуль домофона работает в режиме ожидания и периодически подает сигналы ключу. При контакте с замком брелок дожидается такого сигнала и генерирует импульс, позволяющий основному блоку установить связь. Затем домофонный модуль начинает чтение памяти ключа, идентифицирует его серийный номер и отпирает соответствующую дверь. Поэтому даже если весь дом обслуживается одной компанией, жители не могут проникать в чужие подъезды.

Принцип работы основного блока не меняется, но у разных производителей «начинка» ключа имеет отличия в характеристиках. То есть конкретный домофонный блок может работать только с определенным видом брелоков.

Почему открывается нужная дверь

При контакте с ключом замыкается цепь и создается канал для считывания информации. Основной модуль получает ее в виде импульсов. Всего принимается 64 бит информации, то есть количество генерируемых импульсов ― 64.

Система работает, передавая разные интервалы освобождения и замыкания цепи. Если ключу нужно передать логический ноль, то он «зануляет» шину. При передаче логической единицы ключ молчит.

Домофон анализирует полученные данные и сверяет их с заложенным списком. Замок открывается, когда модуль находит совпадение. Серийные номера ключей (коды) в список вносит компания-установщик в процессе монтажа устройства.

Что в приборе можно было бы доработать

1. Добавить поддержку ключей iButton (хотя бы самых распространённых от Dallas).
2. Добавить эмуляцию ключей, работающих на частоте 13,5 МГц (как я понял, либо через ношение перезаписываемой заготовки и модуль RC522, либо технически-сложно, через реальную эмуляцию).
3. Добавить в прибор ридеры iButton, RDM6300 и RC522, чтобы сделать прибор ещё более универсальным.

У кого что получится — пишите о результатах. Сам я к разработке этой игрушки в ближайшее время возвращаться не собираюсь)

Какими навыками нужно обладать, чтобы повторить данный проект?

Прежде всего, навыки работы с Arduino: иметь установленную среду разработки, уметь заливать в плату прошивки, устанавливать библиотеки, драйверы, вот это вот всё. Далее. Имеется в проекте место, где без пайки — ну вот никак. Потому — нужны прямые руки и паяльник с расходниками.

Будни домофонщика часть 0. вступление (v2, перезалив)

Какие запчасти нужны и как их монтировать?

Как видно, BOM для базовой версии выглядит примерно так:

1. Arduino Nano (или любая другая Дуня, которая под рукой есть);
2. RFID-ключ формата EM4100 (вместо катушки индуктивности);
3. n-p-n транзистор (любой какой отыщется, частоты тут не очень высокие);
4. резистор на 10К;
5. конденсатор на 560 пФ (лучше SMD, можно прямо в корпус от ключа припаять);
6. литий-ионный аккумулятор — по вкусу;
7. три сенсорных кнопки;
8. OLED-дисплей с I2C интерфейсом;
9. модуль зарядки для liIon;
10. повышающий DC-DC преобразователь с выходом 5 В.

Схема питания может быть любой, лишь бы хватило Arduino чтобы стартовать. Устройства ввода/вывода — аналогично: прошивка легко может быть адаптирована под те кнопки/дисплеи, что есть в наличии (ссылка на гитхаб — чуть ниже). Текущая версия прошивки написана под OLED-дисплей и сенсорные кнопки (взяты были из соображений «бездребезговости»).

Собрать тестовый образец можно и на беспаечной макетке. Особых инструкций тут не требуется, за исключением того, как быть с «индуктивностью». Об этом — поподробнее.

Ключ, подобный тому, что на фото, можно раздобыть у любого местного мастера, либо заказать на Али. На корпусе ключа имеется крышка, которую следует аккуратно открыть, добравшись до начинки:

Она представляет собой катушку и микросхему памяти с двумя контактными площадками по бокам. Выводы катушки припаяны как раз к этим площадкам. Всё это залито тонким слоем эластичного термополимера (по виду и свойствам похожего на застывший клей B7000).

Чтобы добыть катушку, я поступил следующим образом. Взяв канцелярский нож, я аккуратно продавил лезвием текстолит между площадками и микросхемой. Микросхему отделил от катушки и выкинул. Затем паяльником я аккуратно (чтобы не отпаять тонкие проводки катушки) сжёг термополимер над контактными площадками, сделав возможным дальнейшую прозвонку.

Прежде чем паять, следует измерить сопротивление катушки, убедившись, что она не в обрыве. Если всё в порядке, то собирать лучше так: сперва припаять SMD-конденсатор к контактным площадкам (он должен аккуратно поместиться между ними), затем — ножки транзистора и под конец — резистор к базе. Всё это можно аккуратно смонтировать в корпус ключа. Провода «земли» и базы транзистора припаивать в последнюю очередь.

Затем сделать в крышке ключа отверстие под эти провода, и закрыть брелок, придав ему почти что первозданный вид. Для сборки на беспаечной макетке к проводам следует припаять штырьевые разъёмы (или просто хорошенько залудить их, чтобы можно было без проблем вставлять в макетную плату).

4 вида ключей для домофонов

Виды ключей от домофона тоже отличаются по своим техническим свойствам. Расскажем об основных разновидностях отпирающих устройств, которых насчитывается 4.

Прошивка, тест и наладка

Как и обещал,

проекта. Файлы прошивки лежат в папке My_125_kHz_spoofer_v.03.

После сборки и заливки прошивки прибор готов к использованию. Чтобы убедиться в его работоспособности, совсем не обязательно искать домофон — можно обойтись китайским модулем для чтения RFID-ключей, который называется RDM6300 и ещё одной платой Arduino (хотя кому что проще).

Порядок тестирования с помощью ридера RDM6300:

1. Убедиться, что ридер работает, поднеся к антенне любой из имеющихся в наличии ключей на 125 кГц (данные будут выводиться в COM-порт);
2. Выбрать в меню спуфера интересующий код ключа;
3. Поднести антенну к ридеру. Если ридер прочёл тот же ключ, что указан в прошивке — всё получилось! Else — проверяем схему, ищем, где ошибка, устраняем её и начинаем с пункта 1.

История создания

Была на дворе осень 2021 года. Будучи студентом второго курса магистратуры, я томился неразрешёнными вопросами самоопределения. Проще говоря, маялся бездельем и искал, чем бы заняться. В итоге решил довести до конца свои старые инженерные проекты в ущерб посещению университета.

Погода на дворе стояла просто роскошная. А что может быть лучше, чем прохладной осенней ночью сидеть где-нибудь на крыше многоэтажки, попивая чай из термоса и созерцая суету ночного города под ногами?..

Днём попасть в подъезд любой многоэтажки труда не составляет никакого — социнженерия из серии «Здравствуйте, соцопрос о качестве работы управляющей компании для название_местной_газеты» отлично работает, да и вообще, в основном жильцы не против, чтобы кто-то заходил в подъезд вместе с ними.

Как я помню, информация о подобных устройствах нашлась не сразу. Гуглёжка по ключевикам «взломщик домофонов» не давала почти ничего. Адекватное стало находиться, когда я чуть-чуть разобрался в технологии RFID, и стал задавать уже более осмысленные вопросы, типа «RFID emulator», «RFID multykey», «RFID spoofer».

В итоге получилось отыскать две приличные англоязычные статьи по теме. В одной автор описывал, как на основе Arduino делался довольно замороченный с аппаратной точки зрения ключик, а во второй — всё то же самое, но без исходников, зато с очень простой аппаратной частью.

На фото в начале данной статьи — далеко не первая версия прибора. Первая была на макетке, и работала через СОМ-порт. Помню, как прохожие всячески давали мне понять, что я выгляжу подозрительно, когда я с раскрытым ноутом стоял у двери многоэтажного дома, и что-то там пиликал в домофоне.

Затем было несколько более компактных версий, которые я собирал и разбирал ради интереса. Предпоследнюю спёр один из главных героев предыдущей моей статьи. Нынешняя версия была собрана 29 января сего года, в перерыве между уроками, которые я веду в своём кружке. Собрана только с целью убедиться, что я никого не дезинформирую, и прошивка со схемой работают.

Cyfral

Металлическая «таблетка» отпирает цифровой замок, если её приложить к считывающему устройству. Домофонные ключи Cyfral стоят дорого, характеризуются высокой секретностью идентифицирующего шифра и устойчивы ко взлому. Все отпирающие механизмы данного бренда сконструированы на одинаковой элементной базе. Именно она обеспечивает бесперебойное функционирование устройства в течении продолжительного периода эксплуатации.

Внешний вид ключей Cyfral напоминает брелок. «Головка» из качественного металла зафиксирована на конце ключа и обеспечивает контакт с механизмом, считывающим код. Надёжность работы такой «таблетки» во многом зависит от характеристик программируемой заготовки.

Dallas

Ключ Dallas в форме металлической «таблетки», зафиксированной на металлическом держателе с маркировкой названия домофонной системы. Данный вариант оригинального модуля легко копируется на заготовку любого типа с максимальной точностью 100%. В основе отпирающего устройства находится микросхема.

Домофонные ключи Dallas отличаются высокой износоустойчивостью, надёжны и не восприимчивы к коррозии. Они не утрачивают своих первоначальных свойств и технических характеристик под воздействием агрессивной внешней среды. Корпус магнитного ключа этой марки сделан из металла высокого качества. Это увеличивает срок службы устройства и наделяет его миллионным циклом касаний к считывающему механизму.

Разные виды домофонных ключей могут взаимодействовать с различными цифровыми системами. При выборе системы цифрового доступа пользователь может самостоятельно выбирать определённый тип ключей, ориентируясь на их функциональные и технические возможности.

Proximity-ключи

Безопасные и надёжные ключи с 8-значным буквенно-цифровым идентификатором. Подобрать данный шифр самостоятельно нельзя, поэтому посторонние лица точно не смогут открыть замок. Антивандальная защита устройства высоко оценивается пользователями, поэтому производители домофонных дверей часто выбирают для их комплектации ключи Proximity.

Touch memory

Самый популярный тип домофонных отпирающих модулей. Пользователи называют его «таблеткой» или идентификатором. Механизм представляет собой миниатюрную микросхему, хорошо защищённую стальным корпусом. Он имеет высокую герметичность и ударопрочность. В систему данного ключа встроен 64-разрядный идентификатор, надёжно защищённый от взломов и несанкционированной подделки. Поэтому запирающий механизм обеспечивает высокий уровень защиты цифровых замков от взлома.

Герконовая пара

Домофонные ключи этого типа имеют вид пары, включающей в себя постоянный магнит и ёмкость вакуумной структуры. Внутри вакуумной колбы спрятано магнитное поле, которое воздействует на отпирающий механизм и помогает открыть электронный  замок на двери.

Заводские коды

Мастер код в память ключа заносится в процессе его изготовления на заводе. Кроме специального кода в памяти могут оставляться и пустые ячейки, в которые записаны либо нули, либо другие знаки. Эти ячейки могут применяться для программирования дополнительных кодов.

Раньше практически во все ключи вписывались заводские коды, которые позже срабатывали в 100 случаях из 100. В процессе модернизации домофонов и изменения политик безопасности теперь не любой домофон можно будет открыть, используя только заводской код. По статистике на 100 попыток приходится только 50 срабатываний.

Зачем для домофонов делают разные ключи?

Заготовки домофонных ключей отличаются по своему шифру. Их делают разными потому, что всегда сохраняется риск потери оригинального ключа. Наличие специальных заготовок, дублирующих ID-идентификатор, исключает вероятность попадания модуля в руки посторонних лиц. Злоумышленники не смогут использовать отпирающий механизм в собственных целях.

Кроме заготовок с идентичным шифром необходимы специальные механизмы, считывающие идентифицирующий код с оригинального ключа, а также программаторы, позволяющие записать сигнальный код на новую заготовку. Процесс перезаписи шифра на цифровой модуль происходит за несколько секунд.

Первоначально необходимо считать кодовый сигнал с оригинала. Если ключ утерян, сделать это не получится. Поэтому дубликат домофонного ключа лучше создавать заранее. Потом выбирается новый модуль с прочным корпусом и на него записывают скопированный код.

Полезный совет. Сделайте копию оригинального домофонного ключа заранее, чтобы в случае его утраты иметь доступ к электронному дверному замку. Иначе придётся менять замок и эта процедура обойдётся намного дороже, чем создание дубликата ключа.

Сегодня производители предлагают клиентам различные типы домофонных ключей. Они используются для открытия цифровых устройств определённой конструкции на дверях. Каждый такой модуль работает по-разному, имеет разнообразную степень защиты. Основные разновидности цифровых модулей будут описаны ниже.

Как работает ключ для домофона?

Существуют разные виды ключей для домофона. Данный элемент представляет собой электронное приспособление,  на котором записан специальный код. Электронный блок домофонной двери проверяет этот шифр и в случае его соответствия открывает проход внутрь. Если же отсканированный ID-шифр не совпадает, двери остаются закрытыми.

Как сделать универсальную отмычку?

Магнитный ключ для домофона, как и любая другая вещь может потеряться или сломаться. Поэтому желательно иметь запасной ключ или специальное устройство – универсальный домофонный ключ. Чтобы его сделать потребуются специальные коды, прописываемые в заготовку прибора, которая впоследствии и станет той отмычкой, которая позволит в любое время открыть дверь, защищенную домофоном. Для этой цели используются два вида кодов – заводские и сервисные.

Когда универсальный ключ не сработает?

Бывает так, что универсальные ключи для домофона не срабатывают, хотя должны были бы открывать двери. Достаточно часто это случается тогда, когда установка домофона была проведена недавно и в него не успели еще прописать сервисные коды, а заводские ключи в нем уже отсутствуют.

Конструкция и внутренние составляющие универсального ключа

Несмотря на многочисленные модификации домофонных отмычек, использование разных микросхем и чипов, основные нюансы, которыми схожи все ключи для домофона, остаются одни и те же. Дело в том, что домофнный ключ – это своего рода модуль обычной памяти, которая позволяет сохранять двоичные коды, стандартная длина которых составляет 64 знака.

В зависимости от того, какой тип ключа взять, память производится:

• в виде полупроводника, представляющего на внешний вид кристалл;
• в виде микросхемы, на поверхность которой нанесено требуемое количество полупроводниковых элементов;
• как миниатюрный чип с антенной для обмена данными посредством радиосигналов.

Первые два типа имеют привычную конструкцию в виде металлической таблетки, похожей на большую плоскую батарейку, к которой прикреплена металлическая ручка. Чип с антенной, который представляют третий тип ключей, реализуются в виде пластиковых брелоков.

Метаком

Ключи Метаком являются отечественной разработкой и предназначены для использования только с домофонными системами Метаком.

Эти устройства отличаются простотой и надежностью конструкции, их можно ремонтировать и восстанавливать, они имеют корпус в антивандальном исполнении, могут успешно эксплуатироваться в экстремальных условиях.

Несмотря на простую конструкцию, ключи Метаком характеризуются одними из лучших показателей по наработке до первого отказа при минимальной стоимости.

Что касается потребительских качеств этих устройств, то они ничем не уступают более дорогим импортным аналогам.

Основным преимуществом этих ключей является высокая надежность. Устройства отличаются устойчивостью к вибрационным процессам, механическим ударам, их работоспособность не теряется под воздействием электромагнитного поля, а рабочие температуры, при которых могут эксплуатироваться устройства, находятся в пределах -40°С… 75°С.

Для изготовления дубликатов ключей Метаком оптимальной заготовкой считается RW1990.

Область применения

Как было описано выше, комплект универсальных ключей потребуется в тех случаях, когда спецслужбам нужно попасть в дом или мастер пришел провести обслуживание домофонной системы. В таком случае отмычка вездеход будет как можно кстати. Правда не во всех случаях может подойти один и тот же ключ.

Достаточно часто на практике можно встретится с тем, что универсальный ключ для домофона уже прописан в памяти установленного оборудования. Процедура программирования проводится специалистами, которые проводят установку оборудования или специализированными сервисными центрами.

Бывает также и так, что контроллер используемого устройства доступа содержит в памяти всю требуемую информацию для ввода персональных идентификаторов. Такого типа ключ вездеход для домофона предусмотрен для специалистов сервисных служб. Например, устройства доступа Vizit в своей комплектации ранее имели такой универсальный прибор, который мог подойти ко всем устройствам этого бренда. В более новых моделях домофонов этого производителя эта возможность уже исключена.

Оптические ключи

Оптические домофонные ключи используются редко, потому что предназначены для цифровых конструкций с фотодиодным или оптопарным считывающим устройством. В массовом производстве дверей с электронным замком такие дорогостоящие механизмы практически не используются. Поэтому и популярность оптических модулей для их отпирания минимальна.

Принцип работы универсального ключа

Как было отмечено выше, ключи для домофона имеют в своем составе память объемом в 64 знака, которая включают в себя последовательность нулей и единиц. Когда происходит соприкосновение ключа с контактной площадкой вызывного блока, то осуществляется замыкание электрической цепи.

В этот момент аппаратная система домофона генерирует импульсы высокой частоты и посылает их через корпус ключа к микросхеме, которая в нем установлена. Если взять отмычку, которая соответствует по типу установленного домофона и имеет записанный правильный ключик идентификатор, то система доступа открывает дверь. В противном случае получают отказ в доступе.

Во время контакта ключа с блоком вызова происходит обмен 64-мя импульсами, в результате чего будут сверены все нули и единицы записанного кода. Если коды соответствуют друг другу, то доступ разрешается.

«Важно отметить,

что такая схема характерна для отмычек старого образца.»

Сегодня же можно купить домофоны, в которых в памяти, кроме 64-х знаков присутствуют еще 4 или 8 дополнительных знаков, которые дешифруют и управляют процедурой считывания, посылая для этого разные команды. Таким образом, изначально осуществляется считывание и проверка управляющих байтов, а затем и основного кода ключа.

Резистивные ключи

В основе данного типа ключей находится резистивный элемент. Его номинал и является тем шифром, который помогает открыть цифровой замок. Резистор прячется внутри пластины, имеющей рельефную форму и пластиковую либо прорезиненную поверхность. Использовать механизм удобно, а за счёт сочетания высококачественных расходных материалов готовые резистивные ключи получаются долговечными и надёжными.

Сервисные коды

Универсальный ключ для домофона может программироваться с последующей записью в них специальных сервисных ключей, которыми пользуются установщики домофонов и представители сервисных центров. В процессе установки домофона, используя специальный режим программирования, в ключ может вноситься ограниченное количество ключей.