利用3D磁传感器增强智能家居安全
二月 10, 2022
利用3D磁传感器增强智能家居安全
二月 10, 2022
由约瑟夫•霍林斯
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简介
目前正迅速采用集成程度较高的家用电子系统，以改善用户体验。随着消费者寻找新的方法，用简单易用的智能家居和物联网(IoT)产品来装备他们的生活空间，他们可能不知道这些和其他电子设备中常见的某些漏洞和安全特性。
许多家庭安全和访问控制设备[1]如电子锁、摄像头、入侵传感器、车库开门器、控制集线器和面板等，包含越来越多的智能电子设备，使允许的用户能够自动访问，同时限制入侵者的访问。将这些机电设备与基于安全的作用相融合会带来风险，应使用磁篡改探测传感器来解决这一风险。
[1]这里讨论的安全原则也直接适用于其他关键功能的电子系统，如医疗器械和公用电表。
什么是漏洞机制?
篡改电子设备的方法有很多，其中之一就是使用强磁铁来破坏设备的闭环运行能力。当这些磁铁靠近设备时，它们开始将智能设备内部的电子设备暴露在高磁场中。安全和访问控制个人电子设备通常配有磁敏感元件，但很少设计为补偿或忽略外部“杂散”磁场的影响。
霍尔效应和磁阻(xMR)磁传感器，以及安全电子产品中常用的各种其他集成电路，都容易受到饱和和故障的影响。在这种情况下，对磁敏感部件的破坏可能会使系统无法了解关键信息，如有多少电力通过它或机械位置的确切状态。在图1所示的智能锁示例中，由于杂散磁场，篡改机制可能会无意中触发解锁条件。
什么是流浪野?
通常无法描述的外部磁场称为杂散磁场。这是一种应用磁场，它要么是有意的——恶意篡改者的方法——要么是无意的——比如来自附近大电流或磁场源的干扰。源，如永磁体或电磁铁，可以在极性、频率、方向和强度上有所变化。用于篡改的永磁体通常非常坚固，可能相对较大和较重，可以在网上购买或从废弃的电子产品和电脑中回收。
智能锁有多安全?
智能锁是智能家居安全产品的一个典型例子。根据Littelfuse Inc. (Littelfuse, n.d.)的数据，2019年全球智能锁出货量为700万台，预计5年内年出货量将增至2300万台。随着智能锁和其他个人电子安全和访问控制解决方案采用率的不断提高，制造商必须同时解决硬件和软件安全敏感性问题。
实现这些访问控制系统的内部电子设备使用电压和电流参考，它们通常对外部磁场非常敏感。这种性质的干扰事件可能会潜在地导致系统盲目或被欺骗，在本应保持安全的情况下执行某个操作。在智能锁的情况下，如果在产品设计中没有实施适当的篡改保护措施，那么应用非常高的磁场可能会允许入侵者进入安全空间。
成功篡改检测的标准
尽管对制造商来说，在使用时防止磁篡改可能是一项挑战，但检测到篡改的企图是很有可能的。至少可以记录日志，或者采取补救措施，如发出警报、禁用系统的关键部分或通知管理员。全球多个组织正致力于定义智能家居访问控制系统法规，其中包括对智能家居和个人电子安全外设检测和记录企图篡改行为的要求。
为了有效地检测篡改，用于检测篡改的磁传感器必须具有以下特征:
- 高灵敏度:即使应用在系统外部的磁铁可能很强，但磁铁的磁场强度随着你移动的距离呈指数级衰减;传感器内部位置的场强可能远低于磁铁表面的场强(见图2);系统中使用的某些金属元件可能会扭曲磁场，如果灵敏度不够高，就会在传感器的检测区域产生“阴影”或“空洞”。
- 高动态范围:一些磁传感技术有允许应用于其上的磁场强度的上限，超过这个上限会导致永久性损伤。与xMR不同，霍尔效应技术对应用磁场没有上限。
- 全极敏感性:篡改者不太可能会过多关注磁体的哪一极应用于系统的情况，或者他们可能只是尝试所有的选项，以找到一个有效的;该传感器应能够检测南北极性磁场，并对磁体的极方向不敏感。
- 全向灵敏度:许多传统磁传感器只对单一方向或平面的场敏感;由于外部磁铁可以以任何方向应用于组件表面的任何暴露点(正面、顶部、底部、背面或侧面)，因此传感器应该在所有三个方向(X、Y和Z)具有相同的灵敏度ALS31300低功耗3D线性传感器和ALS31313来自Allegro MicroSystems的低功率3D线性传感雷竞技竞猜下载器。
损害的预防
如前所述，在处理检测到的篡改事件时，有一些选项可供选择。只有在终端设备使用时，通过适当的安全措施，如检测、锁定和通知，或在继续操作时采取补偿形式，才能实现防篡改。
例如，如果检测到非常强的杂散场篡改企图，系统可能有意地在短时间内禁用自己，或者如果认为杂散场足够弱，系统可能记录并忽略杂散场。最终，当关键的敏感电子设备出现故障并可能导致危险时，或者在智能锁的情况下——安全漏洞时，就会使用防篡改机制。
表1比较了来自Allegro的两种不同的3D磁传感器类型。的A12663D微功率霍尔开关和ALS313003D霍尔线性传感器都满足前一节中讨论的成功篡改接近检测解决方案的标准，并且每种传感器都提供了一种独特的篡改缓解和预防方法。
| A1266 | ALS31300 | |
| 包 | SOT23 | DFN |
| 足迹 | 2.9毫米× 3毫米 | 3毫米× 3毫米 |
| 操作模式 | 阈值开关 | 校准线性 |
| 传感机制 | 3 d采用霍尔 | 3 d采用霍尔 |
| 输出协议 | 排水明沟 | 我2C |
| 感应范围 | ±40 G(4吨) | ±500g，±1000g，±2000g (±50 mT，±100 mT，±200 mT) |
| 特性 | 个人X / Y / Z输出, 单或输出X/Y/Z， 固定低功率循环 |
EEPROM (W/客户空间)。 可调低功率循环， 中断销, 可中断设置, 温度传感器 |
表1:霍尔效应开关和线性传感器的特性和性能比较
要了解更多关于Allegro 3DMAG™产品家族的信息，并探索可用的设计资源，请访问raybet软件allegromicro.com/3DMAG．
结论
磁性篡改检测是消费者信心十足地采用智能家居安全和访问控制设备所需的关键功能。该功能可防止故障，并使系统级响应危险磁场暴露事件，增强这些和其他电子设备的整体安全性和性能。
磁性传感器ic，如A1266 3D霍尔开关和ALS31300 3D霍尔线性，能够在小于9毫米的占地范围内检测大范围的磁篡改2来自Allegro的3DMAG™传感器解决方案，通过使用最少数量的ic实现高可靠性篡改检测，确保高精度、多功能的传感设计。
一定要阅读Allegro的附带应用说明，讨论了用于篡改检测的真正3D传感器的技术优势，3D霍尔效应传感器降低了智能家居系统磁篡改检测的成本和复杂性。
参考文献
Littelfuse Inc . .2020.”物联网智能锁和访问控制”。
雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems, LLC。”ALS31300三维线性霍尔效应传感器，I²C输出和先进的低功耗管理最后修改为2021年10月20日。
雷竞技竞猜下载Allegro微系统有限责任公司无日期。”ALS31313汽车级，三维线性霍尔效应传感器，I2C输出和先进的低功耗管理，已于2021年11月16日访问。
雷竞技竞猜下载Allegro MicroSystems, LLC。”A1266微功率超灵敏3D霍尔效应开关最后修改于2020年2月4日。
雷竞技竞猜下载快板微系统公司,有限责任公司。”3D霍尔效应传感器降低智能家居系统磁篡改检测的成本和复杂性最后修改为2021年7月29日。