出品：科普中國
制作：張昊（大阪大學(xué)）
監(jiān)制：中國科學(xué)院計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)信息中心
我們常說'一把鑰匙開一把鎖'。在我們的印象中，二者總是成對出現(xiàn)不可分割，一提到鎖我們就會馬上想到金屬制造的鑰匙。不過最近十幾年來，不完全依賴實(shí)體鑰匙開鎖的電子智能門鎖在不知不覺間進(jìn)入了我們的生活。
前一階段時間，央視對市面上在售幾十個品牌的智能門鎖進(jìn)行了較為詳盡的評測報道。從結(jié)果來看，智能門鎖的安全性似乎遭到了一定程度的質(zhì)疑。那么，現(xiàn)階段選擇智能門鎖到底是不是明智的選擇？應(yīng)該如何看待智能門鎖在安全性上仍然存在的缺陷呢？這篇文章我們將從鎖具發(fā)展的簡要?dú)v史開始，為大家分析智能門鎖相對于傳統(tǒng)門鎖的利弊及智能門鎖今后的發(fā)展前景。
來源：Freepik.com
鎖具的歷史幾乎與人類文明史一樣悠久
19世紀(jì)中葉，考古學(xué)者在現(xiàn)今伊拉克境內(nèi)發(fā)現(xiàn)了目前世界上現(xiàn)存的最早鎖具。它的歷史甚至比亞述國（兩河流域的文明古國）的誕生還早兩千年，距今已有六千年的歷史。這種原始鎖具采用木質(zhì)的銷結(jié)構(gòu)，從原理上來說與現(xiàn)代鎖具已經(jīng)較為相似。
作為鎖具核心的'銷'由幾根木制的障子和凹槽制成，閉鎖狀態(tài)下障子插入凹槽中，形成銷結(jié)構(gòu)。當(dāng)鑰匙插入鎖孔并向上抬起時，鑰匙上的凸起會將障子頂起到適當(dāng)?shù)奈恢?，令其從凹槽中完全脫出，從而讓銷失效，形成解鎖狀態(tài)。
原始鎖具示意圖，來源：參考文獻(xiàn)3
原始鎖具的小型化發(fā)展
之后，埃及人進(jìn)一步發(fā)展了這種原始鎖具。雖然鎖身仍然使用木制結(jié)構(gòu)，但承擔(dān)防盜機(jī)能的障子已經(jīng)從木制換成了黃銅。這種被后世稱為埃及鎖的早期鎖具從埃及向地中海地區(qū)傳播，經(jīng)由數(shù)千年的改良，到羅馬帝國時代，鎖和鑰匙都已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了小型化。彼時的羅馬帝國富裕階層中，曾有將鑰匙作為飾品隨身攜帶的傳統(tǒng)，其用意是向周圍眾人炫耀自己有需要用鎖來保護(hù)的貴重財物。
中世紀(jì)開始，英國工匠們發(fā)明了由金屬制成的凸塊鎖，這種鎖具一直到現(xiàn)代還活躍在不少安全要求較低的場合。凸塊鎖的內(nèi)部有一個叫做凸塊的障礙物，凸塊形狀各異，越復(fù)雜安全性就越高。只有插入了正確的鑰匙，在轉(zhuǎn)動過程中才會避開凸塊的阻擋從而打開鎖具。凸塊鎖配套的鑰匙在以中世紀(jì)作為時代背景的影視、動漫和游戲作品中經(jīng)常出現(xiàn)，如今也是鑰匙的代表形象。
凸塊鎖原理示意圖，來源：參考文獻(xiàn)3
如今使用最為廣泛的機(jī)械鎖具是彈子鎖。在這種鎖的內(nèi)部設(shè)置有一系列長度不同的金屬小柱，稱為彈子。每個彈子都是一對，分別稱為上彈子和下彈子，上彈子上方裝有彈簧，將彈子頂向相反方向。插入正確鑰匙后，上下彈子間的界面正好與鎖芯邊緣平齊，鎖芯就可以正常轉(zhuǎn)動了。
彈子鎖原理示意圖，來源：參考文獻(xiàn)3
常用的一字打齒鑰匙、十字花鑰匙以及平板打孔鑰匙等都是彈子鎖的衍生形式。各種鎖芯結(jié)構(gòu)不斷涌現(xiàn)的動力主要是破解鎖具的技術(shù)也在持續(xù)進(jìn)步。結(jié)構(gòu)簡單的彈子鎖對于經(jīng)過專業(yè)訓(xùn)練的人員來說，只需數(shù)分鐘就可以開啟。雖然再高明的鎖具也無法消除理論上的盜竊可能性，但我們?nèi)匀豢梢酝ㄟ^不斷革新彈子鎖的具體結(jié)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)更高的安全性能。
形形色色的凸塊鎖鑰匙，來源：Freepik.com
技術(shù)的發(fā)展推動鎖具的演化
智能門鎖是基于電子技術(shù)制造出來的，是電子門鎖的一種。電子鎖的定義十分簡單，通過電流來控制開閉的鎖具，就可以稱為是電子鎖。電流既可以由電源來提供，也可以由電池提供。如果不考慮電子鎖的種類和應(yīng)用場合，僅根據(jù)核心部件具體通電形式的不同，可以分為通電開啟、通電關(guān)閉、斷電開啟和斷電關(guān)閉等類型。
以斷電開啟類型為例，正常狀態(tài)下鎖具核心保持電流通過狀態(tài)，鎖具呈現(xiàn)閉合；一旦發(fā)生斷電，鎖具就會被開啟。這種類型的電子門鎖經(jīng)常用在高層建筑出入通道上，平時正常通電保證安全，持有電子鑰匙者可以正常進(jìn)出，開門瞬間鎖具暫時斷電開啟。一旦出現(xiàn)火災(zāi)地震等事故發(fā)生異常停電，門鎖就會保持開啟以保證人員順利逃生。
如果按照電子門鎖實(shí)現(xiàn)開鎖的具體形式來分類，又可以分為如下幾個類型。
遙控器方式，主要用于汽車遙控鑰匙等場合。
遙控式電子門鎖經(jīng)常用于汽車，來源：作者供圖
密碼解鎖式，主要用于高級公寓、別墅區(qū)以及企業(yè)核心機(jī)密區(qū)等需要更高安全性的場合。使用時無需尋找鑰匙或者實(shí)體卡片，可以節(jié)約實(shí)體鑰匙發(fā)行和維護(hù)的費(fèi)用。
指紋認(rèn)證式，具有使用簡便、安全性高的特點(diǎn)，但兒童和老人的指紋往往無法被很好識別。在手持物品很多的情況下，無需額外動作也可以實(shí)現(xiàn)輕松解鎖。
電話解鎖式，主要用于樓宇對講等需要遠(yuǎn)程解鎖的場合。
IC卡或內(nèi)置芯片式，前者主要用于寫字樓門禁系統(tǒng)，后者類似于IC卡。另外，可以將鑰匙做成特殊的便攜形狀，其抗干擾能力、抗損壞能力和安全性高于IC卡式。用戶可以將IC卡或者芯片置于隨身攜帶的錢包中，以降低丟失的可能性。同時，還可以直接利用交通卡等現(xiàn)有IC卡進(jìn)行解鎖，節(jié)約成本的同時進(jìn)一步保證安全性。
形形色色的電子鎖，來源：Freepik.com
對便利性的追求乃是電子門鎖發(fā)展的動力
電子門鎖的誕生和發(fā)展在很大程度上不僅僅是為了追求更高的安全性，便利性也是其中的重要原因。
首先，電子系統(tǒng)為實(shí)現(xiàn)進(jìn)出控制外的各種附加功能提供了可能性。例如，汽車遙控鑰匙避免了每次進(jìn)入車輛或者鎖車都需要插入鑰匙的麻煩，極大增加了便利性。在某些配置較高的車輛上，布置于車內(nèi)的傳感器還可以協(xié)助實(shí)現(xiàn)無鑰匙進(jìn)入，無鑰匙啟動等功能。這里的無鑰匙當(dāng)然不是指完全無需鑰匙，而是指車主只要將鑰匙攜帶在身上，車內(nèi)的傳感器就會自動判斷車主的身份。當(dāng)車主靠近車輛并拉門把手時就可解鎖了。另外，如果有人潛入了車輛，傳感器系統(tǒng)也會發(fā)現(xiàn)車內(nèi)沒有鑰匙，從而拒絕點(diǎn)火啟動，杜絕盜竊事故發(fā)生的可能性。
△動圖：帶有無鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)的汽車門鎖，車主接近時自動感知，來源：作者供圖
其次，電子門鎖可以與計算機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行連接，方便對大量出入人群的管理。以大型企業(yè)為例，電子門禁系統(tǒng)不僅可以保證安全性，還可以同時實(shí)現(xiàn)后臺考勤等功能。另外，人員發(fā)生入職、轉(zhuǎn)崗以及辭職等流動時，可以直接在軟件后臺實(shí)現(xiàn)電子鑰匙或者出入密碼的有效、無效化，即便離職人員不上交門卡也無法再進(jìn)入公司等。
非接觸式內(nèi)置芯片電子門鎖，來源：作者供圖
最后，當(dāng)電子門鎖與先進(jìn)的傳感器系統(tǒng)和互聯(lián)網(wǎng)相連接，就形成了所謂的智能門鎖。這些智能門鎖不僅有指紋、人臉識別等先進(jìn)的進(jìn)出控制機(jī)制，還可以實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程確認(rèn)門鎖開閉狀態(tài)、遠(yuǎn)程控制開閉和臨時密碼遠(yuǎn)程發(fā)送等功能。忘帶鑰匙或者門卡再也不會成為極為麻煩的困擾，指紋一按即可輕松解鎖。如果需要為來訪親友開門，通過手機(jī)進(jìn)行面部識別即可在遠(yuǎn)端確認(rèn)主人身份，從而指令開門或者將臨時密碼發(fā)到主人指定的手機(jī)上。
電子門鎖的安全性到底如何？
之前有利用所謂'小黑盒'破解各種電子門鎖的報道，這次央視的檢測也發(fā)現(xiàn)部分品牌安全性存在一定缺陷，但電子門鎖的安全性在總體上仍然經(jīng)得住考驗(yàn)。歷史上新型鎖具的發(fā)明和解鎖技術(shù)的進(jìn)步一直都是'道高一尺魔高一丈'的交替循環(huán)，絕對安全的鎖具也從來不存在。無需因?yàn)橐粌善?fù)面報道就完全抹煞電子智能門鎖在技術(shù)上的先進(jìn)性。
