本文敘述了基於Espressif ESP8266 的動態密碼之門禁系統方案中詳細的製作過程，供各位參考，若有任何改進的建議，筆者將不吝指教，先行致謝。
發想
筆者現在於某公司實習，我親身體會到傳統密碼想保有高安全性，卻設下了種種複雜的規則與限制。所以，筆者在此自行製作了簡易的登入方式。
方案大意
筆者在登入各大網站時，也與各位相同，要自己想帳戶名與密碼，因此，我想製作既不用花時間取個吉利的名字；也不用耗精力擠出可怕的密碼，可以輕鬆驗證身分的登入系統。
應用場景
筆者在設計此方案時，是在公司內部運作，則帳戶使用工號最為適宜，可以透過公司分發的員工證感應，以取得工號。密碼則是使用TOTP技術，由系統生成具有時效性的密碼。
材料
- 核心控制裝置 ：為了開發方便，選用Arduino Mega 2560
- 文字顯示螢幕 ：LCD
- 使用者輸入 ：薄膜鍵盤
- 員工證感應裝置 ：NFC
- TOTP QRcode螢幕 ：OLED…真不好受，詳見後記
- 時間記憶裝置 ：RTC，TOTP協議所需
- 網路傳輸裝置 ：ESP8266，雖然多一片MCU…多一份成本，但開發真方便！
硬體架構簡述
為了方便，LCD、NFC、RTC、OLED裝置都是走I²C協議，所以只要電源、接地、串列時脈、串列資料線，萬分感謝I²C在杜邦線交雜的環境下，訊號傳遞正確性非常不賴（因為I²C正常用在焊接好的電路板上）。
至於薄膜鍵盤，普通的接至GPIO。ESP8266則是走UART協議。
初期硬體架構
我先製作好了外殼，雖然是個箱子，但有上方面板就足矣，零件都嵌在面板上。為了有點造型感&人性化，將面板傾斜約30度。
不過當時Arduino Mega與ESP8266，當時是固定於外殼底部，當面板要掀開時，零件與控制器之間的杜邦線須被迫拆除。
後期硬體架構
最後，實在是忍受不了，每次維修皆須重配電路，我將控制器移至面板背面，還腦洞大開的將他們焊接至萬用板上，可真是苦了筆者的焊接技術。
並且，我還將兩個控制器溝通的UART線路，改由銅線焊上，而非杜邦線，畢竟UART一開始在哪，就不會變了。因為焊接的永久連接性，我感到了樸實無華的穩定線路安全感…。
軟體架構簡述
既然是要做登入系統，那就要先想出步驟來：
- 顯示初始歡迎介面
- 按確認鍵，以使用系統
- 選擇登入或註冊
註冊分支：
- 請求感應員工證（或其他NFC裝置）
- 顯示QR code，引導使用者下載TOTP程式
- 顯示QR code，引導使用者存入TOTP金鑰
- 請求TOTP密碼，驗證存入成功
- 記憶NFC UID與TOTP金鑰
- 上傳註冊紀錄至後台，返回初始歡迎介面
登入分支：
- 請求感應員工證（或其他NFC裝置）
- 請求TOTP密碼，驗證身分
- 顯示登入結果
- 上傳登入紀錄至後台，返回初始歡迎介面
好像有地方怪怪的！
我知道…我知道，登入之後啥都沒有，還自動回到歡迎介面，但是Hey！本方案的重點是門禁，而不是門禁的背後有什麼。畢竟我做不出像Amazon IAM那種大型的管理系統（但我會努力的）。
軟體架構
因筆者學習過FPGA，想將上述步驟，直接照搬有限狀態機（Finite State Machine）的概念來做，建置的同時，也方便增加串列訊息輸出，驗證每個function是否正確運作。
基於TOTP金鑰要編碼為Base32，我上維基百科學了好一陣子，才將此編碼轉化為程式碼。
雖然單獨分開後，每個function都很簡單，但結合起來後，就是會有些毛病在，修修改改後終於是可以運作了，以下為詳細的流程圖：
至於上傳到後台，我使用Google Script與Google Sheet做串接，ESP8266收集此次登入/註冊資訊後，傳送至Google Script API，透過Google Script整理好資料後，儲存於Google Sheet。
後記
嗯…真的有QR code跑出來了，連筆者自己都因這些精密電子毫無錯誤的訊號傳遞結果感到讚嘆，不過，此QR code裝置在弱光/強光環境下，會過曝/亮度不足，有時需要靠運氣才掃得到。
我額外製作了線路匯流排，以利佈線&防止插錯，焊接時，為了偵錯而立了大功。
實際上，需要用到的I/O很少，我也知道MCU的ROM也是越小越好，可以進一步壓低成本，不過，我的程式碼真的是太肥了！
最後，感謝觀看此博文，歡迎任何問題&建議。
評論