Ввод PIN: звёздочки на экране и смена кода

Замок из кластера про клавиатуру хранил эталонный код прямо во флеше и честно признавал границы: код виден любому, кто подключится к плате, а перебирать можно хоть без паузы. Здесь достраиваются обе половины. PIN переезжает в EEPROM — он переживёт выключение питания, и его можно сменить с той же клавиатуры, не перепрошивая скетч. А попытки становятся счётными: три промаха — и клавиатура молчит тридцать секунд, как у настоящего домофона.

Экран добавляет интерфейс банкомата: вместо цифр на LCD печатаются звёздочки, по одной на нажатую клавишу. Код не читается через плечо и не остаётся на экране. Ввод подтверждается решёткой, звёздочка стирает набранное, светодиод на D12 показывает статус: горит — доступ разрешён, мигает — блокировка, темен — ждёт ввод.

База по памяти уже была: как читается и пишется первый байт EEPROM — здесь та же пара read/write работает на четыре байта кода и один служебный маркер.

Почему звёздочки, а не пустой экран: пустота не отвечает — пользователь не понимает, дошла ли клавиша. Звёздочка — минимальное подтверждение: экран отвечает на каждое нажатие, счёт ведётся видимо, и двойное нажатие одной цифры видно сразу же. Тот же принцип уже работал в замке из прошлого кластера, только счётчик звёздочек печатался в монитор порта; здесь он переезжает на экран и становится интерфейсом.

Раскладка по памяти: ячейки 0–3 хранят цифры кода, ячейка 4 — маркер 42. Зачем маркер: свежая плата читает из EEPROM 255 — по даташиту это стёртое состояние, единицы во всех битах; нуля там нет, пока его не запишут. На старте скетч читает ячейку 4: не 42 — значит, код ни разу не записывался, и программа молча кладёт код по умолчанию 1234 и ставит маркер. Приём стандартный, маркеры и заводские умолчания разобраны на отдельном уроке.

Цифры кода я храню байтами: значение 0–9 влезает в один байт с запасом в двадцать пять раз, и четырёх ячеек хватает на четырёхзначный код. Соблазн хранить код одним числом int — 1234 как 1234 — кажется экономнее, но разворачивать его обратно в цифры при сравнении дороже, чем читать четыре байта подряд. Отдельный плюс байтового хранения: новый код пишется тем же циклом, что читается.

Цифры кода я храню байтами: значение 0–9 влезает в один байт с запасом в двадцать пять раз, и четырёх ячеек хватает на четырёхзначный код. Соблазн хранить код одним числом int — 1234 как 1234 — кажется экономнее, но разворачивать его обратно в цифры при сравнении дороже, чем читать четыре байта подряд. Отдельный плюс байтового хранения: новый код пишется тем же циклом, что читается.

Цена вопроса — время записи. По даташиту EEPROM.write занимает 3,3 мс на байт: пять байт в setup — около пятнадцати миллисекунд, глазом не заметно. Ресурс ячеек — порядка 100 000 циклов перезаписи каждая: смена кода раз в день растянется на сотни лет, но правило всё равно одно — пишем только по необходимости, а не при каждом нажатии.

Неравенство чтения и записи — свойство технологии: читать можно хоть каждый проход loop, писать — по расписанию редких событий. Отсюда и архитектура: код загружается в RAM один раз при старте, всё сравнение идёт с оперативной копией, и память не дёргается без нужды. Копия обновляется только при смене кода, и рассинхрон невозможен: write и обновление копии стоят в одном цикле, строка за строкой.

Проверка — та же, что в замке: сначала длина набора, потом поэлементный цикл по четырём местам с флагом. Промах поднимает счётчик popytki, на третьем скетч меняет состояние: blokDo = millis() + 30000, экран печатает BLOK 30 s, светодиод начинает мигать с полупериодом 400 мс. Пока часы не дотикали, клавиатура игнорируется целиком — все клавиши, включая решётку.

Пауза живёт на millis, а не на delay: delay(30000) заморозил бы скетч целиком — не мигал бы светодиод, не обновлялся экран, не наступил бы выход из блокировки. Приём тот же, что в уроке про millis вместо delay: метка в будущем и сравнение в каждом проходе. Честная оговорка: блокировка живёт в RAM, перезагрузка платы сбрасывает её вместе со счётчиком попыток — но для Reset нужен физический доступ к плате.

Верный PIN обнуляет счётчик, зажигает светодиод на пять секунд — метка otkritoDo = millis() + 5000 — и печатает на экране Dostup est. Дальше две дороги: ждать нового ввода или нажать A и пойти менять код.

Прикинем границу атаки в цифрах: четыре цифры — десять тысяч комбинаций. Без блокировки скетч по UART перебирает их за секунды; с блоком в тридцать секунд после каждых трёх попыток полный перебор растягивается на сто тысяч секунд — больше суток непрерывной работы, и это уже не атака, а круглосуточная экспозиция. Растущая пауза после каждой неудачи делает картинку ещё мрачнее для взломщика — пять, десять, двадцать секунд.

Звёздочка печатается по месту: setCursor(pos, 1) и один символ — без clear() и без перерисовки всей строки. Экран спокоен, а курсор виден как позиция в буфере. Стирание — та же операция в обратную сторону: четыре пробела поверх строки. Обновление по месту против полной перерисовки — главная привычка из урока про причины мерцания LCD, здесь она экономит и время, и нервы.

Смена кода — цепочка из трёх вводов: клавиша A на приглашении, старый PIN с решёткой, новый с решёткой, повтор с решёткой. Повтор сверяется с первым вводом поэлементно: совпало — четыре байта уезжают в EEPROM через write, копия кода в RAM обновляется, на экране снова приглашение. Не совпал — смена отменяется целиком, старый код продолжает работать. Звёздочка стирает набранное на любом из трёх шагов, так что промахнутся с набором нельзя — можно только передумать.

Граница честности: PIN лежит в EEPROM открытыми цифрами, и дамп памяти его прочтёт — как и код старого замка, только теперь хотя бы сменный. Серьёзные изделия хранят не код, а его хэш, а паузу после промаха растят геометрически: пять, десять, двадцать секунд. Для тумбочки, лабораторного ящика и игрушечного домофона того, что здесь, достаточно; для чего-то дороже — нужен другой уровень.

Что дорастить. Счётчик попыток переезжает в EEPROM — счётчик, пережидающий перезагрузки, — и цикл «три промаха, Reset, снова три» перестаёт работать. Мастер-код — второй эталон и вторая проверка: он открывает всегда и сбрасывает блокировку. Фиксированную паузу замените растущей — три строки к блокировщику, а защита вырастает заметно.

И тот же скелет принимает не только цифры: буфер, звёздочки и EEPROM переезжают на код сейфа, пароль точки доступа, лимит на игровую приставку. Ввод с матрицы — просто способ набрать последовательность; что лежит на конце последовательности — решаете вы.