RFID系统防碰撞与轻量级认证技术研究

发布时间：2019-11-14 06:16

【摘要】：无线射频识别(RFID)技术是一种无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触就可以识别出目标信息的非接触自动识别技术,它具有低成本、体积小以及快速高效等优点,目前被广泛应用于交通、医疗以及电子商务等领域。基于非接触式识别的特征,会导致RFID系统存在标签碰撞与安全隐私两大问题。为了推动RFID系统的进一步广泛应用,就迫切的需要设计出一种高效的防碰撞算法和安全认证协议。防碰撞算法用于解决多个标签同时识别发生碰撞的问题,而安全认证协议则是保护用户的数据安全以及隐私安全。本文针对现有的一些防碰撞算法和安全认证协议展开研究,主要工作包括以下：1.综述了RFID系统的防碰撞问题及身份认证问题；内容包括RFID系统的基本组成及工作原理、RFID系统中标签防碰撞算法的机制需求、RFID系统身份认证技术的安全要求。2.提出了一个基于自适应搜索策略的RFID标签防碰撞算法。采用前进策略和后退策略,并从碰撞位着手分析,将EPC的值根据Manchester编码分成“0”和“1”两分支,只传输碰撞位信息；同时引入碰撞计数器的概念,根据碰撞计数器的值,可以直接判断出只有一位发生碰撞的两个标签。两种策略的使用,使得整个传输过程的数据量减少,同时识别过程的查询次数也减少。相对现有的防碰撞算法,本文算法提高了系统的查询效率,同时也保证了系统的稳定。3.提出了一个改进的满足后向隐私的RFID认证协议。在该协议中,RFID标签端不使用传统的基于HASH函数的加密,而是采用轻量级的基于Rabin算法的加密,从而降低标签成本；同时传输过程中,所有的信息都进行加密后再传输,使得认证协议可以抵抗暴力破解攻击；最后RFID系统中利用LFSR来产生随机数,减少实现过程中所需要的门电路总个数,最终达到降低标签成本的目标,满足了RFID标签低成本的需求。4.提出了一个基于标签ID的RFID系统密钥无线生成算法。在该算法中,摒弃传统的共享密钥设置方法,即标签与读写器之间的共享密钥无需事先设置好。将标签的ID分成左右对等的两部分,明文传输左边的值,利用右边的值进行共享密钥生成的计算,将计算的结果先进行简单的位运算再传输,从而确保了传输信息的安全性；共享密钥是由读写器产生的随机数与标签的ID右边的值共同计算所得,可以抵抗常见的攻击方式,确保共享密钥的安全性。5.提出了一个基于标签ID的超轻量级RFID双向认证方案。在该方案中,RFID标签端不再产生随机数,从而可以降低标签端的计算量和成本；同时RFID系统中所有的运算方法都是采用计算量较少的位运算,可以实现RFID系统的超轻量级认证；方案中充分利用标签ID的信息,将ID分为左右对称位数的两部分,结合交叉位运算和循环冗余校验方法来实现标签与读写器之间的双向认证,满足了低RFID标签成本的需求。本文的创新之处包括：1.提出了一个基于自适应搜索策略的RFID标签防碰撞算法。在该算法中,采用前进策略和后退策略的机制,引入碰撞计数器的概念,减少了查询的次数、降低了数据的传输量,提高了标签的识别效率。2.提出了一个基于标签ID的RFID系统密钥无线生成算法。在该算法中,不用事先设置好共享密钥,通过动态生成密钥的方法,提高了认证过程中的安全性,保证了RFID系统的安全可靠。3.提出了一个改进的满足后向隐私的RFID认证协议。在该协议中,信息全部为密文传输,保证了信息的安全性；采用Rabin算法进行加密,可以较好地满足RFID系统高强度的安全需求。
【图文】：

图３－３算法的搜索过程逡逑Ｆｉｇｕｒｅ邋３－３邋Ｓｅａｒｃｈ邋ｐｒｏｃｅｓｓ邋ｏｆ邋ａｌｇｏｒｉｔｈｍ逡逑祈逡逑的算法，可采用如下方法对算法的性能进行分读写范围内有Ｘ个标签需要识别，设寻呼次数为Ｙ制策略；如果有Ｋ个节点，只有１位２Ｋ邋＝邋２Ｘ－ｌ－化。因此，相较于现有技术，其具用下面的归纳法证明：逡逑时，表示读写器的读写范围内只有一个标签，不会成立。逡逑

同时文献［６８］证明了邋Ｒａｂｉｎ加密算法的安全性，也具有Ｈａｓｈ函数计算单向性逡逑的特点，从而可Ｗ抵抗去同步攻击。逡逑本章协议认证过程如图４－１所示。逡逑对改进的协议中Ａ，Ｂ，Ｄ的说明：逡逑Ａ邋＝邋ＫＥＹ邋？邋Ｒｔ邋；逡逑Ｂ邋＝［脚＆邋Ｒｔ邋＆面）２邋ｍｏｄ邋Ｍ邋］ｋ，表示取运算结果的前Ｋ位；逡逑Ｄ邋＝邋［ＫＥＹ２ｍｏｄＭ］ｋ＆Ｒｔ，表示首先取［］运算结果的前Ｋ位，然后再与化进行与逡逑运算。逡逑整个协议的认证步骤描巧如下：逡逑２２逡逑
【学位授予单位】：广东工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TP391.44

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本文编号：2560684