專利名稱：一種讀寫器與標簽卡之間的動態(tài)認證方法及實現(xiàn)裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及到射頻識別技術(shù)，尤其涉及一種基于高度自治RFID讀寫器與標簽卡 之間的動態(tài)ID認證方法及實現(xiàn)裝置。
背景技術(shù)：
射頻識別(RFID)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目 標對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)。該技術(shù)無需人工干預，可在復雜的環(huán)境中工作，且該技術(shù)的顯著優(yōu) 點是不需要物理上接觸。目前，RFID產(chǎn)品已被廣泛應(yīng)用于零售，自動收費，動物識別，物流， 倉儲，圖書館管理等領(lǐng)域。RFID基本組成包括讀寫器(reader)，RFID標簽(tag)以及后臺數(shù)據(jù)庫(DB)。一 般情況下，電子標簽是由天線和標簽專用芯片組成。每個標簽有唯一的電子編碼，附在目標 對象上。讀寫器是對標簽進行讀寫操作的設(shè)備，主要包括射頻模塊和數(shù)字信號處理單元兩 部分。讀寫器的基本功能就是提供與標簽進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐緩健：笈_數(shù)據(jù)庫主要是存儲信 息，是一個數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)，包含了系統(tǒng)中所有標簽的數(shù)據(jù)和認證信息。RFID系統(tǒng)的標簽設(shè)備具有一些局限性，例如有限的存儲空間、有限的計算能力等 等，所以設(shè)計高效、安全、低成本的RFID安全認證方法成為了一個新的具有挑戰(zhàn)性的問題。 目前實現(xiàn)RFID安全性機制所采用的方法主要有物理機制和密碼機制兩種。物理機制，需要 附加較多的物理元件和設(shè)備，增加標簽的成本，不適用低成本標簽的RFID系統(tǒng)，所以在最 近的RFID安全研究中提出較多的是基于密碼技術(shù)的安全機制，而基于Hash函數(shù)的RFID安 全認證的設(shè)計更是備受關(guān)注。目前基于密碼技術(shù)的RFID安全認證大致可以分為兩類基于 靜態(tài)ID機制的和基于動態(tài)ID機制的。所謂“基于靜態(tài)ID機制”方法是指標簽的ID在認證 過程中不會進行更新，一直保持不變，一般用于安全需求相對較低的場合，不能滿足前向安 全性；而“基于動態(tài)ID機制”方法是指標簽的標識信息在認證會話中可以進行更新，這樣即 使攻破標簽的當前時刻的狀態(tài)，也無法推測之前任意時刻的狀態(tài)或者將之前獲得的狀態(tài)與 之關(guān)聯(lián)起來。常用于存儲可寫的標簽卡、安全需求較高的場合，能夠滿足前向安全性需求。在傳統(tǒng)的認證方法中，其認證方法基本模型如圖1所示，首先讀寫器向標簽發(fā)起 認證請求，標簽接收到后，給讀寫器返回一個響應(yīng)包，讀寫器接受到這個包后，不進行任何 操作，直接將響應(yīng)數(shù)據(jù)包轉(zhuǎn)傳給后臺數(shù)據(jù)庫，由后臺數(shù)據(jù)庫根據(jù)響應(yīng)包對讀寫器和標簽進 行認證，若認證成功，則后臺數(shù)據(jù)庫將標簽的相關(guān)信息傳給讀寫器，由讀寫器做相應(yīng)處理。傳統(tǒng)方法的一個重要的缺點是它有很強的可靠性假設(shè)，它要求讀寫器與后臺數(shù)據(jù) 庫之間時時保持連接，并認為讀寫器與后臺數(shù)據(jù)庫之間的連接是安全的。也就是說如果讀 寫器與后臺數(shù)據(jù)庫之間不能連接，則不能進行認證，也就不能夠進行相應(yīng)的操作處理。但是 在現(xiàn)實生活中，讀寫器與后臺數(shù)據(jù)庫之間的信道不能達到真正的安全，并且隨著RFID技術(shù) 在移動設(shè)備上的廣泛應(yīng)用，就不能保證讀寫器與后臺數(shù)據(jù)庫之間的實時連接。還有保持實 時的鏈接費用也會很高，阻礙了這種技術(shù)的廣泛應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種讀寫器與標簽卡之間的動態(tài)認證方法 及實現(xiàn)裝置，用于解決傳統(tǒng)認證方法必須依賴于與后臺數(shù)據(jù)庫的實時在線、可靠安全地連 接，無法高度自治地由讀寫器對標簽卡進行認證的技術(shù)問題。為達到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實現(xiàn)的一種讀寫器與標簽卡的動態(tài)認證方法，該方法包括在認證數(shù)據(jù)庫中生成(id^metalD。」，index」，Cj)，為授權(quán)的讀寫器下發(fā)(metaIDraJ， h(ri; index」)，，為標簽卡下載(metaID。tj，index」，ctj)，其中id」為標簽卡Tj的唯一標 識，metalD?！?、metaIDcrJ, metaIDctJ分別為id」經(jīng)過Cj、crJ, ctJ次哈希運算后所得值，Indexj 為與標簽卡對應(yīng)的索引值，r,為讀寫器氏的唯一標識，h(ri; Indexj)為認證數(shù)據(jù)庫生成的 用于在讀寫器的哈希表Li中查找標簽信息的位置值，h為哈希函數(shù)；讀寫器氏生成隨機數(shù)IV然后向標簽卡Tj發(fā)送攜帶A和的請求；標簽卡Tj生 成隨機數(shù) nt，并計算 HRI = hOv indeXj)，IN=h ( r,., ηΓ, η,) HRI, ME = h(metaIDctJ, nr, nt)，然后向讀寫器氏反饋IN、ME、ctJ和nt ；讀寫器氏計算h (ri; nr, nt)的值，并與IN異或得到HRI值，然后在哈希表 中查找是否存在與HRI值相等的標簽信息，若存在且滿足條件 .- .^ 0，則計算 metaID = hCti"Cri( metaIDCrj)，否則對標簽卡的驗證失??；讀寫器氏計算h(metaID，n,，nt)值，然后判斷所得值與ME是否相等，若相等，則讀 寫器對標簽的驗證成功。進一步地，所述方法還包括如下標簽卡Tj對讀寫器氏的認證步驟讀寫器氏計算M = h (h (metaID)，nr, nt)值，并將M值發(fā)送給標簽卡；標簽卡Tj收到M后，計算h O1(HietaIDctj)，nr, nt)，然后比較所得值是否與M相等， 若相等，則標簽卡對讀寫器的認證成功，否則對讀寫器的認證失敗。進一步地，所述方法還包括更新的步驟在讀寫器氏對標簽卡Tj認證成功后，執(zhí)行HietaIDetj = metaID, crJ = Ctj的賦值操 作；在標簽卡Tj對讀寫器氏認證成功后，執(zhí)行metaID。tj = h (metaIDctJ)，ctJ = ctJ+1 的操作。進一步地，讀寫器氏在獲得HRI值后，在哈希表中查找是否存在與HRI值相等的 標簽信息的方法為計算h(ri，Indexj) % maxL求余得到對應(yīng)標簽所在哈希表中的地址，然后在該地址 對應(yīng)的線性鏈表中查找節(jié)點值與hOv indexj)相等的節(jié)點，若找到則表示存在與HRI值相 等的標簽信息，否則表示不存在與HRI值相等的標簽信息?；诒景l(fā)明實施例，本發(fā)明還提供一種搜索標簽卡的方法，該方法包括讀寫器Ri向多個標簽卡廣播IN、a、IN= [h(h(ri index」)，η》]m，其中，巧為 讀寫器的唯一標識，r^為讀寫器生成的隨機數(shù)，Indexj為所要查找的標簽卡L的唯一索引， []m表示取所得哈希值的前m位；標簽卡接收到廣播后，每個標簽卡計算[h(h(ri，ownindex), rO]m并與IN值做 比較，若二者不相等，則不做響應(yīng)，否則標簽卡生成偽隨機數(shù)nt，計算TM = h(metaIDctJ, nr,nt)，及TC=h(r,., ηΓ, η,) Cij-,然后將TM、TC及nt反饋給讀寫器；讀寫器Ri通過反異或得到Ctj，然后計算metaID= het|、( metaIDC|),及h (metaID,
nr, nt)，并將所得值與接收的TM比對，若二者相等，則表示讀寫器氏查找標簽卡L成功，否 則查找失敗。進一步地，所述搜索標簽卡的方法還包括在查找成功時，讀寫器氏執(zhí)行HietaIDetj = metaID, crJ = Ctj的賦值操作；讀寫器氏發(fā)送查找成功信息給標簽卡Tj,標簽卡Tj對讀寫器氏認證成功后，執(zhí)行 metaIDctJ = h (metaIDctJ)，ctJ = ctJ+l 的操作。基于本發(fā)明實施例，本發(fā)明還提供一種射頻識別RFID讀寫器，該讀寫器包括獲取標簽信息模塊，用于認證數(shù)據(jù)庫對讀寫器氏的合法性認證及向認證數(shù)據(jù)庫請 求下載標簽卡 Tj 的信息(metaIDCTj，h(ri，Indexj)，crJ)；隨機數(shù)生成模塊，用于生成隨機數(shù)；認證請求模塊，用于向標簽卡Tj發(fā)送攜帶A和的請求，以及接收標簽卡發(fā)送的 攜帶IN、ME、ctJ和nt值的響應(yīng)消息；位置查找模塊，用于計算h nr, nt)的值，并與IN異或得到HRI值，然后在哈希 表中查找是否存在與HRI值相等且滿足ctj-c _ ^ 0的標簽信息，若存在，則通知認證響應(yīng)模 塊認證失??；否則通知標簽標識認證模塊查找成功；標簽標識認證模塊，在位置查找模塊查找成功時計算h (metaID, nr, nt)值，然后判 斷所得值與ME是否相等，若相等，則通知認證響應(yīng)模塊認證成功，否則通知認證響應(yīng)模塊 認證失??；認證響應(yīng)模塊，用于向標簽卡發(fā)送認證失敗信息，或發(fā)送攜帶M = h(h(metaID)， nr, nt)值的認證成功信息；存儲模塊，用于存儲哈希表、隨機數(shù)、讀寫器標識信息，所述哈希表中存儲認證數(shù) 據(jù)庫下發(fā)的標簽信息(metaID。rj，h(ri，index」)，crJ)。進一步地，該讀寫器還包括更新模塊，用于在讀寫器氏對標簽卡Tj認證成功后，執(zhí)行HietaIDetj = metaID, Crj =ctJ的賦值操作。基于本發(fā)明實施例，本發(fā)明還提供一種標簽卡，該標簽卡包括存儲模塊，用于存儲從認證數(shù)據(jù)庫下載的標簽信息(metaID。tj，Indexj, ctJ)；隨機數(shù)生成模塊，用于生成隨機數(shù)nt ；認證響應(yīng)模塊，用于接收讀寫器氏發(fā)送的攜帶A和η,的請求，并計算HRI =h(ri indeXj)JN=h (r,., ηΓ, η,) HRI,ME = h(metaIDctJ, nr, nt)，然后向讀寫器 Ri 反饋攜 帶IN、ME、ctJ和nt值的響應(yīng)消息；讀寫器認證模塊，用于在接收到讀寫器氏發(fā)送的攜帶M值的請求消息時，計算 h (h (metaIDctJ)，nr, nt)，然后比較所得值是否與M相等，若相等，則標簽卡對讀寫器的認證成 功，否則對讀寫器的認證失敗。進一步地，該標簽卡還包括更新模塊，用于在標簽卡L對讀寫器氏認證成功后，執(zhí)行metaID。tJ = h (HietaIDctj)，ctJ = ctJ+1 的操作。
本發(fā)明技術(shù)方案與現(xiàn)有傳統(tǒng)標簽認證方法相比，有以下一些有益效果(1)讀寫器不需要與后臺數(shù)據(jù)庫實時保持連接，對標簽卡的認證不在數(shù)據(jù)庫側(cè)完 成，本發(fā)明所述的認證數(shù)據(jù)庫只負責維護和提供認證信息，在向合法的讀寫器和標簽卡下 載了認證信息后，由讀寫器和標簽卡獨立進行相互認證，不再依賴后臺數(shù)據(jù)庫來在線認證 標簽卡，方便了用戶的使用。(2)從安全角度進行分析，本發(fā)明采用授權(quán)訪問機制，只有合法的讀寫器才能從認 證數(shù)據(jù)庫中獲取對應(yīng)標簽的初始ID值，也只有合法的讀寫器才能認證或者更新相應(yīng)的標 簽的狀態(tài)；本發(fā)明還采用雙向認證機制，只有合法的標簽才可以被合法的讀寫器處理；本 發(fā)明采用單向hash函數(shù)，并提供了 ID的動態(tài)更新機制，保證了前向安全性；讀寫器采用哈 希表存儲標簽卡信息，提高了認證速率；通過計數(shù)值的方式巧妙實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步；使用隨機 數(shù)，保證每次認證時，都使用不同的數(shù)據(jù)包，能夠很好防止竊聽攻擊、假冒攻擊等等，并且可 以有效的隱藏標簽的位置信息。根據(jù)分析得知，本發(fā)明提供的認證方法具有很好的安全特 性。


圖1為傳統(tǒng)的RFID認證方法流程圖；圖2為本發(fā)明實施例讀寫器中的哈希表的存儲結(jié)構(gòu)示意圖；圖3為本發(fā)明實施例提供的基于高度自治RFID讀寫器的動態(tài)ID認證方法流程 圖；圖4為本發(fā)明實施例提供的RFID讀寫器的功能模塊組成示意圖；圖5為本發(fā)明實施例提供的標簽卡的功能模塊組成示意圖。
具體實施例方式為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點更加清楚明白，以下舉實施例并參照附圖，對 本發(fā)明進一步詳細說明。本發(fā)明實施例中的h(.)為密碼學意義上的摘要函數(shù){0，1}*—⑷，丨廣其中丄為 RFID系統(tǒng)的安全參數(shù)，此處為本發(fā)明標簽卡的ID的長度。假設(shè)系統(tǒng)中有m個讀寫器Ri, 1彡i彡m，和η個標簽卡Τ」，1彡j彡η，其中m，η為大于等于1的正整數(shù)；圖3為本發(fā)明實施例提供的基于高度自治RFID讀寫器的動態(tài)ID認證方法的步驟 流程圖，詳細步驟如下步驟S400、進行認證數(shù)據(jù)庫、讀寫器氏和標簽卡Tj的初始化，在認證數(shù)據(jù)庫中生 成(id」，metalD?！?，index」，Cj = 1)，為授權(quán)的讀寫器下發(fā)(metaID crj = idjj h (rj, indeXj)， crJ = 0),為標簽卡下載(metaIDctJ, Indexj, ctJ = 1, nt)；當標簽卡Tj加入系統(tǒng)使用時，認證數(shù)據(jù)庫初始化生成并存儲標簽卡Tj的信息 (idj,metaIDcJ, Indexj, Cj)，其中id」為標簽卡Tj的唯一標識，metaID。」為id」經(jīng)過Cj次哈希 運算后所得到值，本發(fā)明實施例中設(shè)Cj的初始值為1，即初始HietaIDej = h(idj) ；Indexj為 與標簽卡對應(yīng)的索引值，該值用于在讀寫器的存儲模塊中快速的搜索對應(yīng)標簽卡的信息， 該值為一個隱私值，只在認證數(shù)據(jù)庫和標簽卡存儲，對讀寫器隱藏；初始情況下，在標簽卡Tj中存儲(metaID。tj，index」，ctJ, nt)，其中metaID。tj為id」經(jīng)過Ctj次哈希運算后所得到值，在以后的驗證過程中通過hash函數(shù)用類似于Hash鏈的方 法更新標簽卡中的HietaIDc^值；本發(fā)明實施例中初始情況下Cw = 1 ;nt是一個隨機數(shù)，該 實施例中由認證數(shù)據(jù)庫下發(fā)nt，用于在認證過程中由標簽卡產(chǎn)生偽隨機數(shù)，為了提供更好 的安全性，也可在標簽卡中提供隨機數(shù)生成模塊，由標簽卡獨立生成隨機數(shù)nt。初始情況下，每個讀寫器氏都分配有一個唯一的標識值當合法讀寫器氏向認 證數(shù)據(jù)庫申請對標簽卡Tj的訪問許可時，認證數(shù)據(jù)庫向氏授權(quán)，并將信息(metalD。,」，h (ri index,.), crJ)存儲到讀寫器中用于存儲標簽信息的哈希表中。特別注意的是h(ri，index」) 是一個由認證數(shù)據(jù)庫在授權(quán)時計算好的值，并非是一個式子，該值可以理解為標簽卡信息 存儲在讀寫器中的位置標識信息。Crj初始化為0，metaID。rj表示標簽的idj經(jīng)過Crj次哈希 運算后的結(jié)果值，當(^初始化為0時，相應(yīng)地HietaIDraj = idJO本發(fā)明實施例中，在初始化時及以后的動態(tài)認證過程中，任何一個讀寫器的始 終小于等于標簽卡的Cu，否則讀寫器認為標簽是不合法的。本發(fā)明將h Indexj)作為標簽信息的存儲位置標識的目的在于，通過哈希運算 將讀寫器的唯一標識A和標簽卡的唯一標識indeXj關(guān)聯(lián)起來，隱藏了 indeXj，并使得同一 個標簽卡的信息在不同的讀寫器中存儲地址不同；在本發(fā)明一優(yōu)選實施例中，建立如圖2的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)來存儲標簽信息，通過h(ri， Indexj)對哈希表Li的最大存儲空間個數(shù)maxL取余的方式確定標簽信息在哈希表中的存 儲位置，通過線性鏈表來存儲h(ri; Indexj) % maxL值相同的所有標簽信息。本發(fā)明實施例中，讀寫器包含一個偽隨機數(shù)發(fā)生器用于生成還包含一個與標 簽卡中Hash函數(shù)模塊相同的Hash函數(shù)模塊用于執(zhí)行對等的哈希運算。為了提供更好的安 全性，讀寫器也可設(shè)置一個獨立的隨機數(shù)生成模塊，用于生成~。步驟S401、讀寫器氏生成隨機數(shù)η,，然后向標簽卡Tj發(fā)送請求，請求中攜帶有讀 寫器氏的標識值A(chǔ)和讀寫器生成的隨機數(shù)r^ ；步驟S402、標簽卡收到認證請求后，標簽卡Tj先利用hash函數(shù)計算出一個新的偽 隨機數(shù)nt = h(nt)，并將新的值保存，然后利用讀寫器發(fā)送的ri和本地保存的計算HRI = h(ri Indexj),IN=h (r,., nr, η,) HRIME = h (metaIDctJ, nr, nt),在獲得上述計算結(jié)果后，標簽卡向讀寫器反饋(IN，ME, ctJ, nt)；在上述步驟中，讀寫器向標簽卡發(fā)出認證請求中包含一個隨機數(shù)標簽收到一 個認證請求后，根據(jù)認證數(shù)據(jù)庫下發(fā)的隨機數(shù)通過調(diào)用哈希函數(shù)生成一個偽隨機數(shù)nt。兩 個隨機數(shù)保證每次讀寫器與標簽之間的傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都是不同的。為了降低標簽卡的成本， 在實際標簽卡中沒有隨機數(shù)發(fā)生器，標簽生成的隨機數(shù)是一個偽隨機數(shù)，當然也可為標簽 卡提供一個隨機數(shù)生成模塊，用于獨立生成隨機數(shù)，以提供更好的安全性。本發(fā)明實施例中 提前往標簽卡中寫入一個隨機數(shù)，以后的隨機數(shù)是根據(jù)hash函數(shù)計算生成的偽隨機數(shù)。步驟S403、讀寫器收到標簽的響應(yīng)，首先解析數(shù)據(jù)包分別得到IN、ME、cw和nt。然 后利用本端的A和r^及接收到的nt計算h nr, nt)，并使用所得值與IN異或得到標簽 卡計算的h(ri; index」)值，即步驟S402中的HRI，然后再用h(ri; index」)% maxL求余得到 對應(yīng)標簽所在哈希表中的地址，用h (ri; Indexj)與線性表中每個節(jié)點的h_indeX_r值比較，h_index_r就是讀寫器從數(shù)據(jù)庫中下載的h (ri; index」)。步驟S404、如果步驟S403在哈希表中找到與h(ri，index」)相等的節(jié)點，并且 ctJ-c .彡0，則標簽位置查找成功，然后執(zhí)行步驟S405 ；否則讀寫器對標簽的認證失敗，跳至 步驟410。步驟S405、讀寫器根據(jù)Ctj推算標簽的當前metaID值，計算方法如下metaID= hCtJ"Cri( metaIDCj)metaIDcrJ和為已知值，讀寫器通過差值次數(shù)的哈希運算獲得零時的 metaID 值；步驟S406、讀寫器計算h(metaID，nr, nt)，并判斷所得值與ME是否相等，若相等， 則讀寫器對標簽的驗證成功，此時讀寫器認為標簽是合法的，然后執(zhí)行步驟S407 ；否則讀 寫器認證失敗，執(zhí)行步驟S409 ；步驟S407、當步驟S406認證成功后，該步更新讀寫器中的數(shù)據(jù)，更新為當前認證 時標簽的metaID。tj和Ctj值，即執(zhí)行metaID。tj = metaID, crJ = ctJ的賦值操作；步驟S408、讀寫器通過如下方法計算M，并將M發(fā)送給標簽卡，用于標簽對讀寫器 的認證，然后執(zhí)行S411 ；M = h(h(metaID)，nr, nt)步驟S409、當步驟406讀寫器對標簽認證失敗時，讀寫器向標簽發(fā)送認證失敗信 息包；步驟S410、在步驟404中標簽位置查找失敗，則本發(fā)明認為認證失敗，此時標簽可 能是假的，或者該標簽不是閱讀器授權(quán)認證的標簽，讀寫器向標簽發(fā)送認證失敗信息包；步驟S411、標簽收到讀寫器的響應(yīng)后，解析數(shù)據(jù)，若是認證失敗的響應(yīng)包，則標簽 停止計算；若不是認證失敗的響應(yīng)包，則解析得到的數(shù)據(jù)M,并計算h (h (metaIDctJ)，nr, nt)， 判斷所得結(jié)果是否等于M,若相等，則標簽卡對讀寫器認證成功。步驟S412、若步驟411中認證成功后，標簽卡同樣更新數(shù)據(jù)，HietaIDetj做一次哈希 運算，ctJ 自增力口 1，即執(zhí)行 metaIDctJ = h(metaIDctJ)，ctJ = ctJ+10本發(fā)明實施例步驟S407和步驟S412為讀寫器和標簽卡分別進行更新的步驟，更 新信息是讀寫器和標簽各自更新自己的信息，并沒有互傳其中的信息，保證信息的安全。而 且本發(fā)明允許即使在合法認證時出現(xiàn)認證失敗的情況，有部分信息更新，導致讀寫器與標 簽之間沒有同時更新信息，該合法的讀寫器與標簽之間依然能夠在下一次認證中相互認 證，而不需要同時存儲新舊密碼?；诒景l(fā)明提供基于高度自治RFID讀寫器的動態(tài)ID認證方法，本發(fā)明還提出一 種使用本發(fā)明提供的讀寫器對標簽卡進行搜索的方法，很多時候，需要從很多個標簽中尋 找某一個標簽。如果只是用本發(fā)明的認證方法對每個標簽驗證，從其中找到系統(tǒng)需要的標 簽，顯然效率很差，不實用。因此本發(fā)明在認證方法的基礎(chǔ)上提出了搜索(karch)方法。搜索的目的是讓授權(quán)讀寫器在許多標簽中找到授權(quán)訪問的一個標簽，相應(yīng)標簽能 夠回應(yīng)讀寫器。理想的狀態(tài)時，只有這個標簽會做出響應(yīng)，并將自己的信息傳送給授權(quán)讀寫 器。對于讀寫器氏，直觀的方法是氏向所有標簽廣播請求id」，當某個標簽Tj自己的ID滿 Mownid== idj條件時，向閱讀器返回應(yīng)答信息。這種簡單的方法不能提供任何的安全保障，極易被竊聽、仿冒，這樣的廣播方法尤其不能很好的抵御跟蹤攻擊。攻擊者首先可以竊聽讀寫器的廣播包，然后用這個包頻繁的 訪問標簽，因為只有正確合法的標簽才會做出響應(yīng)，所以響應(yīng)包可能會暴露標簽的位置信 息。因此，在本發(fā)明的認證方法的基礎(chǔ)上提出了如下的安全搜索方法步驟501、讀寫器向標簽卡廣播IN、ri、r^ ；其中，IN=[h (h Ovinde^cj)，nr)]m，即 IN 為 h(h (ri; index」)，nr)哈希值的前 m 位； 只發(fā)送前m位的原因是縮小匹配的精度，在多個標簽卡中，可能存在標簽計算結(jié)果是一樣 的多個卡，所以往往會有多個標簽對廣播做出響應(yīng)，可以在很大程度上防止跟蹤攻擊為 讀寫器氏的唯一標識，nr為讀寫器&生成的隨機數(shù)。步驟502、標簽卡接收到讀寫器的廣播后，每個標簽卡計算[h(h(ri，ownindex), n,)]m并與IN值做比較，若二者相等，則執(zhí)行步驟503，否則不做響應(yīng)；步驟503、標簽卡生成偽隨機數(shù)nt，計算TM = h(metaID。tj，nr, nt)，以及計算 TC=h(r,., ηΓ, η,) ctj ,然后將ΤΜ、TC及nt反饋給讀寫器；步驟504、當讀寫器接收到標簽卡發(fā)送的反饋信息后，先計算h(ri，nr, nt)然后與 TC異或后得到Ctj，計算當前metaID=/i4_ (metdID、),然后計算h (metaID,nr,nt)，并
將所得值與接收的數(shù)據(jù)h(metaID。tj，nr, nt)比對，若二者相等，則表示讀寫器找到了所需的 標簽卡Ir否則表示查找失敗。查找成功后，讀寫器還要再發(fā)送查找成功信息，以便標簽進 行數(shù)據(jù)更新，這些步驟就與之前認證方法的過程相同(參考步驟401至步驟41 。可以看 出，搜索方法是基于本發(fā)明之前提出的認證方法，所以仍屬于本發(fā)明的技術(shù)方案的保護范 圍內(nèi)。除上述步驟外，本發(fā)明所述方法還包括以下系統(tǒng)維護的步驟認證數(shù)據(jù)庫負責生 成、安裝、部署標簽，為標簽卡生成系統(tǒng)內(nèi)唯一 id值和摘要值index，為讀寫器生成系統(tǒng)內(nèi) 唯一的標識r值，管理系統(tǒng)中讀寫器和標簽的數(shù)據(jù)以及認證信息，并可以將這些數(shù)據(jù)下載 到合法的讀寫器標簽中。本發(fā)明使用的環(huán)境是假設(shè)多個讀寫器對同一個標簽都有合法的操作權(quán)限。例如在 行李自動識別系統(tǒng)中，本發(fā)明希望行李所在機場的工作人員授權(quán)的讀寫器能夠?qū)π欣钭R別 并確認其中信息，同時假設(shè)了旅客的手機中包含有一個RFID讀寫器，這樣行李的主人可以 通過自己的手機對行李進行搜索、識別以及確認其中信息。因為有多個讀寫器都能對行李 識別，所以本發(fā)明將標簽的ID值設(shè)計為動態(tài)變化的。本發(fā)明中的方法可分為兩部分，認證 方法和更新方法。但是由于在行李識別系統(tǒng)中，對一個標簽的認證不會過于頻繁，因此在行 李系統(tǒng)中可選擇在每次認證成功都對數(shù)據(jù)進行更新。圖4為本發(fā)明實施例提供的一種用于實現(xiàn)本發(fā)明提供的認證方法的RFID讀寫器 的功能模塊組成結(jié)構(gòu)示意圖，該讀寫器400包括以下功能模塊獲取標簽信息模塊401，用于認證數(shù)據(jù)庫對讀寫器氏的合法性認證及向認證數(shù)據(jù) 庫請求下載標簽卡Tj的信息(metaIDCTj，h(ri，index」)，crJ)；隨機數(shù)生成模塊402，用于生成隨機數(shù)& ；認證請求模塊403，用于向標簽卡Tj發(fā)送攜帶A和η,的請求，以及接收標簽卡發(fā) 送的攜帶IN、ME、ctJ和nt值的響應(yīng)消息；位置查找模塊404，用于計算h(ri，nr, nt)的值，并與IN異或得到HRI值，然后在 哈希表中查找是否存在與HRI值相等且滿足條件^ 0的標簽信息，若存在，則通知認證響應(yīng)模塊認證失??；否則通知標簽標識認證模塊查找成功；標簽標識認證模塊405，在位置查找模塊查找成功時計算h (metaID, nr, nt)值，然 后判斷所得值與ME是否相等，若相等，則通知認證響應(yīng)模塊認證成功，否則通知認證響應(yīng) 模塊認證失??；認證響應(yīng)模塊406，用于向標簽卡發(fā)送認證失敗信息，或發(fā)送攜帶M = h(h (metaID)，nr, nt)值的認證成功信息；存儲模塊407，用于存儲哈希表、隨機數(shù)、讀寫器標識信息，所述哈希表中存儲認證 數(shù)據(jù)庫下發(fā)的標簽信息(metaID。rj，h(ri，index」)，crJ)。更新模塊408，用于在讀寫器氏對標簽卡Tj認證成功后，執(zhí)行HietaIDetj = metaID, crJ = ctJ的賦值操作。圖5為本發(fā)明實施例提供的一種用于實現(xiàn)本發(fā)明提供的認證方法的標簽卡，該標 簽卡500包括以下功能模塊存儲模塊501，用于存儲從認證數(shù)據(jù)庫下載的標簽信息(metaID。tj，Indexj, ctJ)；隨機數(shù)生成模塊502，用于生成隨機數(shù)nt ；認證響應(yīng)模塊503，用于接收讀寫器氏發(fā)送的攜帶A和η,的請求，并計算HRI = h^andexpjN^h (r;·, nr, nt) HRI,ME = h(metaIDctJ，nr，nt)，然后向讀寫器 Ri 反 饋攜帶IN、ME、ctJ和nt值的響應(yīng)消息；讀寫器認證模塊504，用于在接收到讀寫器氏發(fā)送的攜帶M值的請求消息時，計算 h (h (metaIDctJ)，nr, nt)，然后比較所得值是否與M相等，若相等，則標簽卡對讀寫器的認證成 功，否則對讀寫器的認證失敗。更新模塊505，用于在標簽卡Tj對讀寫器氏認證成功后，執(zhí)行metaID。tJ = h (HietaIDctj)，ctJ = ctJ+1 的操作。以上所述，僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并非用于限定本發(fā)明的保護范圍。
權(quán)利要求
1.一種讀寫器與標簽卡的動態(tài)認證方法，其特征在于，該方法包括在認證數(shù)據(jù)庫中生成(id」，metaIDCJ, index」，Cj)，為授權(quán)的讀寫器下發(fā)(metaIDraJ， h(ri; index」)，，為標簽卡下載(metaID。tj，index」，ctj)，其中id」為標簽卡Tj的唯一標 識，metalD。」、metaIDcrJ, metaIDctJ分別為id」經(jīng)過Cj、crJ, ctJ次哈希運算后所得值，Indexj 為與標簽卡對應(yīng)的索引值，r,為讀寫器氏的唯一標識，h(ri; Indexj)為認證數(shù)據(jù)庫生成的 用于在讀寫器的哈希表Li中查找標簽信息的位置值，h為哈希函數(shù)； 讀寫器氏生成隨機數(shù)然后向標簽卡L發(fā)送攜帶α和的請求； 標簽卡 Tj 生成隨機數(shù) nt，并計算 HRI = h(ri; index」)，IN=h ( r,., nr, nt) HRI, ME =h(metaID⑴，nr，nt)，然后向讀寫器Ri反饋IN、ME、Cu和nt ；讀寫器氏計算h (ri; nr, nt)的值，并與IN異或得到HRI值，然后在哈希表中 查找是否存在與HRI值相等的標簽信息，若存在且滿足條件(^.- ^ 0，則計算 metaID = hCtrCr|( metaIDCj)，否則對標簽卡的驗證失?。蛔x寫器Ri計算h (metaID,nr, nt)值，然后判斷所得值與ME是否相等，若相等，則讀寫器 對標簽的驗證成功。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法還包括如下標簽卡L對讀寫器 Ri的認證步驟讀寫器氏計算M = h (h (metaID)，nr, nt)值，并將M值發(fā)送給標簽卡； 標簽卡Tj收到M后，計算h (h (metaIDctJ)，nr, nt)，然后比較所得值是否與M相等，若相 等，則標簽卡對讀寫器的認證成功，否則對讀寫器的認證失敗。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的方法，其特征在于，所述方法還包括更新的步驟在讀寫器氏對標簽卡Tj認證成功后，執(zhí)行HietaIDetj = metaID, crJ = Ctj的賦值操作； 在標簽卡Tj對讀寫器氏認證成功后，執(zhí)行HietaIDetj = h (HietaIDetj)，ctJ = ctJ+1的操作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的方法，其特征在于，讀寫器氏在獲得HRI值后，在哈希表中查 找是否存在與HRI值相等的標簽信息的方法為計算h (ri; Indexj) % maxL求余得到對應(yīng)標簽所在哈希表中的地址，然后在該地址對應(yīng) 的線性鏈表中查找節(jié)點值與h(ι·” Indexj)相等的節(jié)點，若找到則表示存在與HRI值相等的 標簽信息，否則表示不存在與HRI值相等的標簽信息。
5.一種搜索標簽卡的方法，其特征在于，該方法包括讀寫器Ri向多個標簽卡廣播IN、巧、η。IN= [h(h(ri; indeXj)，rO]m，其中，巧為讀寫 器的唯一標識，nr為讀寫器生成的隨機數(shù)，Indexj為所要查找的標簽卡的唯一索引，[]m 表示取所得哈希值的前m位；標簽卡接收到廣播后，每個標簽卡計算[h(h(ri，ownindex)，n,)]m并與IN值做比較， 若二者不相等，則不做響應(yīng)，否則標簽卡生成偽隨機數(shù)nt，計算TM = h(metaID。tj，n,，nt)，及 TC=h(r,., ηΓ, η,) Cij-,然后將TM、TC及nt反饋給讀寫器；讀寫器Ri通過反異或得到Ctj，然后計算metaID= hCt|"Cr|( metaIDC |),及h (metaID, nr,nt)，并將所得值與接收的TM比對，若二者相等，則表示讀寫器Ri查找標簽卡L成功，否則 查找失敗。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的方法，其特征在于，所述方法還包括在查找成功時，讀寫器氏執(zhí)行HietaIDetj = metaID, crJ = Ctj的賦值操作；讀寫器氏發(fā)送查找成功信息給標簽卡Tj,標簽卡Tj對讀寫器氏認證成功后，執(zhí)行 metaIDctJ = h (metaIDctJ)，ctJ = ctJ+l 的操作。
7.一種射頻識別RFID讀寫器，其特征在于，該讀寫器包括獲取標簽信息模塊，用于認證數(shù)據(jù)庫對讀寫器氏的合法性認證及向認證數(shù)據(jù)庫請求下 載標簽卡 Tj 的信息(metaID。rj，hOv Indexj)，crJ)；隨機數(shù)生成模塊，用于生成隨機數(shù)r^ ；認證請求模塊，用于向標簽卡Tj發(fā)送攜帶ri和r^的請求，以及接收標簽卡發(fā)送的攜帶 IN、ME、ctJ和nt值的響應(yīng)消息；位置查找模塊，用于計算h nr, nt)的值，并與IN異或得到HRI值，然后在哈希表中 查找是否存在與HRI值相等且滿足^ 0的標簽信息，若存在，則通知認證響應(yīng)模塊認 證失??；否則通知標簽標識認證模塊查找成功；標簽標識認證模塊，在位置查找模塊查找成功時計算h (metaID, nr, nt)值，然后判斷所 得值與ME是否相等，若相等，則通知認證響應(yīng)模塊認證成功，否則通知認證響應(yīng)模塊認證 失??；認證響應(yīng)模塊，用于向標簽卡發(fā)送認證失敗信息，或發(fā)送攜帶M = h (h (metaID)，nr,nt) 值的認證成功信息；存儲模塊，用于存儲哈希表、隨機數(shù)、讀寫器標識信息，所述哈希表中存儲認證數(shù)據(jù)庫 下發(fā)的標簽信息(metaIDcrJ, h(ri7 index」),crJ)。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的讀寫器，其特征在于，該讀寫器還包括更新模塊，用于在讀寫器氏對標簽卡Tj認證成功后，執(zhí)行HietaIDetj = metaID, crJ = ctJ的賦值操作。
9.一種標簽卡，其特征在于，該標簽卡包括存儲模塊，用于存儲從認證數(shù)據(jù)庫下載的標簽信息(metaID。⑴inde\，ctJ)；隨機數(shù)生成模塊，用于生成隨機數(shù)nt ；認證響應(yīng)模塊，用于接收讀寫器氏發(fā)送的攜帶A和的請求，并計算HRI = h(ri; indeXj)JN=h (r,., nr, nt) HRI,ME = h(metaIDctJ, nr，nt)，然后向讀寫器 Ri 反饋攜 帶IN、ME、ctJ和nt值的響應(yīng)消息；讀寫器認證模塊，用于在接收到讀寫器氏發(fā)送的攜帶M值的請求消息時，計算 h (h (metaIDctJ)，nr, nt)，然后比較所得值是否與M相等，若相等，則標簽卡對讀寫器的認證成 功，否則對讀寫器的認證失敗。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的標簽卡，其特征在于，該標簽卡還包括更新模塊，用于在標簽卡Tj對讀寫器氏認證成功后，執(zhí)行HietaIDetj = h (metaIDctJ)，Ctj =ctJ+1的操作。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種讀寫器與標簽卡之間的動態(tài)認證方法及實現(xiàn)裝置，用于解決傳統(tǒng)認證方法必須依賴于與后臺數(shù)據(jù)庫的實時在線、可靠安全地連接，無法高度自治地由讀寫器對標簽卡進行認證的技術(shù)問題。本發(fā)明中只有合法的讀寫器才能從認證數(shù)據(jù)庫中獲取對應(yīng)標簽認證信息，才能認證或者更新相應(yīng)的標簽的狀態(tài)；只有合法的標簽才可以被合法的讀寫器處理；認證過程中標簽ID采用動態(tài)更新機制，保證了前向安全性，讀寫器采用哈希表存儲標簽卡信息，提高了認證速率；通過計數(shù)值的方式巧妙實現(xiàn)數(shù)據(jù)同步；使用隨機數(shù)，保證每次認證時，都使用不同的數(shù)據(jù)包，有效的隱藏標簽的位置信息，提供了很好的安全特性。
文檔編號G06K17/00GK102136079SQ201110054430
公開日2011年7月27日 申請日期2011年3月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月7日
發(fā)明者劉傳益, 劉惠, 劉樹君, 杜軍朝, 薛濤, 賀文, 鄧清哲, 郭江坤, 陳文婧 申請人:中興通訊股份有限公司