一種基于Hash函數(shù)可同步更新密鑰的RFID雙向認(rèn)證方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明屬于射頻識(shí)別技術(shù)領(lǐng)域，涉及到一種RFID系統(tǒng)中讀寫器與標(biāo)簽相互安全 認(rèn)證的方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)，是一種利用射頻通 信實(shí)現(xiàn)的非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，其基本原理是利用射頻信號(hào)的空間耦合（電感或電磁耦 合）或反射的傳輸特性來傳遞信息，以實(shí)現(xiàn)快速識(shí)別目標(biāo)并獲取數(shù)據(jù)的目的。與傳統(tǒng)的識(shí) 別技術(shù)相比，RFID技術(shù)具有非接觸、抗干擾性強(qiáng)、能識(shí)別高速運(yùn)動(dòng)的物體以及可適應(yīng)于惡劣 環(huán)境等多方面的優(yōu)點(diǎn)，RFID技術(shù)在物流、跟蹤、定位、工業(yè)自動(dòng)化以及交通運(yùn)輸控制管理等 領(lǐng)域已得到廣泛應(yīng)用，被列為21世紀(jì)最有發(fā)展前途的信息技術(shù)之一。
[0003] 近年來，隨著RFID技術(shù)地不斷發(fā)展，其傳輸與讀取數(shù)據(jù)的速度也不斷提高，但是 RFID系統(tǒng)面臨的安全威脅以及標(biāo)簽安全隱私問題日益凸顯，亟待解決。如何有效地保護(hù)信 息安全和用戶隱私，已成為RFID技術(shù)研宄的一個(gè)熱點(diǎn)。首先，電子標(biāo)簽所傳遞的信息很可 能遭受竊聽、重傳和假冒等攻擊；其次，在開放的環(huán)境中標(biāo)簽有可能被附近的非法讀寫器讀 取，從而泄露了用戶的隱私信息；另外，傳輸信息也可能被追蹤、遭受數(shù)據(jù)去同步化等攻擊， 這些問題已經(jīng)嚴(yán)重阻礙了 RFID技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。目前，針對RFID安全與隱私問題的解 決方式主要分為：物理機(jī)制和基于密碼技術(shù)的安全認(rèn)證機(jī)制，由于物理機(jī)制需要額外的物 理設(shè)備或元件，從而增加了 RFID系統(tǒng)的成本，在實(shí)際應(yīng)用中，更加關(guān)注的是安全認(rèn)證機(jī)制。
[0004] 根據(jù)系統(tǒng)的不同復(fù)雜度和安全性以及成本，可以將安全認(rèn)證協(xié)議分為三類：重量 級(jí)、中量級(jí)和輕量級(jí)協(xié)議。重量級(jí)認(rèn)證協(xié)議采用比較成熟的加密手段，安全性較高，但其協(xié) 議比較復(fù)雜，標(biāo)簽的成本也比較高，所以往往應(yīng)用在安全性要求比較高的領(lǐng)域。輕量級(jí)認(rèn)證 協(xié)議則注重系統(tǒng)的成本代價(jià)，其安全性評估有一定的局限。而中量級(jí)認(rèn)證協(xié)議兼顧了安全 性和成本的需求，具有更強(qiáng)的適用性，因此成為RFID認(rèn)證協(xié)議研宄的熱點(diǎn)。
[0005] 為了保證系統(tǒng)的通信安全性，必須在通信之前進(jìn)行讀寫器與標(biāo)簽之間的相互身份 認(rèn)證。由于受到標(biāo)簽硬件成本的嚴(yán)格限制，存儲(chǔ)空間、計(jì)算能力以及電源供給等均非常有 限，這使得現(xiàn)有的許多成熟的密碼技術(shù)難以在RFID系統(tǒng)中得到有效的應(yīng)用。而單向散列 Hash運(yùn)算具有快速、低耗的特點(diǎn)，所以基于Hash函數(shù)的RFID安全方案的設(shè)計(jì)近年來備受關(guān) 注。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本發(fā)明為了解決讀寫器與標(biāo)簽相互認(rèn)證過程中的安全隱私問題，結(jié)合實(shí)際情況， 考慮標(biāo)簽的制作成本以及協(xié)議的復(fù)雜度等因素，提出一種基于Hash可同步更新密鑰的 RFID雙向認(rèn)證方法（協(xié)議）。利用密鑰和標(biāo)簽的ID實(shí)現(xiàn)對標(biāo)簽的二次認(rèn)證，其分析結(jié)果表 明該協(xié)議不僅能夠完成既定的安全目標(biāo)，還能滿足RFID協(xié)議設(shè)計(jì)的隱私保護(hù)和安全需求。 除了具有抗重放攻擊，匿名性和不可區(qū)分行，抗暴力破解等安全特性之外，該協(xié)議還具有抗 異步攻擊，抗拒絕服務(wù)攻擊的能力。同時(shí)還提高了 RFID協(xié)議認(rèn)證的執(zhí)行效率，更適合低成 本的RFID系統(tǒng)。
[0007] 本發(fā)明是通過以下技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的。
[0008] -種基于Hash可同步更新密鑰的RFID雙向認(rèn)證方法，是用于RFID系統(tǒng)中讀寫器 與標(biāo)簽之間相互認(rèn)證的安全協(xié)議，所述的RFID系統(tǒng)包括讀寫器，標(biāo)簽和后端數(shù)據(jù)庫，其特 征在于：
[0009] (1)條件說明：假設(shè)讀寫器與后端數(shù)據(jù)庫之間是在安全可控的環(huán)境下進(jìn)行通信 的，標(biāo)簽和讀寫器都具有偽隨機(jī)發(fā)生器，標(biāo)簽?zāi)軌驁?zhí)行Hash運(yùn)算以及簡單的邏輯運(yùn)算。 [0010] ⑵對RFID系統(tǒng)初始化：后端數(shù)據(jù)庫為每個(gè)標(biāo)簽存儲(chǔ)一條記錄（Ki _ H (Ki new)，Ki 。1(1，H(Ki。1(1)，IDi)，標(biāo)簽則存儲(chǔ)自己的ID i以及密鑰K i。表1為協(xié)議所使用的符號(hào)說明。
[0011] (3)協(xié)議的認(rèn)證主要分為以下4個(gè)過程：讀寫器對標(biāo)簽的認(rèn)證過程，后端數(shù)據(jù)庫更 新密鑰過程，標(biāo)簽對讀寫器（后端數(shù)據(jù)庫）的認(rèn)證過程以及標(biāo)簽更新密鑰過程，如圖1所 不O
[0012] 表1符號(hào)說明
[0013]
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于Hash函數(shù)可同步更新密鑰的RFID雙向認(rèn)證方法，其特征是步驟如下： (51) 讀寫器生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)rK，并和查詢命令Query-起發(fā)給標(biāo)簽作為認(rèn)證請求； (52) 標(biāo)簽收到該消息后，也產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)rT，然后計(jì)算其密鑰&的哈希值H(KJ，
發(fā)送到讀寫器作為應(yīng) 答消息； (53) 讀寫器接收到應(yīng)答消息后，將
轉(zhuǎn)發(fā)給后臺(tái)數(shù)據(jù)庫DB，后臺(tái)數(shù)據(jù) 庫再根據(jù)接收到的消息對標(biāo)簽的合法性進(jìn)行判斷； (54) 若通過對標(biāo)簽的認(rèn)證，則DB更新密鑰庫，否則，終止對該標(biāo)簽后面的認(rèn)證； (55) 后端數(shù)據(jù)庫也產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)rD，計(jì)算h'2=H(rD，ID' ^和心，并將該二 元組
傳遞給讀寫器； (56) 讀寫器收到該消息后，將
轉(zhuǎn)發(fā)給標(biāo)簽；標(biāo)簽接收后，首先從&中 提取隨機(jī)數(shù)rD，然后結(jié)合標(biāo)簽的IDi，計(jì)算h2 =H(rD，ID》，再與收到的認(rèn)證信息h' 2進(jìn)行一 致性驗(yàn)證，若不一致，則認(rèn)證不成功，判讀寫器為非法；反之，則通過對讀寫器的認(rèn)證； (57) 完成標(biāo)簽與讀寫器之間的雙向認(rèn)證之后，標(biāo)簽再更新自身的密鑰
，即實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽與后端數(shù)據(jù)庫密鑰的同步更新。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hash函數(shù)可同步更新密鑰的RFID雙向認(rèn)證方法，其特 征是步驟（S3)所述的后臺(tái)數(shù)據(jù)庫再根據(jù)接收到的消息對標(biāo)簽的合法性進(jìn)行判斷，按以下 步驟進(jìn)行二次認(rèn)證： (1) 后端數(shù)據(jù)庫查找是否存在某個(gè)標(biāo)簽K'i的哈希值滿足H(K'JiHOg，如果不 存在，則判斷該標(biāo)簽為非法，拒絕認(rèn)證請求； (2) 如果存在，則后端數(shù)據(jù)庫首先從/'r?K中求得rT，再結(jié)合密鑰K'i以及隨機(jī)數(shù)rK 一起計(jì)算Vi=H(K'Dbig，由弋十/?；可求得ID"i;檢索后端數(shù)據(jù)庫中ID列表，（查 找對應(yīng)K' ^于）是否滿足ID'i=ID"i，若不成立，則終止認(rèn)證；若成立，即通過對標(biāo)簽 的第二次認(rèn)證。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于Hash函數(shù)可同步更新密鑰的RFID雙向認(rèn)證方法，其特 征是步驟（S4)所述的通過對標(biāo)簽的認(rèn)證，則DB更新密鑰庫，按以下兩種情況對密鑰進(jìn)行更 新： ⑴若等式H〇g=H(KinJ成立，即fKinOT，則將數(shù)據(jù)庫中的&。1(1更新為Ki M，然后再計(jì)算
，將其作為標(biāo)簽下一會(huì)話的密 鑰值； (2)若等式H〇g=H(Ki。1(1)成立，則保留&。1(1，更新
，作為標(biāo)簽 下一會(huì)話的密鑰值。
【專利摘要】一個(gè)基于Hash函數(shù)密鑰可同步更新的RFID雙向認(rèn)證方法，該方法引入標(biāo)簽密鑰動(dòng)態(tài)更新機(jī)制，并設(shè)計(jì)了一個(gè)自同步解決方案，實(shí)現(xiàn)對RFID標(biāo)簽的二次認(rèn)證。與已有的協(xié)議進(jìn)行安全性分析和性能比較，分析結(jié)果表明該協(xié)議在不增加標(biāo)簽成本的前提下，新的雙向認(rèn)證降低了標(biāo)簽和后端數(shù)據(jù)庫的計(jì)算量，提高了后端數(shù)據(jù)庫的檢索效率，不僅有效地解決了RFID系統(tǒng)的隱私保護(hù)及安全問題，同時(shí)也提高了RFID協(xié)議認(rèn)證的執(zhí)行效率，更適合低成本的RFID系統(tǒng)和大規(guī)模的電子標(biāo)簽系統(tǒng)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
【IPC分類】G06K17-00, H04L9-32
【公開號(hào)】CN104579688
【申請?zhí)枴緾N201510026773
【發(fā)明人】張小紅, 胡應(yīng)夢, 吳政澤
【申請人】江西理工大學(xué)
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月20日