基于輕量級(jí)函數(shù)集的rfid系統(tǒng)中標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及信息安全的技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種基于輕量級(jí)函數(shù)集的RFID系統(tǒng) 中標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)換方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 無(wú)線射頻識(shí)別（Radio Frequency Identification，RFID)是一種能夠自動(dòng)識(shí)別物 品的技術(shù)，具有耐久性強(qiáng)、使用方便靈活和通信距離長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)，常用于物流管理、門(mén)禁系統(tǒng) 管理、動(dòng)物監(jiān)控等領(lǐng)域。該技術(shù)在為生產(chǎn)生活帶來(lái)方便性的同時(shí)，也引起了用戶對(duì)信息安全 和隱私保護(hù)方面的關(guān)注。
[0003] 附有標(biāo)簽的物品在交付最終用戶使用前，往往需要經(jīng)歷多個(gè)所有者。相應(yīng)地，物品 上所附的標(biāo)簽也要經(jīng)歷多個(gè)所有者。在此期間，不僅要將物品的所有權(quán)交給新的所有者， 還需要將標(biāo)簽的所有權(quán)也交付給新的所有者，即進(jìn)行標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)換。標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)換通 常指的是標(biāo)簽的原所有者將對(duì)標(biāo)簽的訪問(wèn)權(quán)交給新所有者，而自己不再具有對(duì)標(biāo)簽的訪問(wèn) 權(quán)。如何保護(hù)標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)換過(guò)程中信息的安全性，使其能夠抵御外界攻擊，是一個(gè)亟待解 決的問(wèn)題。
[0004] 目前，已經(jīng)有研宄人員提出了一些RFID系統(tǒng)中標(biāo)簽所有權(quán)安全轉(zhuǎn)換協(xié)議。通常認(rèn) 為標(biāo)簽與所有者之間的信道是不安全的，而不同所有者之間的信道是安全的。在傳統(tǒng)的標(biāo) 簽所有權(quán)轉(zhuǎn)換協(xié)議中，標(biāo)簽與所有者采用固定的算法進(jìn)行所有權(quán)轉(zhuǎn)換。當(dāng)所有者與標(biāo)簽進(jìn) 行認(rèn)證和密鑰協(xié)商時(shí)，所采用的安全算法不變，計(jì)算量較大，而且在多次使用后，會(huì)提高攻 擊者破解出機(jī)密信息的概率。標(biāo)簽具有的計(jì)算資源非常有限，執(zhí)行復(fù)雜的計(jì)算時(shí)會(huì)消耗較 多的時(shí)間，而標(biāo)簽的所有者擁有充足的計(jì)算資源，能在很短的時(shí)間內(nèi)完成復(fù)雜的計(jì)算。降低 標(biāo)簽在進(jìn)行所有權(quán)轉(zhuǎn)換過(guò)程中的計(jì)算量，提高協(xié)議的執(zhí)行效率，同時(shí)降低攻擊者破解機(jī)密 信息的概率，是非常必要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問(wèn)題是提供一種基于輕量級(jí)函數(shù)集的RFID系統(tǒng)中標(biāo)簽所有 權(quán)轉(zhuǎn)換方法，其計(jì)算量小、安全性高、具有較好的可擴(kuò)展性。
[0006] 本發(fā)明的技術(shù)方案是：一種基于輕量級(jí)函數(shù)集的RFID系統(tǒng)中標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)換方 法，標(biāo)簽、原所有者和新所有者擁有同一個(gè)輕量級(jí)函數(shù)集F = {fi，f2,……，4,……，fn}， 其步驟如下：
[0007] 1)原所有者向標(biāo)簽發(fā)送Ir1, IDQQ，0TC}，其中Γι為原所有者生成的隨機(jī)數(shù)，ID QQ為 原所有者的身份標(biāo)識(shí)，OTC為所有權(quán)轉(zhuǎn)換指令；
[0008] 2)標(biāo)簽檢查收到的IDqq是否與自己存儲(chǔ)的ID QQ-致，若不一致，則協(xié)議終止；若 一致，標(biāo)簽生成隨機(jī)數(shù)1*2，計(jì)算1^? r2? kA_u? kFS_w，并將計(jì)算結(jié)果作為inputl值，根據(jù) inputl值從輕量級(jí)函數(shù)集F中選取函數(shù)，設(shè)為4;標(biāo)簽計(jì)算Kr 1, r2, kA_u)，并發(fā)送{iv r2， fa〇V r2, kA_u)}給原所有者，其中kFS_w為標(biāo)簽與所有者共享的第w個(gè)函數(shù)選取密鑰，k A_u為 標(biāo)簽與所有者共享的第U個(gè)認(rèn)證密鑰；
[0009] 3)原所有者收到標(biāo)簽發(fā)來(lái)的消息后，在原所有者數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索是否存在密鑰二元 組（k A_u，kFS_w)滿足：計(jì)算 inputl' = a? r2? kA_u? kFS_w，根據(jù) inputl' 的值從輕量級(jí)函 數(shù)集？中選取函數(shù)4'，使;^'（1'1，1'2，1^_11)與收到的;^(1' 1，1'2，1^_11)相等；若不存在密鑰二元 組（k A_u，kFS_w)，則協(xié)議終止；若存在密鑰二元組（k A_u，kFS_w)，通過(guò)對(duì)標(biāo)簽的認(rèn)證；將inputl' 向左循環(huán)移位作為input2,原所有者根據(jù)input2的值從輕量級(jí)函數(shù)集中選擇與f a'不同的 函數(shù) fb，計(jì)算并發(fā)送 Ir1, r2, OTC，fb(OTC，IV r2, kA_u)}給標(biāo)簽；
[0010] 4)標(biāo)簽收到原所有者發(fā)來(lái)的消息后，將inputl向左循環(huán)移位作為input2'，根據(jù) input2'的值從輕量級(jí)函數(shù)集F中選取與f a不同的函數(shù)f b'，計(jì)算fb'（OTaivivk^u)，若計(jì) 算結(jié)果與收到的f b(〇TC，Γι，r2, kA_u)不相同，則協(xié)議終止；否則，通過(guò)對(duì)原所有者的認(rèn)證，并 將標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)換允許標(biāo)志位flag設(shè)置為1 ;標(biāo)簽將input2'向左循環(huán)移位作為input3， 根據(jù)input3的值從輕量級(jí)函數(shù)集F中選擇與函數(shù)fjP f b'不同的函數(shù)f。，計(jì)算fe(0TC， flag，IV r2, kA_u)，并發(fā)送 Ir1，:r2, OTC，flag，fe(0TC，flag，IV r2, kA_u)}給原所有者；
[0011] 5)原所有者收到標(biāo)簽發(fā)來(lái)的消息后，將input2向左循環(huán)移位作為input3'，根據(jù) input3'的值從輕量級(jí)函數(shù)集F中選取與函數(shù)f a'、fb均不同的函數(shù)f。'，計(jì)算f。'（OTC，flag， ri，A，k Anj)，并檢查計(jì)算結(jié)果與收到的fJOTC，flag，iv r2, kA_u)是否相等，若不相等，則協(xié) 議終止；若相等，可以進(jìn)行所有權(quán)轉(zhuǎn)換，將密鑰k ra_dP kFS_w通過(guò)安全信道發(fā)送給新所有者， 其中kOT_ v為標(biāo)簽與所有者共享的第V個(gè)所有權(quán)轉(zhuǎn)換密鑰；
[0012] 6)新所有者收到密鑰kQT_v和kFS_ w后，在原所有者的通信范圍之外發(fā)送{r 3, IDnq， 00R}給標(biāo)簽，其中r3為新所有者生成的隨機(jī)數(shù)，ID NQ為新所有者的身份標(biāo)識(shí)，OOR為所有權(quán) 獲取請(qǐng)求；
[0013] 7)標(biāo)簽收到新所有者的請(qǐng)求后，檢查自己存儲(chǔ)的flag的值，若為0,則發(fā)送所有權(quán) 獲取失敗消息OOF給新所有者；若為1，則生成隨機(jī)數(shù)r 4,計(jì)算r3? r4? kQT_v? kFS_w作為 input4,根據(jù)input4的值從輕量級(jí)函數(shù)集F中選取函數(shù)，設(shè)為f d，標(biāo)簽計(jì)算fd(r3, r4，IDn。， U，并發(fā)送{r3, r4, IDnq，fd(r3, r4, IDnq，kQT_v)}給新所有者；
[0014] 8)新所有者若收到OOF消息，不允許進(jìn)行所有權(quán)轉(zhuǎn)換，協(xié)議終止；新所有者 收到 Ir3, r4，IDNQ，fd(r3, r4, IDNQ，kQT_v)}后，用自己存儲(chǔ)的 kQT_v和 kFS_w計(jì)算 input4' = !3田1'4田1^。1^田1^1，根據(jù);[即此4'的值從輕量級(jí)函數(shù)集？中選取函數(shù);^'，計(jì)算;^'（1' 3， r4，IDNQ，kQT_v)，并與收到的f d(r3, r4，IDNQ，kQT_v)值進(jìn)行對(duì)比；若兩者不相同，則協(xié)議終止； 若兩者相同，通過(guò)對(duì)標(biāo)簽的認(rèn)證；新所有者將input4'向左循環(huán)移位得到input5、input6、 input7、input8,根據(jù)input5、input6、input7、input8的值從輕量級(jí)函數(shù)集F中分別選取 與函數(shù)f/不同的函數(shù)f；、f f、fjP f 1;新所有者生成與其擁有的其他密鑰值不同的新密鑰 ^-(11+1)、讓。1'-(^+:0和1^陽(yáng)-( 111+1；)，新所有者計(jì)算并發(fā)1^{001?，1'3，1'4，!|^(1' 3，1'4，1^。1"1)田1^_(11+1)，!|^(1' 3， r4，k0T_v，kA_(u+1)) ? k0T_(v+1)，fg (r3，r4，k0T_v，kA_ (u+1)，k0T_(v+1)) ? kFS_(w+1), fx (00R, r3, r4, IDno, k0T-v，kA_(u+1)，k 0T_(v+1)，kFS_(w+1) )}給標(biāo)簽；
[0015] 9)標(biāo)簽收到消息后將input4向左循環(huán)移位得到input5'、input6'、input7'、 input8'，根據(jù)input5'、input6'、input7'、input8'的值從輕量級(jí)函數(shù)集F中分別選取函 數(shù) f/、f/、fg' 和 f\'，分別計(jì)算出 f/ (r3, r4, kOT_v)、f/ (r3, r4, kOT_v，kA_(u+:0)和 fg'（r3, r4， k〇T-v，kA-(u+i)，k0T_(v+1) )以得到新密鑰 k A-(u+l)、k 0T-(v+1)和 k FS-(w+l)， 標(biāo)簽用自己存儲(chǔ)的kOT_v和 計(jì)算出的 k A-(u+1" k 〇τ-(v+1)和 k FS-(w+1)，計(jì)算 (OOR，r3, r4, IDN0, k0T-v，k A-(u+1)，k οτ-(v+1)， k FS-(w+l) )，檢查該計(jì)算結(jié)果與收到的T1(C)OR, r3, r4，IDN0, k0T-v，kA-(u+1)，k0T- (v+1)，kFS-(w+1) )是否 相同；若不相同，則協(xié)議終止；若相同，則自己計(jì)算出的k' A-(u+1)、k οτ-(v+1)、和 k FS-(w+l) 與新 所有者生成的 (u+i)、k0T-(v+1)和 k FS-(w+1) 相同，標(biāo)簽存儲(chǔ)k A-(u+1)、k〇T-(v+1)、kFS-(w+1)和 ID N0 ;標(biāo)簽 將input8'的值向左循環(huán)移位作為input9從輕量級(jí)函數(shù)集F中選擇與fd、fe'、f/、f g'和 f\' 都不同的函數(shù) f。，計(jì)算 fQ(r3, r4, IDNQ，kA_(u+1)，kQT_(v+1)，k FS_(w+1))，發(fā)送{r3, r4, IDNQ，f；(r3， r4，IDN0，k A_(u+1)，k0T_(v+1)，kFS_( w+1)))· 給新所有者，并將flag設(shè)置為0 ;
[0016] 10)若新所有者長(zhǎng)時(shí)間沒(méi)有收到標(biāo)簽發(fā)來(lái)的確認(rèn)消息，則返回第6)步重新執(zhí)行； 若新所有者收到標(biāo)簽發(fā)來(lái)的消息，將input8向左循環(huán)移位作為input9'，根據(jù)input9'的值 從輕量級(jí)函數(shù)集F中選擇函數(shù)f。'，計(jì)算 f〇 (r3? r4? IDno? kA_(u+1)N k〇T_(v+1)? kFS_(w+1) )，并與收到 的 f。(r3, r4，IDN〇，kA-(u+1)、 k〇T-(v+i)，kFS-(w+1)) 比較，若不相等，則協(xié)議終止；若相等，則表明所有 權(quán)轉(zhuǎn)換過(guò)程已經(jīng)完成，新所有者可以使用密鑰 (u+i)、k 0T-(v+1)和 k FS-(w+1) 與標(biāo)簽進(jìn)行通信。
[0017] 所述根據(jù)input的值從輕量級(jí)函數(shù)集F中選取函數(shù)的規(guī)則為：若輕量級(jí)函數(shù)集F 中有η個(gè)函數(shù)，則從input中選取的比特位的長(zhǎng)度log〗];從右至左，input中的比特 依次為第1位，第2位，第3位，......，第ext位；從第1位開(kāi)始，input中的第h(h = 1， 2，......，ext)位若為1，則選取input的第（ext-h+1)位的值按照從右至左的順序依次放 入變量result中，直至選取的input的值達(dá)到Ien位；將輕量級(jí)函數(shù)集F中的每一個(gè)函數(shù) 進(jìn)行編號(hào)，選擇編號(hào)與result的值一致的輕量級(jí)函數(shù)。
[0018] 若result的值不同于輕量級(jí)函數(shù)集F中任何一個(gè)函數(shù)的編號(hào)時(shí)，將input的值 向左循環(huán)移位1個(gè)比特，再