《電子技術(shù)應(yīng)用》
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基于秘密身份的高安全性RFID網(wǎng)絡(luò)協(xié)議
2015年電子技術(shù)應(yīng)用第12期
吳代文1，熊永華2
1.湖南工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，湖南 長沙410208；2.中南大學(xué) 信息科學(xué)與工程學(xué)院，湖南 長沙410083
摘要： 針對現(xiàn)有的RFID安全協(xié)議計算成本較高及無法抵御完全的主流RFID攻擊，提出一種基于秘密身份與單向hash函數(shù)的輕量級安全協(xié)議。第一階段，標(biāo)簽向數(shù)據(jù)庫注冊，數(shù)據(jù)庫為標(biāo)簽分配一個一次性的秘密身份與一個唯一的秘鑰；第二階段，基于一次性秘密身份與單向hash函數(shù)進(jìn)行標(biāo)簽-閱讀器-數(shù)據(jù)庫之間的雙向認(rèn)證，實現(xiàn)了對各種攻擊的檢測與抵御能力。最終，將本協(xié)議與近期性能較好的雙向認(rèn)證協(xié)議進(jìn)行比較。結(jié)果表明，本協(xié)議與其他協(xié)議的計算成本、內(nèi)存需求接近，且具有完全的攻擊抵御能力。
中圖分類號： TP393
文獻(xiàn)標(biāo)識碼： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.2015.12.027

中文引用格式： 吳代文，熊永華. 基于秘密身份的高安全性RFID網(wǎng)絡(luò)協(xié)議[J].電子技術(shù)應(yīng)用，2015，41(12)：102-104，108.
英文引用格式： Wu Daiwen，Xiong Yonghua. Secure digital speech watermarking based on SVD decomposition and eigenvalues quantization in discrete wavelet domain[J].Application of Electronic Technique，2015，41(12)：102-104，108.
Secret identity based high security RFID network protocol
Wu Daiwen1，Xiong Yonghua2
1.Hunan Industry Polytechnic，Changsha 410208，China； 2.College of information science and Engineering，Central South University，Changsha 410083，China
Abstract： The computational cost of the existing RFID security protocols is high or the existing protocols can’t defense the all kinds of the popular RFID attacks, a secret identity and one-way hash function based highlight security protocol. In the first phase, tag registers to dataset, dataset assigns a one-time secret identity and one unique secret key to the tag; in the second phase, the mutual authentication of tag-reader-dataset is processed by one-time secret identity and one-way hash function, and the detection and defense power of all kinds of attacks is realized. At last, the proposed protocol is compared with several recent mutual authentication protocols, the results show that, the proposed protocol has similar computational cost and memory cost with the other methods, but the proposed protocol can defense complete attacks.
Key words : one-way hash function；RFID network；secret identity；robust；mutual authentication

    

0 引言

    RFID系統(tǒng)將尺寸較小、成本極低的標(biāo)簽置入目標(biāo)物體，以實現(xiàn)對海量物品的監(jiān)控[1]。目前，RFID網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于供應(yīng)鏈管理、運輸各行業(yè)之中，RFID的目標(biāo)是代替已有的條形碼[2，3]。然而，RFID為無線接入，極易受到攻擊與隱私泄露的威脅。RFID標(biāo)簽的能量、計算與存儲能力均較低，無法負(fù)荷復(fù)雜的加密算法，而大量采用加密算法的安全協(xié)議不具備較好的實用性[4]。

    已有的RFID系統(tǒng)大多采用雙向認(rèn)證，雙向認(rèn)證需要標(biāo)簽認(rèn)證數(shù)據(jù)庫的真?zhèn)?，?shù)據(jù)庫認(rèn)證標(biāo)簽的真?zhèn)?，具有較高的安全性[5，6]。本文采用單向hash函數(shù)生成共享秘鑰，采用一次性的秘密身份對生成標(biāo)簽的一次性身份ID，匿名性較好。同時，本協(xié)議的標(biāo)簽無需復(fù)雜的計算操作，并且數(shù)據(jù)庫端無需搜索操作，計算量極低。研究結(jié)果證明了本文輕量級的RFID安全協(xié)議滿足RFID網(wǎng)絡(luò)所需的所有安全性需求，且計算復(fù)雜度較低。

1 本文協(xié)議

    表1為本文的符號說明。

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    圖1所示是一個典型的RFID網(wǎng)絡(luò)模型，其中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞譃槿舾纱?，為每個簇分配一個閱讀器。RFID標(biāo)簽可在簇之間移動，閱讀器需要認(rèn)證其簇內(nèi)的標(biāo)簽，同時，標(biāo)簽需要向閱讀器注冊。假設(shè)閱讀器與服務(wù)器共享一個秘鑰Krs，標(biāo)簽與閱讀器之間的信道為非安全信道。

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1.2 匿名認(rèn)證階段

    該階段實現(xiàn)標(biāo)簽、閱讀器與數(shù)據(jù)庫的雙向認(rèn)證。圖2所示為認(rèn)證流程示意圖，該階段包含以下步驟：

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2 RFID基本指標(biāo)與安全性分析

2.1 RFID基本性能分析

    (1)標(biāo)簽-數(shù)據(jù)庫的雙向認(rèn)證。

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      (3)可用性。

      證明：如果標(biāo)簽與服務(wù)器同步更新秘密信息，則易受到去同步攻擊或Dos攻擊[7]，此時，數(shù)據(jù)庫無法判斷真正有效的請求。而本文的秘密ID與緊急秘鑰之間無直接聯(lián)系，由此防御去同步攻擊。

    (4)轉(zhuǎn)發(fā)安全性。

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2.2 安全性分析

    (1)重放攻擊。

    證明：攻擊者攔截之前的消息，重放該消息。本文方法中，因為請求MA1中的參數(shù)僅允許發(fā)送一次，因此，數(shù)據(jù)庫可輕松檢測出重放攻擊的消息。

    (2)假冒攻擊。

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3 實驗結(jié)果與分析

    本文協(xié)議的目標(biāo)是在保證合理計算成本的前提下，滿足RFID的安全性要求。將本方法與其他4個具有代表性的輕量級RFID雙向認(rèn)證協(xié)議[8-11]進(jìn)行比較。

    表2所示為5種RFID協(xié)議的安全性結(jié)果統(tǒng)計，本方法可滿足所有的RFID系統(tǒng)安全要求，而其他算法無法完全滿足RFID系統(tǒng)安全需求。

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    為了驗證標(biāo)簽的身份信息，RFID協(xié)議需要具備一定的搜索能力，由此降低了協(xié)議的擴(kuò)展性。表3所示為幾種協(xié)議的計算成本結(jié)果，本協(xié)議的計算開銷低于其他幾種算法。實驗采用8 MHz頻率的SHA-256 MSP430協(xié)議族，hash函數(shù)的運行時間為0.065 ms。本文方法需要14×tHash的操作，因此需要0.91 ms，與其他4種算法接近，但本協(xié)議具有最全面的安全性能，因此，犧牲少量的計算時間較為合理。

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    對RFID協(xié)議運行所需的運行時內(nèi)存進(jìn)行比較統(tǒng)計，表4為本文協(xié)議標(biāo)簽運行所需的內(nèi)存(RAM)大小，本協(xié)議所需的RAM大小略高于文獻(xiàn)[9]，但是明顯低于其他3種算法。由于文獻(xiàn)[8-10]并非基于hash函數(shù)的認(rèn)證方法，其標(biāo)簽消息的長度較高，且無法做出準(zhǔn)確的統(tǒng)計。然而，本文標(biāo)簽秘鑰為128 bit，標(biāo)簽ID為64 bit，協(xié)議安全性變量所需的存儲空間為224+n*(192)bit，該容量較低，其中n*(192)bit的存儲空間用于抵御Dos攻擊，而其他協(xié)議均無法抵御DoS攻擊。此外，本文標(biāo)簽的認(rèn)證過程中，傳遞的消息長度為416 bit，其中32 bit是追蹤序列號Trseq，該開銷可保證協(xié)議具有較好的可擴(kuò)展性，而其他算法可擴(kuò)展性較差。

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4 結(jié)論

    根據(jù)RFID標(biāo)簽的能量來源，可將其分為被動式標(biāo)簽、半被動式標(biāo)簽以及主動式標(biāo)簽。主動與半被動標(biāo)簽均具有較高的計算與存儲能力，而本文的輕量級安全協(xié)議需要一定的存儲能力(維護(hù)合理數(shù)量的秘密ID-緊急秘鑰對)，因此本協(xié)議適用于主動與半被動標(biāo)簽。但合理的開銷使得本文具有完整的安全性能，可抵御各種主流的RFID網(wǎng)絡(luò)攻擊，具有極好的實用價值。

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