被動(dòng)電子標(biāo)簽身份識(shí)別中的若干問題的研究.pdf

1、物聯(lián)網(wǎng)已成為當(dāng)前世界新一輪經(jīng)濟(jì)和科技發(fā)展的戰(zhàn)略制高點(diǎn)之一，射頻識(shí)別(Radio Frequency Identification，RFID)技術(shù)是物聯(lián)網(wǎng)中的關(guān)鍵技術(shù)，通過無線射頻方式傳輸和獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，并對(duì)物體加以識(shí)別。RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、閱讀器和后端服務(wù)器三部分組成。被動(dòng)電子標(biāo)簽通常被貼附在物品上或嵌入物品中，對(duì)該物品或者持有者進(jìn)行標(biāo)識(shí)。標(biāo)簽作為信息的載體，在RFID系統(tǒng)中具有非常重要的地位，閱讀器通過對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行身份識(shí)別，即可

2、以知道該物品的相關(guān)特征或者持有者的個(gè)人信息。
　　 在被動(dòng)電子標(biāo)簽的身份識(shí)別中存在一些問題，包括碰撞問題、安全問題以及搜索問題等，這些問題從一定程度上制約了電子標(biāo)簽的大規(guī)模應(yīng)用。本課題通過對(duì)這些問題的研究，從理論上給出計(jì)算證明和相關(guān)數(shù)據(jù)，并結(jié)合被動(dòng)電子標(biāo)簽的實(shí)際硬件和RFID標(biāo)準(zhǔn)要求，使這些理論成果可以直接在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)揮作用，解決被動(dòng)電子標(biāo)簽在身份識(shí)別中存在的問題，促進(jìn)RFID技術(shù)的應(yīng)用和物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展。本文針對(duì)被動(dòng)電子標(biāo)簽身份

3、識(shí)別中的問題進(jìn)行了比較深入的研究，并取得了一系列的成果，主要研究?jī)?nèi)容和成果如下:
　　 1.對(duì)被動(dòng)電子標(biāo)簽身份識(shí)別中涉及到的碰撞問題、安全問題以及搜索問題進(jìn)行統(tǒng)一的描述，其中，搜索問題可以看作碰撞問題和安全問題的結(jié)合。這些問題的描述包括問題存在的場(chǎng)景、所要達(dá)到的目標(biāo)、存在的阻礙和達(dá)到目標(biāo)應(yīng)該滿足的要求等;
　　 2.在對(duì)電子標(biāo)簽防碰撞算法的研究現(xiàn)狀進(jìn)行詳細(xì)的回顧及分析的基礎(chǔ)上，提出基于臨時(shí)ID的查詢樹電子標(biāo)簽防碰撞算法，

4、從標(biāo)簽ID中選取字符串作為臨時(shí)ID，當(dāng)多個(gè)標(biāo)簽由于具有相同的臨時(shí)ID而不可區(qū)分時(shí)，將重新選取字符串作為臨時(shí)ID，給出仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果，表明該算法比查詢樹及其變型算法在標(biāo)簽平均傳輸比特?cái)?shù)方面具有優(yōu)勢(shì)，從而提高標(biāo)簽識(shí)別的效率。提出帶堆棧的雙時(shí)隙二進(jìn)制樹電子標(biāo)簽防碰撞算法，該算法采用曼徹斯特編碼，利用雙時(shí)隙機(jī)制為標(biāo)簽預(yù)留響應(yīng)時(shí)隙，減少標(biāo)簽發(fā)送的比特?cái)?shù)和碰撞次數(shù)，采用堆棧的方法記錄碰撞發(fā)生的位置，減少閱讀器的查詢次數(shù)和無用信息的重復(fù)查詢，并分別從數(shù)

5、學(xué)推導(dǎo)和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明所提出的算法比原始的二進(jìn)制樹算法在時(shí)間復(fù)雜度和通信復(fù)雜度方面都有所降低，提供了更高的標(biāo)簽識(shí)別性能;
　　 3.研究分析輕量級(jí)序列密碼Trivium的設(shè)計(jì)，定義Trivium型移位寄存器并將其推廣到k輪，證明k輪的Trivium型移位寄存器的特征多項(xiàng)式形如(1+x)kf(x)，定義k階本原多項(xiàng)式，并給出Trivium型密碼的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，要求其每輪的特征多項(xiàng)式都為k階本原多項(xiàng)式。根據(jù)該準(zhǔn)則對(duì)Trivium算法進(jìn)行改

6、進(jìn)，提出面向電子標(biāo)簽的輕量級(jí)序列密碼Quavium，Quavium的設(shè)計(jì)基于4輪的Trivium型移位寄存器結(jié)構(gòu)和k階本原多項(xiàng)式，由于每輪都保持特征多項(xiàng)式的本原性，因此可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求采用不同寄存器長(zhǎng)度的密碼算法，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，Quavium在硬件和軟件上的性能幾乎和Trivium相當(dāng)，3輪甚至更少輪數(shù)的Quavium具有更佳的性能，更適用于被動(dòng)電子標(biāo)簽的通信保密;
　　 4.分別對(duì)簡(jiǎn)單級(jí)、輕量級(jí)和超輕量級(jí)RFID身份認(rèn)證

7、協(xié)議進(jìn)行研究。在簡(jiǎn)單級(jí)的RFID認(rèn)證協(xié)議方面，分析典型的匿名RFID認(rèn)證協(xié)議ARAP協(xié)議，對(duì)該協(xié)議進(jìn)行假冒攻擊，針對(duì)簡(jiǎn)單級(jí)協(xié)議對(duì)計(jì)算復(fù)雜度的要求，提出置換操作及相應(yīng)的改進(jìn)措施，使其可以在原協(xié)議的基礎(chǔ)上抵抗假冒攻擊;在輕量級(jí)的RFID認(rèn)證協(xié)議方面，給出一個(gè)廣義的3輪輕量級(jí)RFID雙向認(rèn)證協(xié)議框架，證明如果該框架無法抵抗假冒攻擊，那么還可以對(duì)該框架進(jìn)行非同步攻擊，根據(jù)此定理實(shí)現(xiàn)對(duì)兩個(gè)符合EPCC1G2標(biāo)準(zhǔn)的輕量級(jí)雙向認(rèn)證協(xié)議的非同步攻擊，并

8、提出相應(yīng)的修正方法，改變標(biāo)簽響應(yīng)信息的計(jì)算;在超輕量級(jí)的RFID認(rèn)證協(xié)議方面，對(duì)帶置換的超輕量級(jí)RFID身份認(rèn)證協(xié)議RAPP協(xié)議進(jìn)行分析，給出與置換運(yùn)算和循環(huán)左移運(yùn)算相關(guān)的性質(zhì)，指出超輕量級(jí)協(xié)議中存在的漏洞，原因是標(biāo)簽不具有產(chǎn)生偽隨機(jī)數(shù)的能力，因此，引入初始值機(jī)制，設(shè)計(jì)增強(qiáng)型帶置換的超輕量級(jí)協(xié)議，并分析協(xié)議的安全性和性能;
　　 5.提出輕量級(jí)電子標(biāo)簽搜索協(xié)議的設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，并根據(jù)該準(zhǔn)則設(shè)計(jì)了一個(gè)無需服務(wù)器的符合EPCC1G2標(biāo)準(zhǔn)的