基于RFID的識別系統(tǒng)安全研究.pdf

1、隨著計算機技術(shù)的發(fā)展，計算機技術(shù)已經(jīng)滲透到社會生活的方方面面，目前一種小型化、無所不在的計算模式，即普適計算，正逐漸得到普及和應(yīng)用。RFID(射頻識別)正是普適計算的產(chǎn)物，RFID標(biāo)簽是一個小型的計算設(shè)備，它可嵌入到環(huán)境中的各種物體中，用于物體的識別，將信息空間和物理空間連接起來，形成基于RFID的識別系統(tǒng)。但是在該系統(tǒng)中，計算機和人、社會更加融合，信息安全、個人隱私等問題也變得更加突出，并且RFID標(biāo)簽體積小、成本低，其運算資源很有限

2、，難以實現(xiàn)復(fù)雜的密碼學(xué)算法。安全問題成為RFID技術(shù)發(fā)展的瓶頸，是一個亟待解決的問題。 本文首先總結(jié)了基于RFID的識別系統(tǒng)中存在的安全問題，接著實現(xiàn)了一個基于RFID的識別系統(tǒng)。在RFID安全方面，本文選擇其中的幾個關(guān)鍵問題進行研究。本文的安全方法不僅適用于RFID識別系統(tǒng)，而且也可以推廣到其它低運算能力的設(shè)備或其它識別系統(tǒng)中。本文研究以下幾類RFID安全方法： 第一，最小限度密碼算法研究。該研究旨在實現(xiàn)一種針對RFI

3、D的計算量很小的安全算法。最小限度密碼算法由A．Jules提出，該算法僅使用異或和簡單邏輯控制，但能夠保護隱私和提供雙向認(rèn)證。但是，該算法假設(shè)敵手無法連續(xù)監(jiān)聽標(biāo)簽和讀寫器的會話數(shù)據(jù)，使其具有安全隱患。本文證明了敵手只要通過次數(shù)不多的連續(xù)監(jiān)聽就可以破解算法，并推導(dǎo)了破解公式。為了使得在連續(xù)監(jiān)聽情況下仍具有安全性，本文從破壞破解公式成立條件入手改進了該算法。敵手只能夠通過強力攻擊破解改進后的算法，實驗表明即使采用強力攻擊，破解改進后算法也比

4、原算法需要更多的連續(xù)監(jiān)聽次數(shù)。改進算法為RFID提供了一個更為安全的輕量級安全協(xié)議。 第二，重加密技術(shù)研究。重加密技術(shù)是一種用于解決RFID和低運算能力設(shè)備隱私問題的技術(shù)。它不斷加密標(biāo)簽名，從而改變標(biāo)簽名，保護隱私。其特點是不需要標(biāo)簽有任何計算能力。本文總結(jié)、提出了重加密在RFID中的應(yīng)用模型，提出了重加密中的安全要求，分析了該算法的優(yōu)缺點及其對策。目前重加密技術(shù)中的難點問題是防置換攻擊，本文在“攻擊失效”模型下設(shè)計了一個重加密

5、中的防置換攻擊算法，并在理論上證明了其可行性，其缺點是需要在標(biāo)簽內(nèi)增加一定量的硬件支持，但是仍可以在目前RFID標(biāo)簽上實現(xiàn)。 第三，基于Hash的驗證協(xié)議?；贖ash的驗證協(xié)議能夠解決RFID和低運算能力設(shè)備的隱私和認(rèn)證問題，且復(fù)雜度適中，所以得到廣泛的研究。但是該類協(xié)議有不可跟蹤性和可擴展性之間的矛盾問題。本文分析表明在沒有動態(tài)密鑰建立功能的非局域性應(yīng)用中該問題難以解決，本文通過將索引法和窮舉搜索法相結(jié)合的方法近似地解決了該

6、問題，設(shè)計了HPC協(xié)議，但是需要假設(shè)系統(tǒng)中標(biāo)簽遭受攻擊的情況較少發(fā)生。本文設(shè)計實現(xiàn)了HPC協(xié)議，實驗結(jié)果表明它具有明顯的可擴展性，但是仍然需要再提高遭受攻擊時的識別速度。最后為了和基于Hash的驗證協(xié)議相比較，本文設(shè)計了一個基于對稱加密的驗證協(xié)議，該協(xié)議只能夠應(yīng)用于局域性應(yīng)用，但是有良好的可擴展性和實用價值。 第四，一種輕量級動態(tài)密鑰建立算法研究。即使基于Hash和基于對稱加密的驗證協(xié)議也存在一些難以解決的問題，解決RFID和低

7、運算能力設(shè)備安全的理想方法就是實現(xiàn)一種動態(tài)密鑰建立算法。但是經(jīng)典的動態(tài)密鑰建立算法都不適用于RFID。最近提出的一種基于TPM神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)互學(xué)習(xí)的密鑰建立算法——KKK算法，為輕量級動態(tài)密鑰建立提供了可能，但是其安全性未受到廣泛接受。本文實現(xiàn)了大部分的KKK類算法和攻擊算法，并提出了一種改進的遺傳攻擊算法，實驗表明該算法攻擊效果優(yōu)于其它攻擊算法。本文提出的通用幾何攻擊算法可對KKK．雙混沌算法進行有效攻擊。提出的基于干擾的KKK．干擾算法比