基于RFID的識(shí)別系統(tǒng)安全研究.pdf

1、隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，計(jì)算機(jī)技術(shù)已經(jīng)滲透到社會(huì)生活的方方面面，目前一種小型化、無(wú)所不在的計(jì)算模式，即普適計(jì)算，正逐漸得到普及和應(yīng)用。RFID(射頻識(shí)別)正是普適計(jì)算的產(chǎn)物，RFID標(biāo)簽是一個(gè)小型的計(jì)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(shí)別，將信息空間和物理空間連接起來(lái)，形成基于RFID的識(shí)別系統(tǒng)。但是在該系統(tǒng)中，計(jì)算機(jī)和人、社會(huì)更加融合，信息安全、個(gè)人隱私等問(wèn)題也變得更加突出，并且RFID標(biāo)簽體積小、成本低，其運(yùn)算資源很有限

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

3、D的計(jì)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(jiǎn)單邏輯控制，但能夠保護(hù)隱私和提供雙向認(rèn)證。但是，該算法假設(shè)敵手無(wú)法連續(xù)監(jiān)聽(tīng)標(biāo)簽和讀寫(xiě)器的會(huì)話(huà)數(shù)據(jù)，使其具有安全隱患。本文證明了敵手只要通過(guò)次數(shù)不多的連續(xù)監(jiān)聽(tīng)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(tīng)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(jìn)了該算法。敵手只能夠通過(guò)強(qiáng)力攻擊破解改進(jìn)后的算法，實(shí)驗(yàn)表明即使采用強(qiáng)力攻擊，破解改進(jìn)后算法也比

4、原算法需要更多的連續(xù)監(jiān)聽(tīng)次數(shù)。改進(jìn)算法為RFID提供了一個(gè)更為安全的輕量級(jí)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(yùn)算能力設(shè)備隱私問(wèn)題的技術(shù)。它不斷加密標(biāo)簽名，從而改變標(biāo)簽名，保護(hù)隱私。其特點(diǎn)是不需要標(biāo)簽有任何計(jì)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(diǎn)及其對(duì)策。目前重加密技術(shù)中的難點(diǎn)問(wèn)題是防置換攻擊，本文在“攻擊失效”模型下設(shè)計(jì)了一個(gè)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(diǎn)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(shí)現(xiàn)。 第三，基于Hash的驗(yàn)證協(xié)議?；贖ash的驗(yàn)證協(xié)議能夠解決RFID和低運(yùn)算能力設(shè)備的隱私和認(rèn)證問(wèn)題，且復(fù)雜度適中，所以得到廣泛的研究。但是該類(lèi)協(xié)議有不可跟蹤性和可擴(kuò)展性之間的矛盾問(wèn)題。本文分析表明在沒(méi)有動(dòng)態(tài)密鑰建立功能的非局域性應(yīng)用中該問(wèn)題難以解決，本文通過(guò)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(wèn)題，設(shè)計(jì)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(jì)實(shí)現(xiàn)了HPC協(xié)議，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明它具有明顯的可擴(kuò)展性，但是仍然需要再提高遭受攻擊時(shí)的識(shí)別速度。最后為了和基于Hash的驗(yàn)證協(xié)議相比較，本文設(shè)計(jì)了一個(gè)基于對(duì)稱(chēng)加密的驗(yàn)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(kuò)展性和實(shí)用價(jià)值。 第四，一種輕量級(jí)動(dòng)態(tài)密鑰建立算法研究。即使基于Hash和基于對(duì)稱(chēng)加密的驗(yàn)證協(xié)議也存在一些難以解決的問(wèn)題，解決RFID和低

7、運(yùn)算能力設(shè)備安全的理想方法就是實(shí)現(xiàn)一種動(dòng)態(tài)密鑰建立算法。但是經(jīng)典的動(dòng)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(jí)動(dòng)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(shí)現(xiàn)了大部分的KKK類(lèi)算法和攻擊算法，并提出了一種改進(jìn)的遺傳攻擊算法，實(shí)驗(yàn)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(duì)KKK．雙混沌算法進(jìn)行有效攻擊。提出的基于干擾的KKK．干擾算法比