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[7895] 2014-03-21_射频技术（RFID）的安全协议

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-17
2014-03-21_射频技术（RFID）的安全协议 射 频 技 术 （ R F I D ） 的 安 全 协 议 F r e e B u f   2 0 1 4 - 0 3 - 2 1 作 者   y i r a n 4 8 2 7 现 基 于 阅 读 器 与 电 子 标 签 之 间 的 安 全 方 案 主 要 有 两 大 类 ， 认 证 机 制 和 加 密 机 制 。         认 证 机 制 : 在 阅 读 器 与 电 子 标 签 进 行 通 信 是 进 行 安 全 认 证 机 制 ， 确 认 身 份 后 才 能 进 行 正 常 通 信 ， 这 样 可 以 防 止 非 授 权 或 非 法 阅 读 器 对 标 签 信 息 的 读 取 与 标 签 数 据 信 息 的 篡 改 ， 还 能 防 止 欺 骗 攻 击 和 假 冒 攻 击 。       加 密 机 制 : 对 二 者 之 间 传 输 的 数 据 信 息 加 密 后 再 进 行 传 输 ， 这 样 就 算 攻 击 者 获 取 数 据 后 也 不 能 得 到 需 求 的 信 息 。 基 本 的 基 本 的 R F I D 安 全 协 议 安 全 协 议 基 于 H a s h 函 数 的 安 全 协 议 由 于 安 全 问 题 愈 发 突 出 ， 针 对 这 些 安 全 问 题 的 安 全 协 议 也 相 继 而 出 ， 这 些 安 全 协 议 主 要 针 对 应 用 层 的 安 全 问 题 。 多 安 全 协 议 都 是 基 于 密 码 学 中 的 h a s h 函 数 来 展 开 的 ， h a s h 函 数 通 过 相 应 算 法 的 可 以 将 任 意 长 度 的 消 息 或 者 明 文 映 射 成 一 个 固 定 长 度 的 输 出 摘 要 。 因 为 h a s h 函 数 的 特 性 ， 常 常 被 应 用 于 消 息 认 证 和 数 字 签 名 中 ， 最 常 用 的 h a s h 函 数 有 M D 5 与 S H A - 1 。 1 . H a s h - L o c k 协 议 协 议 为 了 防 止 数 据 信 息 泄 露 和 被 追 踪 ， S a r m a 等 人 提 出 了 基 于 不 可 逆 h a s h 函 数 加 密 的 安 全 协 议 h a s h - l o c k 。 R F I D 系 统 中 的 电 子 标 签 内 存 储 了 两 个 标 签 I D ， m e t a I D   与 真 实 标 签 I D ， m e t a I D 与 真 实 I D 一 一 对 应 ， 由 h a s h 函 数 计 算 标 签 的 密 钥 k e y 而 来 ， 即 m e t a I D = h a s h （ k e y ） ， 后 台 应 用 系 统 中 的 数 据 库 也 对 应 存 储 了 标 签 的 （ m e t a I D 、 真 实 I D 、 k e y ） 。 当 阅 读 器 向 标 签 发 送 认 证 请 求 时 ， 标 签 先 用 m e t a I D 代 替 真 实 I D 发 送 给 阅 读 器 ， 然 后 标 签 进 入 锁 定 状 态 ， 当 阅 读 器 收 到 m e t a I D 后 发 送 给 后 台 应 用 系 统 ， 后 台 应 用 系 统 查 找 相 应 的 k e y 和 真 实 I D 最 后 返 还 给 标 签 ， 标 签 将 接 收 到 k e y 值 进 行 h a s h 函 数 取 值 ， 然 后 与 自 身 存 储 的 m e t a 值 是 否 一 致 。 如 果 一 致 标 签 就 将 真 实 I D 发 送 给 阅 读 器 开 始 认 证 ， 如 果 不 一 致 认 证 失 败 。
1 ） 当 电 子 标 签 进 入 阅 读 器 的 识 别 范 围 内 阅 读 器 向 其 发 送 q u e r y 消 息 请 求 认 证 。 2 ） 电 子 标 签 接 收 到 阅 读 器 的 请 求 命 令 后 ， 将 m e t a I D 代 替 真 实 的 标 签 I D 发 送 给 阅 读 器 ， m e t a I D 是 h a s h 函 数 映 射 标 签 密 钥 k e y 得 来 ， m e t a I D = h a s h （ k e y ） ， 跟 真 实 I D 对 应 存 储 在 标 签 中 。 3 ） 当 阅 读 器 收 到 m e t a I D 后 通 过 计 算 机 网 络 传 输 给 后 台 应 用 系 统 。 4 ） 因 为 后 台 应 用 系 统 的 数 据 库 存 储 了 合 法 标 签 的 I D 、 m e t a I D 、 k e y ， m e t a I D 也 是 由 h a s h （ k e y ） 得 来 。 当 后 台 应 用 系 统 收 到 阅 读 器 传 输 过 来 的 m e t a I D ， 查 询 数 据 库 有 没 有 与 之 对 应 的 标 签 I D 和 k e y ， 如 果 有 就 将 对 应 的 标 签 I D 和 k e y 发 给 阅 读 器 ， 如 果 没 有 就 发 送 认 证 失 败 的 消 息 给 5 ） 阅 读 器 收 到 后 台 应 用 系 统 发 送 过 来 的 标 签 I D 与 k e y 后 ， 自 己 保 留 标 签 I D 然 后 将 k e y 发 送 给 电 子 标 签 。 6 ） 电 子 标 签 收 到 阅 读 器 发 送 过 来 的 k e y 后 利 用 h a s h 函 数 进 行 运 算 该 值 ， h a s h （ k e y ） ， 对 比 是 否 与 自 身 存 储 的 m e t a I D 值 相 同 ， 如 果 相 同 就 将 标 签 I D 发 送 给 阅 读 器 ， 如 果 不 同 就 认 证 失 败 。 7 ） 阅 读 器 收 到 标 签 发 送 过 来 的 I D 与 后 台 应 用 系 统 传 输 过 来 的 I D 进 行 对 比 ， 相 同 则 认 证 成 功 ， 否 则 认 证 失 败 。 通 过 对 H a s h - L o c k 协 议 过 程 的 分 析 ， 不 难 看 出 该 协 议 没 有 实 现 对 标 签 I D 和 m e t a I D 的 动 态 刷 新 ， 并 且 标 签 I D 是 以 明 文 的 形 式 进 行 发 送 传 输 ， 还 是 不 能 防 止 假 冒 攻 击 和 重 放 攻 击 以 及 跟 踪 攻 击 ， 以 及 此 协 议 在 数 据 库 中 搜 索 的 复 杂 度 是 成 O ( n ) 线 性 增 长 的 ， 还 需 要 0 ( n ) 次 的 加 密 操 作 ， 在 大 规 模 R F I D 系 统 中 应 用 不 理 想 ， 所 以 H a s h - L o c k 并 没 有 达 到 预 想 的 安 全 效 果 ， 但 是 提 供 了 一 种 很 好 的 安 全 思 想 。 2 . 随 机 化 的 随 机 化 的 H a s h - L o c k 协 议 协 议 由 于 H a s h - L o c k 协 议 的 缺 陷 导 致 其 没 有 达 到 预 想 的 安 全 目 标 ， 所 以 W e i s s 等 人 对 H a s h - L o c k 协 议 进 行 了 改 进 ， 提 出 了 基 于 随 机 数 的 询 问 - 应 答 方 式 。 电 子 标 签 内 存 储 了 标 签 I D 与 一 个 随 机 数 产 生 程 序 ， 电 子 标 签 接 到 阅 读 器 的 认 证 请 求 后 将 （ h a s h （ I D i | | R ） , R ） 一 起 发 给 阅 读 器 ， R 由 随 机 数 程 序 生 成 。 在 收 到 电 子 发 送 过 来 的 数 据 后 阅 读 器 请 求 获 得 数 据 库 所 有 的 标 签 I D j （ 1 < = j < = n ） , 阅 读 器 计 算 是 否 有 一 个 I D j 满 足 h a s h （ I D j | | R ） = h a s h （ I D i | | R ） ， 如 果 有 将 I D j 发 给 电 子 标 签 ， 电 子 标 签 收 到 I D j 与 自 身 存 储 的 I D i 进 行 对 比 做 出 判 断 。 1 ） 当 电 子 标 签 进 入 阅 读 器 的 识 别 范 围 内 阅 读 器 向 其 发 送 q u e r y 消 息 请 求 认 证 。 2 ） 电 子 标 签 接 收 到 阅 读 器 的 信 息 后 将 ， 利 用 随 机 数 程 序 产 生 一 个 随 机 数 R ， 然 后 利 用 h a s h 函 数 对 （ R | | I D i ） 进 行 映 射 求
值 ， I D i 是 标 签 自 身 存 储 的 标 识 ， 得 到 h a s h （ R | | I D i ） ， 然 后 标 签 将 （ R ， h a s h （ R | | I D i ） ） 整 体 发 送 给 阅 读 器 。 3 ） 阅 读 器 向 后 台 应 用 系 统 数 据 库 发 送 获 得 存 储 的 所 有 标 签 I D j 的 请 求 。 4 ） 后 台 应 用 系 统 接 收 到 阅 读 器 的 请 求 后 将 数 据 库 中 存 储 的 所 有 标 签 I D （ a l l   I D j ） 都 传 输 给 阅 读 器 。 5 ） 此 时 阅 读 器 收 到 的 数 据 有 电 子 标 签 发 送 过 来 的 （ R ， h a s h （ R | | I D i ） ） 与 后 台 应 用 系 统 传 输 过 来 的 （ a l l   I D j ） ， 阅 读 器 进 行 运 算 求 值 是 否 能 在 （ （ a l l   I D j ） ） 中 找 到 一 个 I D j 满 足 h a s h （ R | | I D j ） = h a s h （ R | | I D i ） ， 若 有 则 将 I D j 发 送 给 电 子 标 签 ， 没 有 则 认 证 失 败 。 6 ） 电 子 标 签 收 到 阅 读 器 发 送 过 来 的 I D j 是 否 满 足 与 自 身 存 储 的 I D i 相 等 ， 若 相 等 则 认 证 成 功 ， 否 则 认 证 失 败 。 从 上 述 认 证 过 程 中 我 们 可 以 看 到 想 比 于 H a s h - L o c k 协 议 有 所 改 进 ， 但 是 标 签 I D i 与 I D j 仍 然 是 以 明 文 的 方 式 传 输 ， 依 然 不 能 预 防 重 放 攻 击 和 记 录 跟 踪 ， 当 攻 击 者 获 取 标 签 的 I D 后 还 能 进 行 假 冒 攻 击 ， 在 数 据 库 中 搜 索 的 复 杂 度 是 呈 O ( n ) 线 性 增 长 的 ， 也 需 要 0 ( n ) 次 的 加 密 操 作 ， 在 大 规 模 R F I D 系 统 中 应 用 不 理 想 ， 所 以 随 机 化 的 H a s h - L o c k 协 议 也 没 有 达 到 预 想 的 安 全 效 果 ， 但 是 促 使 R F I D 的 安 全 协 议 越 来 越 趋 于 成 熟 。 3 . H a s h 链 协 议 链 协 议 由 于 以 上 两 种 协 议 的 不 安 全 性 ， o k u b o 等 人 又 提 出 了 基 于 密 钥 共 享 的 询 问 一 应 答 安 全 协 议 - H a s h 链 协 议 ， 该 协 议 具 有 完 美 的 前 向 安 全 性 。 与 上 两 个 协 议 不 同 的 是 该 协 议 通 过 两 个 h a s h 函 数 H 与 G 来 实 现 ， H 的 作 用 是 更 新 密 钥 和 产 生 秘 密 值 链 ， G 用 来 产 生 响 应 。 每 次 认 证 时 ， 标 签 会 自 动 更 新 密 钥 ； 并 且 电 子 标 签 和 后 台 应 用 系 统 预 想 共 享 一 个 初 始 密 钥 k t ， 1 。 图 第 j 次 认 证 图 以 及 详 细 的 步 骤 : 1 ) 当 电 子 标 签 进 入 阅 读 器 的 识 别 范 围 内 阅 读 器 向 其 发 送 q u e r y 消 息 请 求 认 证 。 2 ） 电 子 标 签 利 用 H 函 数 加 密 密 钥 k t ， j ( 即 H （ k t ， j ） ) 发 送 给 阅 读 器 ， 同 时 更 新 当 前 的 密 码 值 k t ， j + 1 = H （ k t ， j ） 。 3 ） 阅 读 器 收 到 电 子 标 签 发 送 来 的 H （ k t ， 1 ） 继 而 转 发 给 后 台 应 用 系 统 。 4 ） 后 台 应 用 系 统 查 找 数 据 库 搜 存 储 的 所 有 标 签 ， 计 算 是 否 有 某 个 标 签 的 I D t 使 得 H （ k t ， 1 ） = G （ H j - 1 （ k t ， 1 ） ） ， 若 有 ， 认 证 通 过 ， 并 把 I D t 发 送 给 电 子 标 签 。 否 则 认 证 失 败 。 从 上 述 分 析 可 以 看 到 每 一 次 标 签 认 证 时 ， 都 要 对 标 签 的 I D 进 行 更 新 ， 增 加 了 安 全 性 ， 但 是 这 样 也 增 加 了 协 议 的 计 算 量 ， 成 本 也 相 应 的 增 加 。 同 时 H a s h 链 协 议 是 一 个 单 向 认 证 协 议 ， 还 是 不 能 避 免 重 放 和 假 冒 的 攻 击 。 例 如 攻 击 者 截 获 H （ k t ， 1 ） 后 就 可 以 进 行 重 放 攻 击 。 所 以 H a s h 链 协 议 也 不 算 一 个 完 美 的 安 全 协 议 。 4 . 基 于 基 于 H a s h 的 的 I D 变 化 协 议 变 化 协 议       H a s h 的 I D 变 化 协 议 的 原 理 跟 H a s h 链 协 议 有 相 似 的 地 方 ， 每 次 认 证 时 R F I D 系 统 利 用 随 机 数 生 成 程 序 生 成 一 个 随 机 数 R 对 电 子 标 签 I D 进 行 动 态 的 更 新 ， 并 且 对 T I D （ 最 后 一 次 回 话 号 ） 和 L S T （ 最 后 一 次 成 功 的 回 话 号 ） 的 信 息 进 行 更 新 , 该 协 议 可 以 抗 重 放 攻 击 。
） 当 电 子 标 签 进 入 阅 读 器 的 识 别 范 围 内 阅 读 器 向 其 发 送 q u e r y 消 息 请 求 认 证 。 2 ) 电 子 标 签 收 到 阅 读 器 的 请 求 后 ， 将 当 前 的 回 话 号 加 1 ， 并 标 签 I D 和 T I D * I D 分 别 求 h a s h 值 ， 得 到 H ( I D ） ， H （ T I D * I D ） ， 然 后 标 签 将 H （ I D ） ， H （ T I D * I D ） 、 △ T I D 三 者 同 时 发 送 给 阅 读 器 ； 其 中 H ( I D ） 作 用 是 帮 助 后 台 应 用 系 统 还 原 出 对 应 电 子 标 签 的 I D ， 而 △ T I D 的 作 用 是 还 原 出 T I D ， 进 而 计 算 出 H （ T I D * I D ） 。 3 ） 阅 读 器 接 到 电 子 标 签 发 送 过 来 的 H （ I D ） ， H （ T I D * I D ） 、 △ T I D ， 继 而 发 送 给 后 台 应 用 系 统 。 4 ） 后 台 应 用 系 统 接 到 阅 读 器 发 送 来 的 H （ I D ） ， H （ T I D * I D ） 、 △ T I D ， 还 原 出 I D 与 T I D * I D 跟 自 己 数 据 库 存 储 的 电 子 标 签 信 息 进 行 对 比 ， 如 果 有 效 ， 产 生 一 个 秘 密 的 随 机 数 R ， 然 后 将 （ R ， H （ R * T I D * I D ） ） 发 送 给 阅 读 器 ， 并 且 后 台 应 用 系 统 将 电 子 标 签 的 I D 更 新 为 I D ⊕ R 存 储 起 来 ， 并 且 对 T I D 和 L S T 也 进 行 刷 新 。 5 ） 阅 读 器 将 收 到 的 （ R ， H （ R * T I D * I D ） ） 发 送 给 电 子 标 签 ， 电 子 标 签 收 到 后 对 数 据 进 行 验 证 ， 如 果 有 效 则 认 证 成 功 ， 并 对 标 签 I D 和 L S T 进 行 刷 新 ， 否 则 失 败 。 通 过 以 上 步 骤 的 分 析 可 以 看 的 该 协 议 有 一 个 弊 端 就 是 后 台 应 用 系 统 更 新 标 签 I D 、 L S T 与 标 签 更 新 的 时 间 不 同 步 ， 后 台 应 用 系 统 更 新 是 在 第 4 步 ， 而 标 签 的 跟 新 是 在 第 五 步 ， 而 此 刻 后 台 应 用 系 统 已 经 更 新 完 毕 ， 此 刻 如 果 攻 击 者 在 第 5 部 进 行 数 据 阻 塞 或 者 干 扰 ， 导 致 电 子 标 签 收 不 到 （ R ， H （ R * T I D * I D ） ） ， 就 会 造 成 后 台 存 储 标 签 数 据 与 电 子 标 签 数 据 不 同 步 ， 导 致 下 次 认 证 的 失 败 ， 所 以 该 协 议 不 适 用 于 分 布 式 R F I D 系 统 环 境 。 1 ） 当 电 子 标 签 进 入 阅 读 器 的 识 别 范 围 内 阅 读 器 向 其 发 送 q u e r y 消 息 以 及 阅 读 器 产 生 的 秘 密 随 机 数 R R ， 请 求 认 证 。 2 ） 电 子 标 签 接 到 阅 读 器 发 送 过 来 的 请 求 消 息 后 ， 自 身 生 成 一 个 随 机 数 R T ， 结 合 标 签 自 身 的 I D 和 秘 密 值 k 计 算 出 a = I D i ⊕ H k （ 0 ， R R ， R T ） ， 完 成 后 电 子 标 签 将 （ R T ， a ） 一 起 发 送 给 阅 读 器 。 3 ） 阅 读 器 电 子 标 签 发 送 过 来 的 数 据 （ R T ， a ） 转 发 给 后 台 应 用 系 统 。 4 ） 后 台 应 用 系 统 查 找 数 据 库 存 储 的 所 有 标 签 I D 是 否 有 一 个 存 在 I D j （ 1 < = j < = n ） 满 足 I D j = a ⊕ H k （ 0 ， R R ， R T ） 成 立 ， 若 有 则 认 证 通 过 ， 同 时 计 算 b = I D i ⊕ H k （ 1 ， R R ， R T ） 传 输 给 阅 读 器 。 5 ） 阅 读 器 将 b 发 送 给 电 子 标 签 ， 电 子 标 签 对 收 到 的 b 进 行 验 证 ， 是 否 满 足 I D = b ⊕ I D i ⊕ H k （ 1 ， R R ， R T ） ， 若 满 足 则 认 证 成
功 。 截 至 目 前 为 止 ， D a v i d 的 数 字 图 书 馆 R F I D 协 议 还 没 有 出 现 比 较 明 显 的 安 全 漏 洞 ， 唯 一 不 足 的 是 为 了 实 现 该 协 议 ， 电 子 标 签 内 必 须 内 嵌 伪 随 机 数 生 成 程 序 和 加 解 密 程 序 ， 增 加 了 标 签 设 计 的 复 杂 度 ， 故 而 设 计 成 本 也 相 应 的 提 高 ， 不 适 合 小 成 本 的 R F I D 系 统 。 6 . 分 布 式 分 布 式 R F I D 询 问 询 问 - 应 答 认 证 协 议 应 答 认 证 协 议 该 协 议 是 R h e e 等 人 基 于 分 布 式 数 据 库 环 境 提 出 的 询 问 - 应 答 的 双 向 认 证 R F I D 系 统 协 议 。 1 ) 当 电 子 标 签 进 入 阅 读 器 的 识 别 范 围 内 阅 读 器 向 其 发 送 q u e r y 消 息 以 及 阅 读 器 产 生 的 秘 密 随 机 数 R R ， 请 求 认 证 。 2 ） 电 子 标 签 接 到 阅 读 器 发 送 过 来 的 请 求 后 ， 生 成 一 个 随 机 数 R T ， 并 且 计 算 出 H （ I D | | R R | | R T ） , I D 是 电 子 标 签 I D ， H 为 电 子 标 签 和 后 台 应 用 系 统 共 享 的 h a s h 函 数 。 然 后 电 子 标 签 将 （ H （ I D | | R R | | R T ） ， R T ） 发 送 给 阅 读 器 。 3 ） 阅 读 器 收 到 电 子 标 签 发 送 过 来 后 ， 添 加 之 前 自 己 生 成 的 随 机 数 R R 一 同 发 给 后 台 应 用 系 统 （ H （ I D | | R R | | R T ） ， R T ， R R ） 。 4 ） 后 台 应 用 系 统 收 到 阅 读 器 发 送 来 的 数 据 后 ， 检 查 数 据 库 存 储 的 标 签 I D 是 否 一 个 I D j （ 1 < = j < = n ） 满 足 H （ I D j | | （ R R | | R T ） = H （ I D | | R R | | R T ） ， 若 有 ， 则 认 证 通 过 ， 并 且 后 台 应 用 系 统 把 H （ I D j | | R T ） 发 送 给 阅 读 器 。 5 ） 阅 读 器 把 H （ I D j | | R T ） 发 送 给 电 子 标 签 进 行 验 证 ， 若 H （ I D j | | R T ） =   H （ I D | | R T ） ， 则 认 证 通 过 ， 否 则 认 证 失 败 。 该 协 议 跟 上 一 协 议 一 样 目 前 为 止 还 没 有 发 现 明 显 的 安 全 缺 陷 和 漏 洞 ， 不 足 之 处 一 样 在 于 成 本 太 高 ， 因 为 一 次 认 证 过 程 需 要 两 次 h a s h 运 算 ， 阅 读 器 和 电 子 标 签 都 需 要 内 嵌 随 机 数 生 成 函 数 和 模 块 ， 不 适 合 小 成 本 R F I D 系 统 。 7 . L C A P L C A P （ L o w C o s t   A u t h e n t i c c a t i o n   P r o t o c o l ） 即 低 成 本 鉴 析 协 议 ， 基 于 标 签 I D 动 态 刷 新 的 询 问 - 应 答 双 向 认 证 协 议 1 ） 当 电 子 标 签 进 入 阅 读 器 的 识 别 范 围 内 阅 读 器 向 其 发 送 q u e r y 消 息 以 及 阅 读 器 产 生 的 秘 密 随 机 数 R ， 请 求 认 证 。 2 ） 电 子 标 签 收 到 阅 读 器 发 送 过 来 的 数 据 后 ， 利 用 h a s h 计 算 出 h a I D = H ( I D ) 以 及 H L （ I D | | R ） ， 这 其 中 I D 为 电 子 标 签 的 I D ， H L 表 示 的 h a s h 函 数 映 射 值 的 的 左 半 部 分 ， 即 H （ I D | | R ） 的 左 半 部 分 ， 之 后 电 子 标 签 将 （ h a I D ( I D ) ， H L （ I D | | R ） ） 一 起 发 送 给 阅 读 器 。
3 ） 阅 读 器 收 到 （ h a I D ， H L （ I D | | R ） ） 后 添 加 之 前 发 送 给 电 子 标 签 的 随 机 数 R ， 整 理 后 将 （ h a I D ， H L （ I D | | R ） ， R ） 发 送 给 后 台 应 用 系 统 。 4 ） 后 台 应 用 系 统 收 到 阅 读 器 发 送 过 来 的 数 据 后 ， 检 查 数 据 库 存 储 的 存 储 的 h a I D 是 否 与 阅 读 器 发 送 过 来 的 一 致 ， 若 一 致 ， 利 用 h a s h 函 数 计 算 R 和 数 据 库 存 储 的 h a I D 的 到 H R （ I D | | R ） ， H R 表 示 的 是 h a s h 函 数 映 射 值 的 右 半 部 分 ， 即 H ( I D | | R ) 的 右 半 部 分 ， 同 时 后 台 应 用 系 统 跟 新 h a I D 为 H （ I D ⊕ R ） ， I D 为 I D ⊕ R ， 之 前 存 储 的 数 据 中 的 T D 数 据 域 设 置 为 h a I D =   H （ I D ⊕ R ） ， 然 后 将 H R （ I D | | R ） 发 送 给 阅 读 器 。 5 ） 阅 读 器 收 到 H R （ I D | | R ） 后 转 发 给 电 子 标 签 。 6 ） 电 子 标 签 收 到 H R （ I D | | R ） 后 ， 验 证 其 的 有 效 性 ， 若 有 效 ， 则 认 证 成 功 。 通 过 以 上 流 程 的 分 析 ， 不 难 看 出 L C A P 存 在 与 基 于 H a s h 的 I D 变 化 协 议 一 样 的 通 病 ， 就 是 标 签 I D 更 新 不 同 步 ， 后 台 应 用 系 统 完 成 更 新 在 第 4 步 ， 而 电 子 标 签 更 新 是 在 其 更 新 之 后 的 第 5 步 ， 如 果 攻 击 者 攻 击 导 致 第 5 步 不 能 成 功 ， 就 会 造 成 标 签 数 据 不 一 致 ， 导 致 认 证 失 败 以 及 下 一 次 认 证 的 失 败 ， 不 适 用 于 分 布 式 数 据 库 R F I D 系 统 。 以 上 几 种 安 全 协 议 可 分 为 两 种 ， 单 项 认 证 和 双 向 认 证 。 单 项 认 证 只 对 标 签 的 合 法 性 进 行 认 证 ， 假 设 阅 读 器 和 后 台 应 用 系 统 是 觉 得 安 全 的 ， 主 要 代 表 有 H a s h - L o c k 协 议 和 随 机 化 H a s h - L o c k 协 议 , 认 证 速 度 快 ， 成 本 低 ， 但 是 安 全 性 也 低 。 双 向 认 证 是 对 阅 读 器 、 后 台 应 用 系 统 对 标 签 验 证 的 同 时 ， 标 签 也 要 对 阅 读 器 、 后 台 应 用 系 统 进 行 验 证 ， 这 类 协 议 成 本 高 ， 安 全 性 强 。 改 进 型 改 进 型 h a s h 安 全 认 证 协 议 安 全 认 证 协 议 1 . 协 议 的 认 证 过 程 协 议 的 认 证 过 程       以 上 的 七 种 安 全 协 议 ， 不 是 以 明 文 形 式 传 输 数 据 或 是 计 算 量 复 杂 ， 有 的 不 能 抵 御 窃 听 攻 击 、 或 者 重 放 攻 击 、 或 者 中 间 人 攻 击 。 基 于 以 上 七 种 协 议 的 优 点 结 合 ， 给 出 一 种 改 进 型 的 安 全 协 议 ， 在 初 始 状 态 下 ， 因 为 标 签 存 储 量 有 限 ， 只 存 放 标 签 标 识 I D 号 I D T ， 阅 读 器 存 放 自 身 的 标 识 I D 号 I D R ， 后 台 应 用 系 统 的 数 据 库 中 则 存 放 所 有 标 签 和 阅 读 器 的 ( I D T ， h ( I D T ) ) 、 ( I D R ， h ( I D R ) ) 数 据 对 应 值 ， h 为 R F I D 系 统 共 享 的 h a s h 加 密 函 数 。 1 ) 当 电 子 标 签 进 入 阅 读 器 的 识 别 范 围 内 阅 读 器 向 其 发 送 q u e r y 消 息 以 及 阅 读 器 产 生 的 秘 密 随 机 数 R ， 请 求 认 证 。 2 ) 电 子 标 签 收 到 请 求 消 息 q u e r y 和 阅 读 器 产 生 的 随 机 数 R 后 ， 利 用 h a s h 函 数 对 I D T | | R 和 I D T 分 别 加 密 ， 得 到 h （ I D T | | R ） 、 h （ I D T ） ， 然 后 将 这 两 个 加 密 结 果 发 给 阅 读 器 。 3 ） 阅 读 器 收 到 电 子 标 签 发 送 过 来 的 数 据 后 ， 利 用 h a s h 函 数 对 自 身 的 标 识 I D R 进 行 加 密 ， 得 到 h （ I D R ） ， 然 后 再 将 这 个 值 与 h （ I D T | | R ） 进 行 异 或 ， 得 到 h （ I D T | | R ） ⊕ h （ I D R ） ， 之 后 将 h （ I D T ） ， R ， h （ I D T | | R ） ⊕ h （ I D R ） 这 三 项 数 据 打 包 传 给 后 台 应 用 系 统 。 4 ) 后 台 应 用 系 统 收 到 阅 读 器 传 输 过 来 的 数 据 后 ， 将 h （ I D T ） 与 自 身 数 据 库 存 储 的 h （ I D T ） 进 行 对 比 看 标 签 是 否 合 法 。 接 着 利 用 ， h （ I D T | | R ） ⊕ h （ I D R ） 与 R 计 算 出 h （ I D R ） ， 然 后 查 找 数 据 库 查 找 到 I D R ， 随 后 后 台 应 用 系 统 将 I D T ⊕ I D R ⊕ R 传 给 阅 读 器 。 5 ) 阅 读 器 收 到 后 I D T ⊕ I D R ⊕ R 利 用 h a s h 函 数 得 到 h （ I D T ⊕ R ） 。 然 后 传 给 电 子 标 签 。
6 ） 电 子 标 签 收 到 h （ I D T ⊕ R ） ， 利 用 h a s h 计 算 （ I D T ⊕ R ） 是 否 与 收 到 的 h （ I D T ⊕ R ） 相 等 ， 相 等 的 话 则 认 证 通 过 ， 否 则 失 败 。 2 . 安 全 性 分 析 安 全 性 分 析         改 进 型 的 h a s h 安 全 协 议 ， 具 有 多 项 优 势 ， 可 以 防 止 非 法 读 取 ， 因 为 先 进 行 身 份 验 证 才 能 进 行 数 据 交 换 ， 所 以 可 以 有 效 的 防 止 非 法 读 取 ； 可 以 防 止 窃 听 攻 击 ， 电 子 标 签 和 阅 读 器 之 间 传 输 的 数 据 是 经 由 h a s h 加 密 的 ， 并 且 再 第 5 、 6 步 中 传 输 的 数 据 是 异 或 之 后 在 进 行 加 密 的 ； 可 以 防 止 推 理 攻 击 ， 因 为 每 次 认 证 过 程 产 生 的 随 机 数 R 都 不 相 同 ， 截 取 这 次 的 信 息 也 没 法 推 理 出 上 次 的 信 息 ； 防 止 欺 骗 攻 击 和 重 放 攻 击 ， 因 为 每 次 认 证 过 程 产 生 的 随 机 数 R 都 不 相 同 ， 欺 骗 或 者 重 放 都 会 被 识 别 到 ； 可 以 防 位 置 跟 踪 ， 因 每 次 的 随 机 数 R 都 不 同 ， 所 以 标 签 在 每 次 通 信 中 所 传 输 的 消 息 都 是 不 同 的 ， 因 此 非 法 者 无 法 根 据 固 定 输 出 来 进 行 位 置 跟 踪 ， 此 协 议 可 有 效 防 止 因 固 定 输 出 而 引 发 的 位 置 跟 踪 问 题 。 可 以 防 止 拒 绝 服 务 攻 击 ， 电 子 标 签 在 收 到 阅 读 器 的 请 求 信 息 时 ， 不 需 要 为 它 们 存 储 随 机 数 作 为 一 次 性 密 钥 ， 并 且 标 签 也 没 有 设 置 读 取 标 签 的 上 限 值 ， 因 此 本 协 议 可 以 有 效 防 止 标 签 被 大 量 阅 读 器 访 问 而 造 成 标 签 停 止 工 作 。 3 . 性 能 分 析 性 能 分 析         安 全 协 议 不 仅 要 能 解 决 R F I D 系 统 所 面 临 的 安 全 问 题 ， 还 要 考 虑 安 全 协 议 所 带 来 的 成 本 和 计 算 量 问 题 ， 如 果 安 全 成 本 和 计 算 量 太 大 ， 已 经 超 过 了 R F I D 系 统 承 受 的 范 围 ， 那 么 这 个 安 全 协 议 也 就 没 有 多 大 的 意 义 。 因 为 电 子 标 签 存 储 容 量 小 计 算 量 不 能 太 复 杂 ， 所 以 必 须 选 取 综 合 性 能 最 好 的 安 全 协 议 应 用 于 R F I D 系 统 中 。 R F I D 安 全 协 议 性 能 一 般 由 计 算 标 签 ， 阅 读 器 和 后 台 应 用 系 统 在 完 成 整 个 的 认 证 过 程 中 所 需 计 算 时 间 和 存 储 空 间 来 进 行 评 估 。         加 入 标 签 数 量 为 n ， L 为 1 2 8 b i t ， 因 为 h a s h 函 数 映 射 值 至 少 1 2 8 b i t 才 能 抵 制 攻 击 ， 电 子 标 签 和 阅 读 器 的 标 识 也 是 1 2 8 b i t ， 用 T H 表 示 进 行 h a s h 运 算 的 次 数 ， T X O R 表 示 认 证 过 程 中 异 或 次 数 ， T R 为 产 生 随 机 数 的 次 数 ， 接 下 来 以 改 进 型 的 h a s h 安 全 协 议 为 例 计 算 时 间 复 杂 度 和 空 间 复 杂 度 。         我 们 先 计 算 时 间 复 杂 度 ， 从 流 程 图 和 详 细 步 骤 我 们 可 以 看 出 ， 电 子 标 签 涉 及 的 运 算 主 要 最 初 的 是 一 次 h （ I D T | | R ） 和 一 次
h （ I D T ） 还 有 最 后 一 步 的 异 或 运 算 h （ I D T ⊕ R ） ， 可 以 看 出 电 子 标 签 进 行 了 两 次 异 或 运 算 和 三 次 h a s h 运 算 ； 而 阅 读 器 主 要 是 最 初 的 一 次 产 生 随 机 数 R ， 之 后 一 次 h （ I D R ） 一 次 h （ I D T | | R ） ⊕ h （ I D R ） ， 还 有 后 面 为 了 计 算 I D T ⊕ R 的 一 次 I D T ⊕ I D R ⊕ R ⊕ I D R ， 所 以 阅 读 器 进 行 了 一 次 随 机 数 运 算 ， 一 次 h a s h 函 数 运 算 两 次 异 或 运 算 ； 而 后 台 应 用 系 统 主 要 为 了 对 比 阅 读 传 输 过 来 的 数 据 进 行 了 一 次 h （ I D | T | R ） ， 为 了 取 得 I D R 的 值 进 行 了 两 次 异 或 运 算 h （ I D T | | R ） ⊕ h ( I D R ) ⊕ h ( I D T | | R ) ， 还 有 最 后 发 送 给 阅 读 器 的 I D T ⊕ I D R ⊕ R 两 次 异 或 运 算 ， 所 以 后 台 应 用 系 统 总 的 进 行 了 三 次 异 或 运 算 和 一 次 h a s h 运 算 。         接 着 计 算 空 间 复 杂 度 ， 即 各 个 部 分 所 需 的 存 储 空 间 容 量 ， 电 子 标 签 只 存 储 自 身 的 标 签 I D 号 I D T ， 空 间 复 杂 度 即 为 1 L ， 阅 读 器 只 存 储 自 身 标 识 I D 号 I D R ， 空 间 复 杂 度 为 1 L ， 而 后 台 应 用 系 统 需 要 存 储 一 对 ( I D T ， h ( I D T ) ) ， 如 果 标 签 数 量 为 n ， 空 间 复 杂 度 为 2 n L ， 另 外 还 需 存 储 一 对 ( I D R ， h ( I D R ) ) ， 所 以 后 台 应 用 系 统 的 空 间 复 杂 度 为 （ 2 n + 2 ） L 。         同 上 原 理 ， 我 们 就 可 以 得 到 以 上 八 种 h a s h 安 全 协 议 的 性 能 分 析 值   由 上 表 格 不 难 看 出 从 时 间 复 杂 度 空 间 复 杂 各 个 综 合 因 素 的 原 因 ， 改 进 型 h a s h 安 全 协 议 比 其 他 七 个 安 全 协 议 更 具 优 势 ， 改 进 型 协 议 的 标 签 只 需 1 L 的 存 储 空 间 容 量 ， 而 其 他 安 全 协 议 需 要 几 倍 或 者 更 高 的 存 储 容 量 大 大 降 低 了 成 本 ， 也 减 少 了 后 台 应 用 系 统 存 储 的 容 量 ， 适 用 于 标 签 数 量 巨 大 的 R F I D 系 统 中 ， 在 抵 御 安 全 攻 击 方 面 也 比 其 他 安 全 协 议 更 具 优 势 ， 综 上 三 方 面 改 进 型 h a s h 安 全 协 议 拥 有 更 好 的 综 合 性 能 。 阅 读 原 文
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