一種基于Hash函數可同步更新密鑰的RFID雙向認證方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于射頻識別技術領域，涉及到一種RFID系統中讀寫器與標簽相互安全 認證的方法。
【背景技術】
[0002] 射頻識別（Radio Frequency Identification，RFID)技術，是一種利用射頻通 信實現的非接觸式自動識別技術，其基本原理是利用射頻信號的空間耦合（電感或電磁耦 合）或反射的傳輸特性來傳遞信息，以實現快速識別目標并獲取數據的目的。與傳統的識 別技術相比，RFID技術具有非接觸、抗干擾性強、能識別高速運動的物體以及可適應于惡劣 環境等多方面的優點，RFID技術在物流、跟蹤、定位、工業自動化以及交通運輸控制管理等 領域已得到廣泛應用，被列為21世紀最有發展前途的信息技術之一。
[0003] 近年來，隨著RFID技術地不斷發展，其傳輸與讀取數據的速度也不斷提高，但是 RFID系統面臨的安全威脅以及標簽安全隱私問題日益凸顯，亟待解決。如何有效地保護信 息安全和用戶隱私，已成為RFID技術研宄的一個熱點。首先，電子標簽所傳遞的信息很可 能遭受竊聽、重傳和假冒等攻擊；其次，在開放的環境中標簽有可能被附近的非法讀寫器讀 取，從而泄露了用戶的隱私信息；另外，傳輸信息也可能被追蹤、遭受數據去同步化等攻擊， 這些問題已經嚴重阻礙了 RFID技術的進一步發展。目前，針對RFID安全與隱私問題的解 決方式主要分為：物理機制和基于密碼技術的安全認證機制，由于物理機制需要額外的物 理設備或元件，從而增加了 RFID系統的成本，在實際應用中，更加關注的是安全認證機制。
[0004] 根據系統的不同復雜度和安全性以及成本，可以將安全認證協議分為三類：重量 級、中量級和輕量級協議。重量級認證協議采用比較成熟的加密手段，安全性較高，但其協 議比較復雜，標簽的成本也比較高，所以往往應用在安全性要求比較高的領域。輕量級認證 協議則注重系統的成本代價，其安全性評估有一定的局限。而中量級認證協議兼顧了安全 性和成本的需求，具有更強的適用性，因此成為RFID認證協議研宄的熱點。
[0005] 為了保證系統的通信安全性，必須在通信之前進行讀寫器與標簽之間的相互身份 認證。由于受到標簽硬件成本的嚴格限制，存儲空間、計算能力以及電源供給等均非常有 限，這使得現有的許多成熟的密碼技術難以在RFID系統中得到有效的應用。而單向散列 Hash運算具有快速、低耗的特點，所以基于Hash函數的RFID安全方案的設計近年來備受關 注。
【發明內容】
[0006] 本發明為了解決讀寫器與標簽相互認證過程中的安全隱私問題，結合實際情況， 考慮標簽的制作成本以及協議的復雜度等因素，提出一種基于Hash可同步更新密鑰的 RFID雙向認證方法（協議）。利用密鑰和標簽的ID實現對標簽的二次認證，其分析結果表 明該協議不僅能夠完成既定的安全目標，還能滿足RFID協議設計的隱私保護和安全需求。 除了具有抗重放攻擊，匿名性和不可區分行，抗暴力破解等安全特性之外，該協議還具有抗 異步攻擊，抗拒絕服務攻擊的能力。同時還提高了 RFID協議認證的執行效率，更適合低成 本的RFID系統。
[0007] 本發明是通過以下技術方案實現的。
[0008] -種基于Hash可同步更新密鑰的RFID雙向認證方法，是用于RFID系統中讀寫器 與標簽之間相互認證的安全協議，所述的RFID系統包括讀寫器，標簽和后端數據庫，其特 征在于：
[0009] (1)條件說明：假設讀寫器與后端數據庫之間是在安全可控的環境下進行通信 的，標簽和讀寫器都具有偽隨機發生器，標簽能夠執行Hash運算以及簡單的邏輯運算。 [0010] ⑵對RFID系統初始化：后端數據庫為每個標簽存儲一條記錄（Ki _ H (Ki new)，Ki 。1(1，H(Ki。1(1)，IDi)，標簽則存儲自己的ID i以及密鑰K i。表1為協議所使用的符號說明。
[0011] (3)協議的認證主要分為以下4個過程：讀寫器對標簽的認證過程，后端數據庫更 新密鑰過程，標簽對讀寫器（后端數據庫）的認證過程以及標簽更新密鑰過程，如圖1所 不O
[0012] 表1符號說明
[0013]
【主權項】
1. 一種基于Hash函數可同步更新密鑰的RFID雙向認證方法，其特征是步驟如下： (51) 讀寫器生成一個隨機數rK，并和查詢命令Query-起發給標簽作為認證請求； (52) 標簽收到該消息后，也產生一個隨機數rT，然后計算其密鑰&的哈希值H(KJ，
發送到讀寫器作為應 答消息； (53) 讀寫器接收到應答消息后，將
轉發給后臺數據庫DB，后臺數據 庫再根據接收到的消息對標簽的合法性進行判斷； (54) 若通過對標簽的認證，則DB更新密鑰庫，否則，終止對該標簽后面的認證； (55) 后端數據庫也產生一個隨機數rD，計算h'2=H(rD，ID' ^和心，并將該二 元組
傳遞給讀寫器； (56) 讀寫器收到該消息后，將
轉發給標簽；標簽接收后，首先從&中 提取隨機數rD，然后結合標簽的IDi，計算h2 =H(rD，ID》，再與收到的認證信息h' 2進行一 致性驗證，若不一致，則認證不成功，判讀寫器為非法；反之，則通過對讀寫器的認證； (57) 完成標簽與讀寫器之間的雙向認證之后，標簽再更新自身的密鑰
，即實現標簽與后端數據庫密鑰的同步更新。
2. 根據權利要求1所述的基于Hash函數可同步更新密鑰的RFID雙向認證方法，其特 征是步驟（S3)所述的后臺數據庫再根據接收到的消息對標簽的合法性進行判斷，按以下 步驟進行二次認證： (1) 后端數據庫查找是否存在某個標簽K'i的哈希值滿足H(K'JiHOg，如果不 存在，則判斷該標簽為非法，拒絕認證請求； (2) 如果存在，則后端數據庫首先從/'r?K中求得rT，再結合密鑰K'i以及隨機數rK 一起計算Vi=H(K'Dbig，由弋十/?；可求得ID"i;檢索后端數據庫中ID列表，（查 找對應K' ^于）是否滿足ID'i=ID"i，若不成立，則終止認證；若成立，即通過對標簽 的第二次認證。
3. 根據權利要求1所述的基于Hash函數可同步更新密鑰的RFID雙向認證方法，其特 征是步驟（S4)所述的通過對標簽的認證，則DB更新密鑰庫，按以下兩種情況對密鑰進行更 新： ⑴若等式H〇g=H(KinJ成立，即fKinOT，則將數據庫中的&。1(1更新為Ki M，然后再計算
，將其作為標簽下一會話的密 鑰值； (2)若等式H〇g=H(Ki。1(1)成立，則保留&。1(1，更新
，作為標簽 下一會話的密鑰值。
【專利摘要】一個基于Hash函數密鑰可同步更新的RFID雙向認證方法，該方法引入標簽密鑰動態更新機制，并設計了一個自同步解決方案，實現對RFID標簽的二次認證。與已有的協議進行安全性分析和性能比較，分析結果表明該協議在不增加標簽成本的前提下，新的雙向認證降低了標簽和后端數據庫的計算量，提高了后端數據庫的檢索效率，不僅有效地解決了RFID系統的隱私保護及安全問題，同時也提高了RFID協議認證的執行效率，更適合低成本的RFID系統和大規模的電子標簽系統，具有一定的實用價值。
【IPC分類】G06K17-00, H04L9-32
【公開號】CN104579688
【申請號】CN201510026773
【發明人】張小紅, 胡應夢, 吳政澤
【申請人】江西理工大學
【公開日】2015年4月29日
【申請日】2015年1月20日