CN100399350C - Rfid标签装置、标签识别装置和无线电通信系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID标签装置，具有生成随机数或伪随机数的随机数发生器、保存具有多个位的识别信息的识别信息保存部件、通过在包含于识别信息中的多个位之中实施基于随机数发生器所生成的随机数而决定的位从“0”到“1”的反转或该位从“1”到“0”的反转中的任何一个来产生添加噪声的识别信息的噪声添加处理部件、以及通过无线电传送添加噪声的识别信息的无线电通信部件。

Description

RFID标签装置、标签识别装置和无线电通信系统

相关申请的交叉引用

本申请基于2004年8月25日提交的在先日本专利申请2004-245209号并要求其优先权益，在此引入其全部内容作为参考。

技术领域

本发明涉及通过无线电传送识别信息的RFID标签装置、接收并鉴定识别信息的标签识别装置，以及无线电通信系统。

背景技术

RFID(射频识别)标签允许无接触传送或接收信息，并且对用户非常方便。安全便利与RFID标签用户的私密泄漏的危险具有折衷关系。

例如，如果RFID标签附于钱包上，可以基于钱包的RFID标签的检测历史知道钱包所有者的行为。并且，通过将所有者与钱包上检测到的标签关联，可以以高概率保持追踪所有者的行为，即使所有者调换钱包。

为了防止用户使用RFID标签的私密泄漏，例如下面的措施(1)至(3)被考虑。

(1)灭活开关/灭活命令

(2)法拉第笼

(3)阻塞器标签

(1)的灭活开关/灭活命令是物理上或逻辑上使标签无效的方式。可以通过该方式使标签无效来防止用户私密泄漏，但可能失去使用标签所确实获得的方便。

(2)的法拉第笼是将标签包容于屏蔽电波的材料中并且当包容标签时使标签无效的方式。虽然可以根据用户意愿使标签有效或无效，但标签仅可适用于有限情况(例如，包容于柜子中的目标不能从外部读出的情况)，因为标签本身经常附于想要的商品上。由标签获得的便利被上面的(2)显著地限制了。

(3)的阻塞器标签是由RSA实验室提出的技术(参考A.Juels，R.L.Rivest和M.Szydlo。阻塞器标签：关于消费者私密的RFID标签的选择性阻塞，ACM出版社，2003)。该技术可以根据ALOHA方法(MIT技术报告MIT-AUTOID-WH-014)来应用，ALOHA方法是RFID标签的防冲突方法之一。该方法具有通过利用防冲突的特性禁止在某些条件下读出ID的功能。另一方面，当用户想读出标签信息时，需要通过将阻塞器标签保持在远处或关断开关使阻塞器标签无效。虽然阻塞器标签比法拉第笼更方便，但是对于RFID标签的目的之一的自动识别而言，它是不够的。

作为具有类似目的的技术，密钥加密技术已被提出(参考日本专利申请公开2001-236325号)。

在专利文档1中公开的技术在成本方面是不利的，因为标签本身需要足够的计算能力。

发明内容

本发明可以提供一种能够用简单配置传送识别信息同时保持安全性的RFID标签装置，以及接收并鉴定识别信息的标签识别装置。

根据本发明的一种实施方案，RFID标签装置包括：

生成随机数或伪随机数的随机数发生器；

保存具有多个位的识别信息的识别信息保存部件；

通过在包含于识别信息中的多个位之中实施基于随机数发生器所生成的随机数而决定的位从“0”到“1”的反转或该位从“1”到“0”的反转中的任何一个来产生添加噪声的识别信息的噪声添加处理部件；

通过无线电传送添加噪声的识别信息的无线电通信部件。

此外，根据本发明的一种实施方案，RFID标签装置包括：

保存具有多个位的过滤器的过滤器保存部件，过滤器能够在概率上检测某个位串是否包含于一组位串中；

生成随机数或伪随机数的随机数发生器；

生成添加噪声的过滤器的噪声添加处理部件，该添加噪声的过滤器通过在包含于过滤器中的多个位之中基于随机数发生器所生成的随机数而决定的位从“0”的反转或基于随机数发生器所生成的随机数而决定的位从“1”的反转中的任何一个来获得；

通过无线电传送添加噪声的过滤器的无线电通信部件。

此外，根据本发明的一种实施方案，标签识别装置包括：

存储已知无线电标签装置的识别信息的标签信息存储部件；

接收从某个RFID标签装置传送的添加噪声的识别信息或具有包括噪声位的多个位的添加噪声的过滤器的无线电通信部件；

在包含于所接收的添加噪声的识别信息或所接收的添加噪声的过滤器中的多个位之中，基于包含于该多个位中位“0”和位“1”的比率，将具有某个位值的位与存储于标签信息存储部件中的识别信息的对应位比较的位比较部件；以及

基于位比较部件的比较结果确定与由无线电通信部件接收的添加噪声的识别或添加噪声的过滤器对应的识别信息是否存储于标签信息存储部件中的确定部件。

附图说明

图1是显示根据本发明第一实施方案的无线电通信系统的示意配置的框图；

图2是显示标签Tx的处理操作的一个例子的流程图；

图3是显示读取器Ry的处理过程的一个例子的流程图；

图4是显示根据本发明第二实施方案的无线电通信系统的示意配置的框图；

图5是显示固定Bloom过滤器的生成过程的一个例子的流程图；

图6是显示根据本发明第二实施方案的无线电通信系统的处理操作的流程图；

图7是显示具有防冲突功能的无线电通信系统的示意配置的一个例于的框图；

图8是显示如图7中所示的无线电通信系统的处理过程的一个例子的流程图；

图9是显示具有定时器的无线电通信系统的示意配置的一个例子的框图；

图10是显示具有特殊噪声方案的无线电通信系统的示意配置的一个例子的框图。

具体实施方式

本发明的优选实施方案将在下面参考附图来描述。

(第一实施方案)

图1是显示根据本发明第一实施方案的无线电通信系统的示意配置的框图。图1的无线电通信系统具有传送标签ID在其中被加密的无线电信号的RFID标签Tx，以及鉴定所接收的标签ID的读取器Ry。

RFID标签Tx具有用于生成随机数或伪随机数的随机数发生器1、用于保存标签ID的标签ID保存部件2、用于生成噪声添加到标签ID上的添加噪声的标签ID的噪声添加处理部件3，以及用于控制标签ID的传送和保存的控制部件4。RFID标签Tx具有轻便的尺寸，并且例如附贴到各种商品上。RFID标签Tx可以包含用于存储关于特殊商品或服务的信息的存储器。

读取器Ry具有用于存储已知标签ID的已知ID存储部件11、用于确定与所接收的添加噪声的标签ID对应的标签ID是否存储于已知ID存储部件11中的标签ID比较部件12，以及用于控制标签ID的存储和比较的控制部件13。

RFID标签Tx中的噪声添加处理部件3通过在构成标签ID的多个位所组成的位串之中将随机数发生器1所生成的随机数所决定的位反转来生成添加噪声的标签ID。

图1中的无线电通信系统的处理操作的一个例子将在下面详细描述。首先，定义在下面的说明中使用的函数和常数。饱和度s(x)表示在由“0”位和“1”位组成的位串x中“1”位的百分比。

噪声函数N2(z，sat)是在位串z上实施随机位操作，使得饱和度s(z)可以接近预置阈值“sat”的函数，其中N2(z，sat)的输出是添加噪声的标签ID。这里的位操作是这样的操作：如果饱和度s(z)＜sat，随机地将位“0”反转成位“1”，或者如果饱和度s(z)≥sat，将位“1”反转成位“0”。在下文中，假设“sat”等于0.5。

标签Tx是第x个(x＝1至n)标签Tx。“Tx.id”是标签Tx的标签ID。N2(Tx.id，sat)是标签Tx的添加噪声的ID。读取器Ry是第y个读取器Ry。“Ry.Ti”(i＝1至p)是读取器Ry已知的标签ID的列表。

图2是显示标签Tx的处理操作的一个例子的流程图。首先，接收由读取器Ry发送的标签ID的读请求(步骤S1)。然后，标签Tx中的控制部件4读出保存于标签ID保存部件2中的标签ID，并将它提供给噪声添加处理部件3(步骤S2)。然后，噪声添加处理部件3通过使用单向的噪声函数N2生成噪声添加到标签ID上的添加噪声的标签ID(步骤S3)。当标签ID是“Tx.id”时，添加噪声的标签ID表示为N2(Tx.id，0.5)。添加噪声的标签ID通过使用随机数来生成，并且每次读取器Ry读取标签Tx的标签ID时具有不同值。因此，基于添加噪声的标签ID，指出标签Tx的标签ID是困难的。

噪声添加处理部件3将噪声添加到标签ID上，使得包含于添加噪声的标签ID的位串中的“0”和“1”的出现率可以相等。例如，如果s(Tx.id)小于0.5，任意“0”位反转成“1”，因为“0”的出现大于“1”的出现。相反地，如果s(x)大于或等于0.5，任意“1”位反转成“0”，因为“1”的出现大于“0”的出现。重复该步骤，直到s(x)基本上变成等于0.5。标签Tx中的控制部件通过无线电传送所生成的添加噪声的标签ID(步骤S4)。

图3是显示读取器Ry的处理过程的一个例子的流程图。读取器Ry接收添加噪声的标签ID(步骤S11)，然后执行用于检验存储于ID存储部件中的标签ID的哪一个与所接收的添加噪声的标签ID相对应的ID提炼过程(步骤S12)。在这里，用下面的过程执行检验。

对于存储于ID存储部件中的标签ID(Ti：i＝1至n)的每个，确定饱和度s(Ry.Ti)是否小于0.5。如果它小于0.5，添加将“0”反转成“1”的噪声，或者如果它大于或等于0.5，添加将“1”反转成“0”的噪声。因此，对于s(R1.Ti)小于0.5的标签ID，位“1”被注意，因为不能鉴定位“0”是噪声还是原信号。并且将所注意的位和添加噪声的标签ID的位值比较。相反地，对于s(R1，Ti)大于或等于0.5的标签ID，位“0”被注意，并且将所注意的位和添加噪声的标签ID的位值比较。

作为上面比较的结果，形成可能与所获得的添加噪声的标签ID对应的标签ID的列表(步骤S13)。

ID提炼过程的具体例子将在下面描述。假设添加噪声的标签ID是“101011”(二进制数)，并且存储于存储部件即已知ID存储部件11中的标签ID是“100001”，“011011”和“000100”。对于“100001”，位“1”被注意，因为饱和度s小于0.5。因为添加噪声的标签ID的所有相应位是“1”，“100001”与添加噪声的标签ID对应的可能性高。另一方面，对于“011011”，位“0”被注意，因为饱和度s大于或等于0.5。因为“1”包含于添加噪声的标签ID的相应位中，不可能是“011011”与添加噪声的标签ID对应。此外，对于“000100”，位“1”被注意。因为添加噪声的标签ID的相应位是“0”，不可能是“000100”与添加噪声的标签ID对应。

这样，标签ID被缩减。但是，使用上面的ID提炼过程，不能保证缩减的标签ID是正确的。因为这一点，读取器Ry可以通过执行标签Tx的预先确定的确认过程来指出标签ID(步骤S14)。该确认过程的细节将随后描述。

如上所述，在第一实施方案中，在传送之前在标签Tx这一侧单向的噪声添加到标签ID本身上，并且接收添加噪声的标签ID的读取器Ry执行ID提炼过程以取回对应的标签ID，由此可以在保证安全性而不使标签Tx的配置变复杂的状态下传送或接收标签ID。也就是，因为添加噪声的过程只是在标签Tx这一侧执行，有可能简化标签Tx的配置，由此标签Tx的成本和功耗可以减小，并且紧凑和细薄形的标签Tx是切实可行的。

(第二实施方案)

第二实施方案通过使用单向的噪声函数和Bloom过滤器传送标签ID。

图4是显示根据本发明第二实施方案的无线电通信系统的示意配置的框图。图4的无线电通信系统具有和图1中所示相同方式的标签Tx和读取器Ry。标签Tx具有用于保存固定Bloom过滤器的过滤器保存部件5，用于生成随机数或伪随机数的随机数发生器1，用于将噪声添加到从过滤器保存部件5中读出的固定Bloom过滤器的噪声添加处理部件3，以及用于控制整个系统的控制部件4。读取器Ry具有用于存储已知标签ID的已知ID存储器部件11，用于鉴定与所接收的固定Bloom过滤器对应的标签Tx的过滤器处理部件14，以及用于控制整个系统的控制部件13。

保存于标签Tx中的过滤器保存部件5中的固定Bloom过滤器由BF([i]，phase，Len)表示。其中“Len”是过滤器的长度，“phase”是构造该过滤器的独立散列函数的个数，并且“i”是标签ID。

Bloom过滤器用于在概率上检验某个字节串是否包含于一组字节串中。通过检验Bloom过滤器，可以确定任意字节串D是否包含于字节串组S中。

在该实施方案中，通过使用标签ID生成Bloom过滤器。所生成的Bloom过滤器称作固定Bloom过滤器。固定Bloom过滤器的生成不一定在标签Tx中实施。在标签Tx的制造阶段，在外部设备中生成的固定Bloom过滤器可以保存到标签Tx中的过滤器保存部件5中。如果固定Bloom过滤器在标签Tx外部生成，则不必要在标签Tx内生成相同的过滤器，由此标签Tx的配置被简化。

因为读取器Ry可以使用标签Tx所拥有的固定Bloom过滤器来估算标签ID，因此不需要标签Tx保存标签ID。

在下文中，将描述固定Bloom过滤器的生成过程。图5是显示固定Bloom过滤器的生成过程的一个例子的流程图。如上所述，该过程不一定由标签Tx本身执行。

首先，制备具有长度Len的位串F，并且所有位都初始化为“0”(步骤S21)。然后，制备具有值范围[1，Len]的独立的“phase”个散列函数hn()(n＝1至phase)(步骤S22)。不同的常数(salt)可以被赋予相同的算法。

接下来，通过使用标签ID执行下面的过程。首先，将指示散列函数的重复次数的变量p初始化为0(步骤S23)。然后，确定变量p是否大于“phase”(步骤S24)。如果大于，过程停止。

如果变量p小于或等于“phase”，通过使用在步骤S22处制备的散列函数，计算idx＝hn(标签ID)(步骤S25)。然后，位串“F”的第idx位设置为1(步骤S26)。然后，变量“p”递增1，并且过程返回到步骤S24(步骤S27)。

标签Tx中的噪声添加处理部件3读出根据图5的过程生成并保存于过滤器保存部件5中的固定Bloom过滤器，并通过用和第一实施方案相同的方式执行单向噪声函数N()添加噪声。在这里，位随机地反转成“1”，直到固定Bloom过滤器的位“1”与所有位的比率(饱和度)超过预置参考值“sat”(例如0.5)。根据该过程，生成添加噪声的固定Bloom过滤器“Tx.BFn”。所生成的添加噪声的固定Bloom过滤器Tx.BFn经由控制部件4通过无线电传送。

读取器Ry中的过滤器处理部件14通过使用函数TBF()实施检验，以确定所接收的添加噪声的固定Bloom过滤器是否与存储于已知ID存储部件11中的标签ID对应。函数TBF(F，d)检验任意数据“d”是否有可能包含于固定Bloom过滤器F中。

图6是显示根据本发明第二实施方案的无线电通信系统的处理操作的流程图。首先，从系统外部提供标签Tx的读命令给读取器Ry(步骤S31)。读取器Ry中的控制部件13传送信号到标签Tx，该信号(过滤器信息转送信号)请求标签Tx传送标签Tx所保存的固定Bloom过滤器的信息(步骤S32)。

在标签Tx从读取器Ry接收过滤器信息转送信号(步骤S33)之后，标签Tx中的控制部件4驱动每个部件以传送添加噪声的固定Bloom过滤器(步骤S34)。过滤器保存部件5将所保存的固定Bloom过滤器传送到噪声添加处理部件3(步骤S35)。噪声添加处理部件3将“0”到“1”的单向噪声添加到由过滤器保存部件5保存的固定Bloom过滤器上，以生成添加噪声的固定Bloom过滤器(步骤S36)。标签Tx中的控制部件4通过无线电从天线传送所生成的添加噪声的固定Bloom过滤器(步骤S37)。

读取器Ry中的控制部件13接收添加噪声的固定Bloom过滤器(步骤S38)，并将它发送到过滤器处理部件14(步骤S39)。过滤器处理部件14搜索任意的已知标签ID是否对所接收的添加噪声的固定Bloom过滤器是正面的(TBF()过程)(步骤S40)。由此，形成一个列表，其指示与所接收的添加噪声的固定Bloom过滤器对应的标签ID是否存在于存储于已知ID存储部件11中的标签ID之中(步骤S41)。控制部件13将该列表传送到已在步骤S31处请求标签Tx的外部设备(步骤S42)。

如上所述，在第二实施方案中，单向噪声添加到固定Bloom过滤器上的添加噪声的固定Bloom过滤器从标签Tx传送到读取器Ry，在读取器中添加噪声的过滤器被检验，由此安全性和确定性可以比在第一实施方案中更高。并且，因为在外部生成的固定Bloom过滤器可以在标签Tx制造时保存到标签Tx中，不需要由标签Tx本身生成固定Bloom过滤器，由此标签Tx的内部构造被简化。

(其他实施方案1：ID确认过程)

在第一和第二实施方案中所执行的ID提炼过程和过滤器提炼过程中，获得不能否定ID存在的可能性的标签Tx中的唯一ID列表。不能确定某个标签Tx是否真实地存在。因此，为了指出标签Tx，需要提供真实的标签ID给标签Tx并确认。在进行该确认过程中，当标签ID在载波上以纯文本传送时，需要注意各种攻击，例如窃听。

更特别地，如果在标签Tx这一侧接收到对适合于标签ID的ID的审查则应答“true”，并且如果接收到对不同于标签ID的ID的审查则应答“false”的函数可以在标签Tx这一侧实施，并且读取器Ry可以使用该函数对标签ID列表中的每个标签ID进行审查。该过程一般地称作ID确认过程。

在ID确认过程中，标签ID不以纯文本传送，而是可以用同时使用随机数和单向散列函数的方法确认。但是，标签Tx必须具有散列函数的计算能力。在该情况下，读取器Ry传送随机数到标签Tx，其后标签Tx生成随机数r2，由此为所接收的r1、所生成的r2和标签ID的复合数计算散列值H。而且，应答r2和H。读取器通过检验哪个ID和r1与作为线索的r2合成来检验ID。

对于作为测试的结果变得正面的每个ID类似地计算散列值，由此有可能验证匹配的ID是否存在。但是，该方法并不完美，因为有散列函数冲突的可能。如果使用具有冲突困难的算法(SHA-256等)，这种可能性被忽略。

另一方面，可以构想实施确认以仅排除不确定部分的ID确认过程。在该情况下，可能有排除标签ID的不确定部分和排除固定Bloom过滤器的冲突部分的两种方法。在排除标签ID的不确定部分的方法中，在作为ID提炼过程或通过滤波器的ID提炼过程的结果而留下的ID候选者之中标记具有差异的位，并且通过使用该差异阐明标签Tx的最后候选者。

更特别地，在有四个候选者并且通过标记指示标签ID的位串的第四位和第六位将所鉴定的标签Tx唯一地决定为候选者之一的情况下，对于标签Tx审查第四位和第六位。

在该审查中，直接读出标签Tx的ID的一部分。因为这一点，希望通过使用定时器等为标签Tx提供排除连续审查的功能。

在单独传送差异位的方法中，可以以高概率鉴定目标的标签Tx，同时具有窃听者不能鉴定标签Tx的优点。可以构想对标签Tx的不确定位进行审查的另一种方法，该方法注意的不是标签Tx而是添加噪声的固定Bloom过滤器的位串。

作为一种不同的方法，通过在生成散列函数的过程中增加散列数“phase”或者提供多个常数“salt”来生成多个固定Bloom过滤器，假的正面的(false-positive)固定Bloom过滤器的出现概率可以减小到实际的安全水平(例如，1.0E-10)。在该情况下，ID的确认过程可能是不需要的。虽然该方法在减少标签Tx这一侧的计算成本方面优于使用散列函数的方法，但是有一个缺点，即必然是假的正面的标签ID和读取器Ry已知的ID集的组合出现时没有办法避免。为了补偿该缺点，需要通过提供许多固定Bloom过滤器来减小假的正面的出现概率。在该情况下，因为存储容量增加了，成本将会增加。

虽然完全的低的假正面出现概率同时导致离线蛮力攻击的可能性，但该方法可以显著地减小成功攻击的这种可能性。

(其他实施方案2：防冲突方法)

在如上所述的第一和第二实施方案中，可以提供防冲突功能。为了实施防冲突，通过临时使用由标签Tx中的随机数发生器1生成的随机数作为标签Tx本身的ID，可以应用已知的方法如ALOHA。

图7是显示具有防冲突功能的无线电通信系统的示意配置的一个例子的框图。在图7中，与图4共同的部分用相同的数字指示，并且在下文中主要描述不同点。图7的无线电通信系统中的标签Tx除了图4的配置之外还具有临时存储部件6。该临时存储部件6存储由标签Tx中的随机数发生器1生成的随机数。

图8是如图7中所示的无线电通信系统的处理过程的一个例子的流程图。首先，读取器Ry向附近的标签Tx请求启动协商(步骤S51)。接收该请求的标签Tx在随机数发生器1中生成随机数并将所生成的随机数存储到临时存储部件6中(步骤S52)。存储于临时存储部件6中随机数用作临时ID。

然后，标签Tx将临时ID传送到读取器Ry(步骤S53)。然后，确定是否在读取器Ry中检测到冲突(步骤S54)。如果检测到冲突，根据ALOHA过程来避免冲突(步骤S55)。

在通过用ALOHA进行防冲突而鉴定临时ID之后，当读取器Ry执行ID提炼过程时，标签Tx将临时ID附连上送往读取器Ry的添加噪声的标签ID(或具有噪声的固定Bloom过滤器)，由此没有标签Tx被误认为是另一个标签Tx的危险，并且通信的冲突可以避免(步骤S56)。

(其他实施方案3：多个过滤器的使用)

当在第二实施方案的标签Tx中存在足够的存储容量时，多个固定Bloom过滤器可以生成并保存于标签Tx中的过滤器保存部件5中。在该情况下，可以构想如下通过生成过滤器来实施通信的方法。

首先，当与过滤器的长度相比散列数“phase”较大时，固定Bloom过滤器有较大的风险被识别。“phase”与过滤器长度的比值表示识别的程度。通常地，“phase”显著地小于过滤器的长度。当对于具有100个位的过滤器通过使用具有40个phase的散列函数来配置位串时，噪声被限制为差不多10位。因此，固定Bloom过滤器相对容易被识别。另一方面，较大的过滤器长度导致较高的通信成本。当过滤器越长时，存储负载增加，传送和接收花费越多的时间。因此，标签Tx通常传送具有较短过滤器长度的过滤器，同时过滤器长度Len和散列数phase之间的关系保持恒定。当由于假的正面不能识别时，或者要求假的正面的期望概率很低时(在包括许多已知ID的情况下)，读取器Ry要求更长的过滤器。

制备具有小的phase(大约5，假正面的出现概率大约为0.03125)的过滤器以及具有大的phase(多级：大约33，假正面的出现概率为1.164153218269348-10)的过滤器。

散列数“phase”的过滤器长度是用于决定标签ID的保密强度的参数。通常地，可以要求它是散列数“phase”的大约20至100倍。因此，当散列数“phase”为5时，要求100至500位，并且当散列数“phase”为33时，要求大约660至3300位。

(其他实施方案4：反复读取导致的固定Bloom过滤器估算攻击及其措施)

窃听者可以通过知道标签Tx的固定Bloom过滤器来识别标签Tx。当不知道标签Tx的ID的第三方追踪某个标签Tx时，可以使用添加噪声的固定Bloom过滤器。添加噪声的固定Bloom过滤器通过执行将固定Bloom过滤器的随机位从“0”反转到“1”的操作但不执行将它们从“1”反转到“0”的操作来获得。因此，某个标签Tx的多个添加噪声的固定Bloom过滤器被收集，并且运行“逐位与”(对于每个位的AND)以指出固定Bloom过滤器。

对于固定Bloom过滤器的这种估算攻击，有下面的三种方法使窃听者难以识别固定Bloom过滤器。

(1)定时器方法

(2)临时存储器方法

(3)特殊噪声发生器的使用

定时器方法(1)通过使用定时器限制可由窃听者获取的具有噪声的固定Bloom过滤器的数目。如果花费长时间来反复获取某个标签T1的具有噪声的固定Bloom过滤器，有可能不同的标签T2(或T{3...n})混入到读取器R的检测范围，由此窃听者难以指出固定Bloom过滤器。因此，标签Tx传送添加噪声的固定Bloom过滤器到读取器Ry的最小传送间隔由定时器控制，使得标签Tx不会在短时间内同时传送多个添加噪声的固定Bloom过滤器。

图9是具有定时器的无线电通信系统的示意配置的一个例子的框图。如图9中所示，标签Tx提供有定时器7。该定时器7测量自添加噪声的固定Bloom过滤器被传送以来的时间。当由定时器7测量的时间没有达到预先确定的时间时，在控制部件的控制下不传送新的添加噪声的固定Bloom过滤器。图9中的定时器7可以在图1中的无线电通信系统中的标签Tx中提供。

临时存储器方法(2)使用与防冲突方法一起描述的图7的临时存储部件6。通过将添加噪声的固定Bloom过滤器保存到临时存储部件6中，在同一时刻仅有一个添加噪声的固定Bloom过滤器被读取，由此防止窃听者的对固定Bloom过滤器的估算。临时存储部件6包括由电容器临时控制的SRAM，并且假设SRAM中的内容在经过某个时间之后消失。

特殊噪声发生器(3)在噪声添加处理部件3中使用不利于窃听者的噪声的噪声发生器。例如，通过使用在生成最初的噪声之后的某段时间内连续生成接近于噪声的模拟噪声的噪声生成功能，窃听者获得具有类似图形的噪声的固定Bloom过滤器。要花费时间识别该特殊的固定Bloom过滤器。利用这样的特性，即如果在短时间内读取多个添加噪声的固定Bloom过滤器，饱和度接近于1，可以获得与使用定时器的情况相同的效果。

图10是显示具有特殊噪声方案的无线电通信系统的示意配置的一个例子的框图。如图10中所示的特殊噪声发生器8生成与刚好在先的具有噪声的固定Bloom过滤器的噪声类似的噪声。控制部件4将特殊噪声发生器8所生成的噪声合成到添加噪声的固定Bloom过滤器中以实施无线电传送。图10中的特殊噪声发生器8可以在图1中的无线电通信系统中的标签Tx中提供。

(其他实施方案5：离线蛮力攻击的应对方法)

在对添加噪声的固定Bloom过滤器的蛮力攻击中，容易性由所获得的具有噪声的固定Bloom过滤器的假正面出现概率和ID空间的大小决定。在这里，假设散列数phase为30，并且饱和度为0.5。

当ID空间具有32位时，如果在整个ID空间中实施过滤器的测试，在计算中获得平均大约四个ID。在该情况下，一旦攻击者从过滤器获得ID候选者，仅需要对另一个过滤器实施大约四个候选者的测试，就可以攻击所关注的标签Tx。

当ID空间扩展到128位时，攻击显著地困难了，并且所获得的ID的数目大到大约3.17E29，因此随后的提炼也很困难。

作为固定Bloom过滤器的性质，最初ID空间的配置不需要预先定义。也就是，包括域名的任何字符串可以用于ID。通过该性质，攻击者的蛮力攻击的形成在该实施方案变得困难。

(其他实施方案6：固定Bloom过滤器估算攻击的应对方法)

在下文中，我们将详细地说明上面的其他实施方案4。窃听者可以通过知道标签Tx的固定Bloom过滤器来识别标签Tx。因此，用于从添加噪声的固定Bloom过滤器中找到固定Bloom过滤器的方法被检查。

添加噪声的固定Bloom过滤器通过将固定Bloom过滤器的随机位从“0”反转到“1”但是基本上不执行将位从“1”反转到“0”的操作来获得。因此，获得了多个固定Bloom过滤器，并且如上所述实施逐位AND以指出固定Bloom过滤器。

过滤器长度Len中的固定Bloom过滤器BF的位的数目几乎由散列数“phase”决定。相同数目的位，即等于散列数“phase”或者在散列值冲突时稍微小于散列数phase的多个位实际上是“1”。

因此，phase/Len接近于过滤器中表征标签Tx的位的存在率的期望值(特征位率)。更严格地，因为散列值的冲突概率是1/Len，它稍微地更小。

在这里，追踪中的第三方(窃听者)需要从众多标签Tx中以高的概率检测待攻击的标签Tx。因此，从标签Tx传送的添加噪声的固定Bloom过滤器BFn被接收，并实施逐位AND操作。假设从标签Tx传送的一系列具有噪声的固定Bloom过滤器BFn为BFn1，BFn2，...BFni。同时，通过逐位AND操作获得所检测的固定Bloom过滤器BFd。

在这里，在添加噪声的固定Bloom过滤器BFn的饱和度是常数(sat)的前提下，所检测的固定Bloom过滤器BFd的饱和度由方程(1)表示。

(总是1的位的数目+逐位and后存活的位的数目)/Len＝[phase+((Len-phase).sat2^i)]/Len...(1)

在这里，要求“sat2”与从一开始就为位1的个数对固定Bloom过滤器BF的影响无关。对于计算，假设“sat2”接近等于sat。

例如，假设散列数phase＝10，过滤器长度Len＝500并且sat＝0.5，窃听者排列添加噪声的Bloom过滤器BFn的编号(i)以及特征位比率与所检测的固定Bloom过滤器BFd的饱和度的比值被获得。

i＝1→特征位率/BFd的饱和度＝0.0392156862745098

i＝2→特征位率/BFd的饱和度＝0.07547169811320754

i＝3→特征位率/BFd的饱和度＝0.1403508771929825

i＝4→特征位率/BFd的饱和度＝0.2461538461538461

i＝5→特征位率/BFd的饱和度＝0.3950617283950617

i＝6→特征位率/BFd的饱和度＝0.5663716814159293

这样，在i＝6的阶段，所检测的固定Bloom过滤器BFd包括一半以上的特征位率。

通过提供多个固定Bloom过滤器，窃听者可以容易地识别标签Tx。为了防止固定Bloom过滤器的估算攻击，必须采取措施不向窃听者提供互相独立的添加噪声的固定Bloom过滤器BFn。同时，如果不确信多个添加噪声的固定Bloom过滤器BFn从相同标签Tx发起，窃听者不能执行逐位and。

这是因为从不同标签Tx生成的添加噪声的固定Bloom过滤器BFn被混合，由此有可能被识别的固定Bloom过滤器BF的位可以降低。如果饱和度为0.5，每次不同标签Tx的一个添加噪声的固定Bloom过滤器BFn混合到一系列BFn中时，可能失去包含于固定Bloom过滤器BF中的一半的位信息。

作为特殊的防攻击方法，标签Tx可以提供有下面功能。可以考虑标签Tx所花费的成本而提供一个或多个功能。

(1)定时器：如果花费长时间反复获取添加噪声的固定Bloom过滤器，不同的标签Tx混入到检测范围的可能性(窃听者风险)增加。因此，传送添加噪声的固定Bloom过滤器BFn的最小转送时间间隔由定时器控制，使得不可以在短时间内传送多个添加噪声的固定Bloom过滤器BFn。

(2)与临时ID的链接：防冲突的临时ID与添加噪声的固定Bloom过滤器BFn链接。从而，添加噪声的相同固定Bloom过滤器BFn只有当使用相同的临时ID时被传送，由此窃听者难以将多个添加噪声的固定Bloom过滤器BFn与相同的临时ID关联。

(3)特殊噪声生成函数的使用：通过使用在最初的噪声生成之后在某段时间内连续产生接近于噪声的模拟噪声的噪声生成函数，固定Bloom过滤器BFd的较低的饱和度可以被抑制。

Claims (18)

1.一种RFID标签装置，包括：

生成随机数或伪随机数的随机数发生器；

保存具有多个位的识别信息的识别信息保存部件；

通过在包含于识别信息中的多个位之中实施基于随机数发生器所生成的随机数而决定的位从0到1的反转或该位从1到0的反转中的任何一个来产生添加噪声的识别信息的噪声添加处理部件；以及

通过无线电传送添加噪声的识别信息的无线电通信部件。

2.根据权利要求1的RFID标签装置，还包括存储随机数发生器所生成的随机数的临时存储部件，

其中无线电通信部件通过无线电传送存储于临时存储部件中的随机数和添加噪声的识别信息。

3.根据权利要求1的RFID标签装置，还包括测量从无线电通信部件传送添加噪声的识别信息之后的时间的时间测量部件，

其中当时间测量部件所测量的时间是预先确定的时间或更长时，无线电通信部件传送随后的添加噪声的识别信息。

4.根据权利要求1的RFID标签装置，还包括生成与包含于添加噪声的识别信息中的噪声相关的噪声的噪声发生器，

其中无线电通信部件通过无线电传送所述噪声发生器所生成的噪声和添加噪声的识别信息。

5.一种RFID标签装置，包括：

保存具有多个位的过滤器的过滤器保存部件，过滤器能够在概率上检测某个位串是否包含于一组位串中；

生成随机数或伪随机数的随机数发生器；

生成添加噪声的过滤器的噪声添加处理部件，该添加噪声的过滤器通过在包含于过滤器中的多个位之中基于随机数发生器所生成的随机数而决定的位从0的反转或基于随机数发生器所生成的随机数而决定的位从1的反转中的任何一个来获得；

通过无线电传送添加噪声的过滤器的无线电通信部件。

6.根据权利要求5的RFID标签装置，其中由过滤器保存部件保存的过滤器通过使用具有多个位的识别信息和散列函数来生成。

7.根据权利要求5的RFID标签装置，其中由过滤器保存部件保存的过滤器是固定Bloom过滤器。

8.根据权利要求5的RFID标签装置，其中噪声添加处理部件生成添加噪声的过滤器，该添加噪声的过滤器通过在包含于过滤器保存部件所保存的过滤器中的多个位之中将基于随机数发生器所生成的随机数而决定的位的0反转到1而获得。

9.根据权利要求5的RFID标签装置，还包括选择由过滤器保存部件保存的多个过滤器的任意一个的过滤器选择器，

其中噪声添加处理部件生成与过滤器选择器所选择的过滤器对应的添加噪声的过滤器。

10.根据权利要求5的RFID标签装置，还包括存储随机数发生器所生成的随机数的临时存储部件，

其中无线电通信部件通过无线电传送临时存储部件中所存储的随机数和添加噪声的过滤器。

11.根据权利要求5的RFID标签装置，还包括测量从无线电通信部件传送添加噪声的过滤器之后的时间的时间测量部件，

其中当时间测量部件所测量的时间是预先确定的时间或更长时，无线电通信部件传送随后的添加噪声的过滤器。

12.根据权利要求5的RFID标签装置，还包括生成与添加到添加噪声的过滤器中的噪声相关的噪声的噪声发生器，

其中无线电通信部件通过无线电传送噪声发生器所生成的噪声和添加噪声的过滤器。

13.一种标签识别装置，包括：

存储已知无线电标签装置的识别信息的标签信息存储部件；

接收从某个RFID标签装置传送的添加噪声的识别信息或具有包括噪声位的多个位的添加噪声的过滤器的无线电通信部件；

在包含于所接收的添加噪声的识别信息或所接收的添加噪声的过滤器中的多个位之中，基于包含于该多个位中的位0和位1的比率，将具有某个位值的位与存储于标签信息存储部件中的识别信息的对应位进行比较的位比较部件；以及

基于位比较部件的比较结果确定与由无线电通信部件接收的添加噪声的识别或添加噪声的过滤器对应的识别信息是否存储于标签信息存储部件中的确定部件。

14.根据权利要求13的标签识别装置，其中通过使用具有多个位的识别信息和散列函数来生成过滤器。

15.根据权利要求14的标签识别装置，其中过滤器是固定Bloom过滤器。

16.根据权利要求13的标签识别装置，其中通过在添加噪声之前包含于过滤器的多个位之中，将随机数所决定的具有0的位反转成1来生成添加噪声的过滤器。

17.根据权利要求13的标签识别装置，其中无线电通信部件接收用于产生添加到添加噪声的识别信息或添加噪声的过滤器上并包含于该添加噪声的识别信息或添加噪声的滤波器中的噪声的随机数。

18.根据权利要求13的标签识别装置，其中无线电通信部件接收与添加到添加噪声的识别信息或添加噪声的过滤器上并包含于该添加噪声的识别信息或添加噪声的滤波器中的噪声相关的噪声。

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