CN102509128A - 一种射频识别系统安全认证方法 - Google Patents

Abstract

本发明公布了一种射频识别系统安全认证方法，属于通信技术领域。射频识别系统包括后台数据库、阅读器和标签三个组成部分，认证过程包括五轮通信过程，实现了标签和阅读器之间的双向认证，保证了标签和阅读器的合法性。认证过程中标签只需要执行一次Hash函数的运算，降低了系统的成本，标签ID还具有动态更新的功能，使标签不容易被追踪。本发明中还通过在后台数据库中存储oldID和newID两种标签的方法，解决了因ID更新不同步引起的合法标签不能被认证的问题。

Description

一种射频识别系统安全认证方法

技术领域

本发明属于通信技术领域，涉及一种基于散列(hash)函数的射频识别系统安全认证方法。

背景技术

射频识别(RFID)技术的应用日益广泛，在制造、零售和物流等领域均显示出了强大的实用价值，但随之而来的是各种RFID的安全与隐私问题。主要表现在以下两个方面：

(a)用户信息隐私安全。RFID阅读器与RFID标签进行通信时，其通信内容包含了标签用户的个人隐私信息，当受到安全攻击时会造成用户隐私信息的泄露。

(b)用户位置隐私安全。RFID阅读器通过RFID标签可以方便探知到标签用户的活动位置，使携带RFID标签的任何人在公开场合被自动跟踪，造成用户位置隐私的泄露。

针对RFID的隐私安全问题，已经有了很多研究成果，其中代表性的有Hash锁协议，随机Hash锁协议、Hash链协议和分布式询问-应答协议等。Hash锁协议和随机Hash锁协议中，ID是以明文的形式通过不安全的信道传送，因此非常容易受到假冒攻击和重传攻击，攻击者也可以很容易地对标签进行追踪；Hash链协议是一个单向认证协议，即它只能实现读写器对标签的身份进行认证，而标签无法验证读写器的身份；Hash链协议和分布式询问-应答协议中，执行一次认证协议需要标签进行两次杂凑运算，增加了系统的成本；Hash锁协议、随机Hash锁协议和分布式询问-应答协议中均没有动态ID更新机制，使标签容易被追踪。

发明内容

针对现有技术存在的缺陷，本发明要解决的技术问题是提出一种基于Hash函数的低成本的RFID双向安全认证方法。

本发明一种射频识别系统安全认证方法，射频识别系统包括后台数据库、阅读器和标签三个组成部分，在系统初始化时，每一个标签拥有唯一的标识符ID，后台数据库拥有所有标签的标识符ID，在后台数据库中为每一个标签建立数组(oldID，newID)，初始化时每一个标签对应的数组为(0，newID)，newID为每一个标签的ID值，oldID值初始化时为0，认证过程包括以下步骤：

步骤1：阅读器生成一个伪随机数r_R，阅读器向RFID标签发出查询认证请求，并发送r_R给标签；

步骤2：标签接收到阅读器的查询认证请求和r_R后，生成一个伪随机数r_T，执行散列(hash)函数计算α＝H(ID||r_R||r_T)，并生成两个随机整数n₁，n₂，其中L/2≤n₁，n₂≤L，其中L为α长度，得到H₁和H₁，H₁为α从开始位置到n₁位置的数据，H₂为α从n₂位置到结束位置的数据，并发送r_T，n₁，n₂，H₁给阅读器；

步骤3：阅读器收到标签发送的r_T，n₁，n₂，H₁后，将收到的数据与r_R一起发送给后台数据库；

步骤4：后台数据库收到阅读器发送的r_R，r_T，n₁，n₂，H₁后，查找所有的oldID和newID，执行散列函数(hash)计算β＝H(oldID||r_R||r_T)或β＝H(newID||r_R||r_T)，得到H₁’，H₁’为β从开始位置到n₁位置的数据，判断是否有H₁’＝H₁；

步骤5：若有某个oldID符合H₁’＝H₁，则标签认证通过，发送利用该oldID计算的H₂’给阅读器，H₂’为该β从n₂位置到结束位置的数据，若有某个newID符合H₁’＝H₁，则标签认证通过，后台数据库更新该标签的数组，oldID＝newID，newID＝PRNG(newID)，其中PRNG函数为一个伪随机数生成函数，发送利用原newID计算的H₂’给阅读器，H₂’为该β从n₂位置到结束位置的数据，若没有符合的H₁’，则标签认证不通过；

步骤6：阅读器收到后台数据库发来的H₂’后，将其转发给标签；

步骤7：标签收到阅读器发来的H₂’后，若H₂’＝H₂，则阅读器验证通过，更新ID，ID＝PRNG(ID)，其中PRND函数为一个伪随机数生成函数，完成双向认证过程，若H₂’≠H₂，则阅读器认证不通过。

与现有技术相比，本发明所提出基于HASH函数的RFID安全隐私认证方法具有以下优点：

(a)标签只需要执行一次Hash函数的运算，降低了系统的成本；

(b)具有标签ID的动态更新机制，使标签不容易被追踪；

(c)后台数据库中存储了oldID和newID两种标签，当标签中的ID未能及时更新时，用oldID仍可以认证，解决了因ID更新不同步引起的合法标签不能被认证的问题；

(d)执行双向认证过程，保证了标签和阅读器的合法性。

附图说明

图1：本发明中一种射频识别系统安全认证方法的认证过程图；

具体实施方式

射频识别系统安全认证方法的具体实施方式如下：

首先，射频识别系统初始化。

射频识别系统包括后台数据库、阅读器和标签三个组成部分，在系统初始化时，为每一个标签分配唯一的标识符ID，后台数据库拥有所有标签的标识符ID，在后台数据库中为每一个标签建立数组(oldID，newID)，初始化时每一个标签对应的数组为(0，newID)，newID为每一个标签的ID值，oldID值初始化时为0。

其次，安全认证过程，如图1所示，包括五轮通信过程：

(1)第一轮是阅读器发送数据给标签；

阅读器生成一个伪随机数r_R，阅读器向RFID标签发出查询认证请求，并发送r_R给标签；

(2)第二轮是标签发送数据给阅读器；

标签接收到阅读器的查询认证请求和r_R后进行计算并发送数据，包括以下几个步骤：

(i)生成一个伪随机数r_T，执行HASH计算α＝H(ID||r_R||r_T)；

(ii)生成两个随机整数n₁，n₂，其中L/2≤n₁，n₂≤L，其中L为α长度，得到H₁和H₁，H₁为α从开始位置到n₁位置的数据，H₂为α从n₂位置到结束位置的数据；

(iii)发送r_T，n₁，n₂，H₁给阅读器；

(3)第三轮是阅读器发送数据给后台数据库；

阅读器收到标签发送的r_T，n₁，n₂，H₁后，将收到的数据与r_R一起发送给后台数据库；

(4)第四轮是后台数据库发送数据给阅读器；

后台数据库收到阅读器发送的r_R，r_T，n₁，n₂，H₁后进行计算、认证并发送数据，包括以下几个步骤：

(i)查找所有的oldID和newID，执行HASH计算β＝H(oldID||r_R||r_T)或β＝H(newID||r_R||r_T)，得到H₁’，H₁’为β从开始位置到n₁位置的数据，判断是否有H₁’＝H₁；

(ii)若有某个oldID符合，则标签认证通过，发送利用该oldID计算的H₂’给阅读器，H₂’为该β从n₂位置到结束位置的数据；

(iii)若有某个newID符合，则标签认证通过，后台数据库更新该标签的数组，oldID＝newID，newID＝PRNG(newID)，其中PRNG函数为一个伪随机数生成函数，发送利用原newID计算的H₂’给阅读器，H₂’为该β从n₂位置到结束位置的数据；

(iv)若没有符合的H₁’，则标签认证不通过；

(5)第五轮是阅读器发送数据给标签；

阅读器收到后台数据库发来的H₂’后，将其转发给标签，标签收到阅读器发来的H₂’后，若H₂’＝H₂，则阅读器验证通过，更新ID，ID＝PRNG(ID)，其中PRND函数为一个伪随机数生成函数，完成双向认证过程，若H₂’≠H₂，则阅读器认证不通过。

Claims (1)

1.一种射频识别系统安全认证方法，射频识别系统包括后台数据库、阅读器和标签三个组成部分，每一个标签拥有唯一的标识符ID，后台数据库拥有所有标签的标识符ID，其特征在于在系统初始化时，在后台数据库中为每一个标签建立数组(oldID，newID)，初始化时newID为每一个标签的ID值，oldID值为0，认证过程包括以下步骤：

步骤1：阅读器生成一个伪随机数r_R，阅读器向RFID标签发出查询认证请求，并发送r_R给标签；

步骤2：标签接收到阅读器的查询认证请求和r_R后，生成一个伪随机数r_T，执行散列(hash)函数计算α＝H(ID||r_R||r_T)，并生成两个随机整数n₁，n₂，其中L/2≤n₁，n₂≤L，其中L为α长度，得到H₁和H₁，H₁为α从开始位置到n₁位置的数据，H₂为α从n₂位置到结束位置的数据，并发送r_T，n₁，n₂，H₁给阅读器；

步骤3：阅读器收到标签发送的r_T，n₁，n₂，H₁后，将收到的数据与r_R一起发送给后台数据库；

步骤4：后台数据库收到阅读器发送的r_R，r_T，n₁，n₂，H₁后，查找所有的oldID和newID，执行散列函数(hash)计算β＝H(oldID||r_R||r_T)或β＝H(newID||r_R||r_T)，得到H₁’，H₁’为β从开始位置到n₁位置的数据，判断是否有H₁’＝H₁；

步骤5：若有某个oldID符合H₁’＝H₁，则标签认证通过，发送利用该oldID计算的H₂’给阅读器，H₂’为该β从n₂位置到结束位置的数据，若有某个newID符合H₁’＝H₁，则标签认证通过，后台数据库更新该标签的数组，oldID＝newID，newID＝PRNG(newID)，其中PRNG函数为一个伪随机数生成函数，发送利用原newID计算的H₂’给阅读器，H₂’为该β从n₂位置到结束位置的数据，若没有符合的H₁’，则标签认证不通过；

步骤6：阅读器收到后台数据库发来的H₂’后，将其转发给标签；

步骤7：标签收到阅读器发来的H₂’后，若H₂’＝H₂，则阅读器验证通过，更新ID，ID＝PRNG(ID)，其中PRND函数为一个伪随机数生成函数，完成双向认证过程，若H₂’≠H₂，则阅读器认证不通过。

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