CN102521557A - Rfid电子标签数据的篡改检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种RFID电子标签数据的篡改检测方法。其包括以下步骤：水印的生成和嵌入，利用混沌系统产生的实数序列，经阈值函数生成待嵌入水印信息，并通过二次剩余判别算法将水印信息嵌入到电子标签数据中；水印的提取，读取标签地址对应的二进制信息，并保存此信息经二次剩余函数计算后的返回值，重复以上操作，提取出嵌入的水印信息；水印信息篡改检测，将待验证信息生成的水印与上述步骤提取出的嵌入信息进行比较，判断待验证信息是否正确，若有误，便可定位被篡改信息。本发明的优势是：当加密的密钥被破解后，虽然恶意篡改者修改信息后再次按原地址存储，但利用本发明提出的篡改检测方法，则可以检测存储的信息是否被篡改，以此达到双重保护的效果。

Description

RFID电子标签数据的篡改检测方法

技术领域

本发明为RFID电子标签领域，具体涉及一种RFID电子标签的数据保护方法，尤其是一种基于数字水印的RFID电子标签数据的篡改检测方法。

背景技术

随着RFID技术的成熟和市场的发展，电子标签在许多领域和行业中扮演越来越重要的角色，它作为一种非接触的识别技术得到了快速的发展和广泛的应用。由于电子标签数据的重要性，特别是其中存储的用户隐私信息，如果用户使用没有安全保护的电子标签，用户数据就可能在不知情的情况下，被恶意用户读取，从而泄露用户的隐私信息。

目前对RFID电子标签数据的保护，主要是通过数据交换前的身份认证和对数据进行加密存储，解决电子标签的安全问题。但是如果加密密钥被非法用户破解，那么数据的安全性就完全没有了保障，非法用户可以任意修改数据，复制合法用户的电子标签数据，进行非法活动。

本发明通过在RFID电子标签数据中嵌入数字水印，即使加密密钥被破解，也可以通过所嵌入的数字水印判定数据是否被篡改，实现对电子标签数据的第二重保护。

发明内容

目前，RFID电子标签数据的保护，主要是通过存储标签信息时进行加密处理，但一旦密钥被破解，数据就失去保护。本发明目的在于提供一种RFID电子标签数据的篡改检测方法，即使密钥被破解，也能对电子标签数据的完整性进行检测，判断、定位被篡改信息，实现了电子标签数据的第二重保护。

1、水印嵌入方法：通过混沌系统生成实数序列，经阈值函数将实数序列转化为待嵌入的水印信息(0、1二值序列)，按标签地址顺序读取标签信息，并进行二次剩余计算，判断函数返回值，若其返回值与待嵌入水印信息相同，则存储该标签信息对应的数据块地址，并设置为只读权限。

2、提取水印方法：读取地址对应的标签信息，并保存此二进制信息经二次剩余函数计算后的二值返回值，重复以上操作，组合成已嵌入的信息。

3、篡改定位方法：再次将待验证的信息生成二进制序列，并与步骤2提取出的嵌入信息进行比较，因每两比特位代表一个标签地址的信息，故由此来判断待验证的信息是否正确，若不同，则可定位篡改的信息。

本发明的优势是：当标签信息的加密密钥被破解后，恶意篡改者修改信息再次按原地址存储，但通过读取只读存储区已存储的地址信息，并由此地址读取标签信息，再恢复已嵌入信息序列，并通过与待验证信息生成的序列对比，达到双重保护的效果。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

附图说明

表1为本发明中二进制信息权重对应值

图1为本发明中嵌入信息的生成示例图

图2为本发明中嵌入过程的流程图

图3为本发明中检测待保护信息和篡改定位流程图

具体实施方式

1、在图1的实施例中，

1)对于电子标签信息(二进制比特形式)通过公式∑_0≤n＜12^n-1b_n转化为0至1之间的小数值，不同值的小数代表着不同的待保护标签信息。

2)混沌系统是一种复杂的非线性动力系统，具有对初始条件和混沌参数高敏感性，生成的混沌序列具有非周期和随机性的特点，因此混沌系统被广泛运用于图像加密。其中Logistic映射是一种经典的混沌序列生成器。

此公式可表示为x_k+1＝-4(x_k-0.5)²+1，将步骤(1)中所生成的初值代入公式，经过数次迭代，将产生一个混沌实数序列{x_k：k＝0，1，2…}，由于电子标签中存储的是二进制数据，故需要将此实数序列转变为二进制序列。由于混沌映射所生成的混沌序列{x_k：k＝0，1，2…..}，由于此概率密度函数不依赖初值，故具有遍历性，由此可计算混沌轨迹的点的均值为0.5，故可以选择为阈值函数的阈值，当混沌实数序列的值大于0.5时取0，反正取1，故由此将混沌实数序列转化为二值量化序列y_k。

3)对由步骤1)产生的不同小数值经步骤2)生成对应不同的二值量化序列y_k，取其中的2比特作为子水印，再将生成的不同子水印联接，生成待嵌入的数字水印。在数字水印信息中，每两比位特代表不同的待保护标签信息。

4)基于海明码的水印校验

基于纠错码的水印嵌入方法是利用纠错码原理，对水印信息进行纠错编码(加入一定的冗余信息)，将纠错编码后的信息作为新的数字水印嵌入到电子标签信息中。进行水印提取时，从电子标签中提取出的实际上是含纠错编码的信息，以此来检验嵌入的数字水印是否完整和正确。

如果已嵌入含纠错编码水印的标签信息遭到了攻击，导致提取的水印信息发生了改变，则可以利用海明码解码来确定提取的正确性。

方法是：对所有校验位进行检查，检验奇偶校验位的正确与否。在校验位中，所有2的幂次方的数据位(编号为1，2，4，8等的位置)作为奇偶校验位；其他数据位(编号为3，5，6，7，9等的位置)用于存储实际要编码的数据。如果全部校验的位置中有奇数个1，把该奇偶校验位置为1；如果全部校验的位置中有偶数个1，把该奇偶校验位置为0。例如：

位置1：校验1位，跳过1位(1，3，5，7，9，11，13，15，…)

位置2：校验2位，跳过2位(2，3，6，7，10，11，14，15，…)

位置4：校验4位，跳过4位(4-7，12-15，20-23，…)

位置8：校验8位，跳过8位(8-15，24-31，40-47，…)

5)水印生成过程如图1所示(编码后信息中下划线比特位代表奇偶校验位)

2、在图2的实例中

1)阅读器对标签数据的操作是以数据块为单位的，读取数据时，阅读器发送读单块指令，取得相应标签数据块中的信息。将标签发给阅读器响应中返回的数据存储在数据寄存器中，数据寄存器中数据可串行输出，故可按比特位权重表(见表1)，通过∑_0≤n＜12ⁿb_n计算每次输出的比特位权值总和作为权重值W。(式中：2ⁿ为按输出顺序对应的权值，b_n为按串行输出的比特位信息。

2)利用二次剩余判别函数Q(S，W)对上述权重值进行二值化(返回0或1)处理，其中S是一个很大的奇素数。如果判别函数返回的是1，说明W是模S的二次剩余，返回0则不是。

3)将返回值(0或1)与待嵌数字水印信息比特位的第一位比较，若相同，则说明此水印位嵌入到此信息中，同时存储此数据块的地址，写入电子标签数据块中，设置权限为只读，以便数字水印的提取；若不相同，继续读取下一个标签数据块中的信息。当再次计算返回值时，比较水印的第二比特位，重复上述的操作，直到水印位嵌入完毕才停止读取标签的块数据。

3、在图3的实例中

标签的数据可能会遭到恶意的篡改，那么阅读器读取的将是篡改后的信息。读取标签信息时，根据存储在电子标签中已嵌入水印的数据块编号(只读权限)，读出标签数据经二次剩余函数计算计算出权重值，从而恢复隐藏的数字水印，将待保护信息再次按照以上方法生成水印，两者进行比较，从而实现数据的篡改定位功能。

数字水印的提取和篡改定位功能的具体步骤如下：

1、用混沌系统根据不同的待保护信息转为的初值再次生成混沌序列，再由阈值函数转为0、1的二值序列，取其中两比特位作为子水印。

2、重复步骤1)，再次生成待验证的水印信息。

3、读取存储了隐藏数字水印的数据块的编号值，并读取对应的电子标签信息，计算出其权重值(0或1)。

4、重复步骤3)，恢复出隐藏在标签块中的待解码水印信息。对提取出的信息，如果全部校验的位置中1的数目为奇数，把该奇偶校验位置应为1；如果全部校验的位置中1的数目为偶数，该奇偶校验位置应为0。按此要求，奇偶校验位正确，则读出去除校验位的二进制信息，即为解码信息。

5、将步骤2)生成的水印和4)所解码得到的数字水印每两比特位进行比对：若都相同，即待保护信息未遭到篡改；哪两比特位不同，则可以定位生成此子水印对应的待保护标签信息，由此实现篡改定位的功能。

表1：二进制信息的权重对应值

Claims (4)

1.一种RFID电子标签数据的篡改检测方法，其特征在于：包括待嵌入信息的生成和嵌入、信息提取、受保护信息的篡改检测，所述的二进制嵌入信息生成采用了混沌算法，嵌入和提取使用二进制权值的二次剩余方法，对两次生成的水印比较，实现篡改检测。

2.根据权利要求1所述的一种在RFID电子标签数据通过嵌入信息防篡改的方法，其特征在于：所述的嵌入信息的生成，将8比特的信息转化为十进制小数，作为混沌系统的初值，产生不同的实数序列，并用阈值函数将此序列转为二值序列。

3.根据权利要求1所述的一种在RFID电子标签数据通过嵌入信息防篡改的方法，其特征在于：信息的嵌入对不同的二进制标签信息计算权值，并代入二次剩余函数，以此函数的返回值确定是否能嵌入1比特信息。

4.根据权利要求1所述的一种在RFID电子标签数据通过嵌入信息检测数据篡改的方法，其特征在于：受保护信息的篡改检测，读取存储已嵌入信息的标签信息，并代入二次剩余函数，其返回值组成序列就是嵌入的完整信息，用待保护信息利用权利要求1的方法再次生成信息，对比以上生成的两个二进制序列，判断异同并可根据被修改的比特位确定被篡改信息。

Images