CN103077414B - 高可信度无源uhf的rfid电子标签读写控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高可信度无源UHF的RFID电子标签读写控制方法，属于无线识别技术领域。读写器包括主控单元和分别连接于该主控单元的电源接口单元、通信单元、射频单元和安全单元。该方法中，在写入操作时，安全单元对数据进行加密和签名生成加密和签名数据后再写入电子标签；在读取操作时，安全单元解密和验签RFID电子标签内数据并验证其完整性和真实性，实现对电子标签的加密读写操作，防止了RFID电子标签信息被兼容读写器获取，保证信息的安全性，进而大幅提升了基于RFID的物联网系统的安全性，且本发明的读写器结构简单，成本低廉，读写控制方法应用方式简便，应用范围也较为广泛。

Description

高可信度无源UHF的RFID电子标签读写控制方法

技术领域

本发明涉及无线识别技术领域，特别涉及射频识别电子标签读写器技术领域，具体是指一种高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器及读写控制方法。

背景技术

随着无源UHF(超高频)频段的RFID(射频识别)技术在物联网领域的广泛应用，其安全性问题日渐被人们重视起来。由于无源UHF频段的RFID电子标签应遵循EPC globalG1G2或ISO 18000-6协议标准，用户区信息基本上处于透明状态，不具备信息可信任性和保密性，可能造成任何兼容RFID读写器都能对电子标签数据进行读写操作，致使RFID标签内的数据容易被干扰、更改，信息安全性难以得到保证。

为保障RFID电子标签内信息的完整性、真实性和数据的安全性，促进基于RFID的物联网行业的深入发展，需要针对无源UHF的RFID读写器对电子标签的读、写操作的数据进行安全处理。

通过对市场上无源超高频RFID读写器的市场调查发现，市场上的无源超高频UHF读写器均不具备相关的安全功能。同时，在实际操作中容易出现多个读写器读取同一个电子标签的信息。若这些数据被人获取，就造成严重的信息泄露，使基于RFID的物联网系统失去应有的价值。

综上所述，针对现有技术的缺陷，特别需要一种高可靠性的无源超高频UHF读写器，以解决现有技术中的上述问题。

发明内容

本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供一种能够对电子标签进行加密的读写操作，从而防止RFID电子标签信息被其它兼容的读写器获取，保证信息的安全性，进而大幅提升基于RFID的物联网系统的安全性，且结构简单，成本低廉，应用方式简便，应用范围较为广泛的高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器及读写控制方法。

为了实现上述的目的，本发明的高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器具有如下构成：

其包括主控单元和分别连接于该主控单元的电源接口单元、通信单元、射频单元和安全单元，所述的安全单元用以提供所述的主控单元安全读写功能，使所述的主控单元控制所述的射频单元实现射频识别标签安全读写操作。

该高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器中，所述的安全单元包括加密子单元和签名子单元，所述的加密子单元和签名子单元均连接于所述的主控单元，所述的加密子单元提供加密及解密安全读写功能，所述的签名子单元提供和签名及验签安全读写功能。

该高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器中，所述的主控单元包括安全单元控制子单元，所述的安全单元连接于该安全单元控制子单元，该安全单元控制子单元用以控制所述的安全读写功能的应用或停用。

该高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器中，所述的射频单元包括射频协议子单元、数据发送子单元、数据接收子单元和耦合子单元，所述的射频协议子单元分别通过所述的数据发送子单元和数据接收子单元连接耦合子单元，所述的主控单元也连接所述的数据发送子单元，所述的耦合子单元通过射频信号实现所述的射频识别标签安全读写操作。

该高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器中，所述的主控单元为PowerPC处理器。

该高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器中，所述的通信单元包括网线接口、RS232串行接口和USB接口中的一种或多种，所述的读写器通过该通信单元连接外部PC机。

该高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器中，所述的电源接口单元包括电源适配器，所述的电源适配器包括220V交流电输入端和24V直流电输出端，所述的24V直流电输出端分别连接所述的主控单元、通信单元、射频单元和安全单元。

本发明还提供一种基于所述的读写器实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法，该方法包括电子标签写入操作和电子标签读取操作，所述的电子标签写入操作具体包括以下步骤：

(11)所述的主控单元通过所述的射频单元获得射频识别电子标签ID号；

(12)所述的主控单元将所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据发送至所述的安全单元；

(13)所述的安全单元对所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成包含需要写入射频识别电子标签的数据的加密和签名数据；

(14)所述的安全单元将所述的加密和签名数据发送至所述的主控单元；

(15)所述的主控单元通过所述的射频单元将所述的加密和签名数据写入所述的射频识别电子标签；

所述的电子标签读取操作包括以下步骤：

(21)所述的主控单元通过所述的射频单元获得射频识别电子标签内数据；

(22)所述的主控单元将所获得的射频识别电子标签内数据发送至所述的安全单元；

(23)所述的安全单元对所述的射频识别电子标签内数据进行解密和验签，获得解密和验证数据；

(24)所述的安全单元判断所述的解密和验证数据的完整性和真实性；

(25)所述的安全单元将判断结果和所述的解密和验证数据返回至所述的主控单元。

该实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法中，所述的安全单元包括加密子单元和签名子单元，所述的加密子单元和签名子单元均连接于所述的主控单元，所述的步骤(13)具体包括以下步骤：

所述的加密子单元通过公钥加密所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据，获得加密数据；

所述的签名子单元通过私钥签名所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据，获得签名数据；

所述的步骤(23)具体包括以下步骤：

所述的加密子单元通过私钥解密所述的射频识别电子标签内数据，获得解密数据；

所述的签名子单元通过公钥验签所述的射频识别电子标签内数据，获得验证数据。

该实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法中，所述的公钥和私钥为所述的安全单元利用SM2算法生成的密钥对。

该实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法中，所述的主控单元包括安全单元控制子单元，所述的安全单元连接于该安全单元控制子单元，所述的电子标签写入操作在步骤(11)之后还包括以下步骤：

(11a)所述的主控单元判断所述的安全单元控制子单元处于安全读写功能的应用状态或停用状态，若为应用状态，则进入所述的步骤(12)；若为停用状态，则进入步骤(16)；

(16)所述的主控单元通过所述的射频单元将需要写入射频识别电子标签的数据写入所述的射频识别电子标签。

该实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法中，所述的电子标签写入操作在步骤(11)之前还包括以下步骤：

(10)用户利用PC机，通过所述的通信单元将需要写入射频识别电子标签的数据存入所述的读写器。

采用了该发明的高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器，其包括主控单元和分别连接于该主控单元的电源接口单元、通信单元、射频单元和安全单元。本发明的读写控制方法中，在进行电子标签写入操作时，安全单元对射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成加密和签名数据，而后再写入电子标签；在进行电子标签读取操作时，安全单元对射频识别电子标签内数据进行解密和验签，获得解密和验证数据，并验证其完整性和真实性，从而实现对电子标签的加密读写操作，防止RFID电子标签信息被其它兼容的读写器获取，保证信息的安全性，进而大幅提升基于RFID的物联网系统的安全性，且本发明的高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器及读写控制方法，其读写器结构简单，成本低廉，读写控制方法应用方式简便，应用范围也较为广泛。

附图说明

图1为本发明的高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器的结构示意图。

具体实施方式

为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。

请参阅图1所示，为本发明的高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器的结构示意图。

在一种实施方式中，高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器1包括主控单元2和分别连接于该主控单元2的电源接口单元3、通信单元4、射频单元5和安全单元6。其中，主控单元2为PowerPC处理器，通信单元4包括网线接口、RS232串行接口和USB接口中的一种或多种，该读写器1通过通信单元4连接外部PC机，电源接口单元2包括电源适配器，电源适配器将220V交流电转换为24V直流电输出至所述的主控单元2、通信单元4、射频单元5和安全单元6。所述的射频单元5包括射频协议子单元7、数据发送子单元8、数据接收子单元9和耦合子单元10，所述的射频协议子单元7分别通过所述的数据发送子单元8和数据接收子单元9连接耦合子单元10，所述的主控单元2也连接所述的数据发送子单元8，所述的耦合子单元10通过射频信号实现射频识别标签安全读写操作。所述的安全单元6用以提供所述的主控单元2安全读写功能，使所述的主控单元2控制所述的射频单元5实现射频识别标签安全读写操作。

基于该实施方式所述的读写器实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法包括电子标签写入操作和电子标签读取操作。

其中，所述的电子标签写入操作具体包括以下步骤：

(11)所述的主控单元通过所述的射频单元获得射频识别电子标签ID号；

(12)所述的主控单元将所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据发送至所述的安全单元；

(13)所述的安全单元对所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成包含需要写入射频识别电子标签的数据的加密和签名数据；

(14)所述的安全单元将所述的加密和签名数据发送至所述的主控单元；

(15)所述的主控单元通过所述的射频单元将所述的加密和签名数据写入所述的射频识别电子标签；

所述的电子标签读取操作包括以下步骤：

(21)所述的主控单元通过所述的射频单元获得射频识别电子标签内数据；

(22)所述的主控单元将所获得的射频识别电子标签内数据发送至所述的安全单元；

(23)所述的安全单元对所述的射频识别电子标签内数据进行解密和验签，获得解密和验证数据；

(24)所述的安全单元判断所述的解密和验证数据的完整性和真实性；

(25)所述的安全单元将判断结果和所述的解密和验证数据返回至所述的主控单元。

在一种较优选的实施方式中，所述的安全单元包括加密子单元和签名子单元，所述的加密子单元和签名子单元均连接于所述的主控单元，所述的加密子单元提供加密及解密安全读写功能，所述的签名子单元提供和签名及验签安全读写功能。

在基于该较优选的实施方式所述的读写器实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法中，所述的步骤(13)具体包括以下步骤：

所述的加密子单元通过公钥加密所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据，获得加密数据；

所述的签名子单元通过私钥签名所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据，获得签名数据；

且所述的步骤(23)具体包括以下步骤：

所述的加密子单元通过私钥解密所述的射频识别电子标签内数据，获得解密数据；

所述的签名子单元通过公钥验签所述的射频识别电子标签内数据，获得验证数据。

其中，所述的公钥和私钥为所述的安全单元利用SM2算法生成的密钥对。

在进一步优选的实施方式中，所述的主控单元包括安全单元控制子单元，所述的安全单元连接于该安全单元控制子单元，该安全单元控制子单元用以控制所述的安全读写功能的应用或停用。

在基于该进一步优选的实施方式所述的读写器实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法中，所述的电子标签写入操作在步骤(11)之后还包括以下步骤：

(11a)所述的主控单元判断所述的安全单元控制子单元处于安全读写功能的应用状态或停用状态，若为应用状态，则进入所述的步骤(12)；若为停用状态，则进入步骤(16)；

(16)所述的主控单元通过所述的射频单元将需要写入射频识别电子标签的数据写入所述的射频识别电子标签。

在更优选的实施方式中，所述的电子标签写入操作在步骤(11)之前还包括以下步骤：

(10)用户利用PC机，通过所述的通信单元将需要写入射频识别电子标签的数据存入所述的读写器。

在实际应用中，如图1所示，本发明的无源超高频RFID读写器主要由主控单元2、电源接口3、通信单元4、射频单元5和安全单元6组成。通信单元4通过网络线或RS232串口线或USB连接线与PC机相连，读写器接通电源后通过PC机控制各项操作。射频单元5由射频协议单元7、数据发送单元8、数据接收单元9和耦合单元10组成。可信无源超高频RFID读写器1在主控单元2和射频协议单元7的控制下通过耦合单元10进行数据的发送和接收。安全单元6在主控单元2的作用下，进行数据的安全操作。相较于现有技术，本发明的无源超高频RFID读写器的特点在于：

1、可信无源超高频RFID读写器具有选择开启加密、解密、签名和验签安全功能：若不开启，则该可信无源超高频RFID读写器与常规读写器功能一致，进行基本的RFID读写操作；若开启加密、解密、签名和验签功能，该可信无源超高频RFID读写器在安全单元的支撑下，进行安全的读写操作；

2、在开启加密、解密、签名和验签安全功能下，将需要进行加密或者签名的数据通过PC机输入到可信无源超高频RFID读写器1中，在安全单元6的作用下，生成相应的加密数据或者签名数据，返回到可信无源超高频RFID读写器1中；主控单元与安全单元通过串口连接，进行数据的传输，在安全单元中实现SM2算法密钥对的生成、数据加密、解密、签名和验签功能，特别的，在安全单元中，以高强度密码算法作为安全单元中核心算法；

3、可信无源超高频RFID读写器1写操作，首先，可信无源超高频RFID读写器1的主控单元2获取RFID卡的ID号，并将RFID卡的ID号及需要写入的数据生成待加密和签名数据并传给安全单元6。其次，安全单元6通过算法公钥加密和私钥签名将数据进行加密、签名生成加密和签名数据，并将完成的加密和签名数据发送至读写器1的主控单元2；最后读写器1的主控单元2将含待写入数据的加密、签名数据信息一并写入RFID卡的内存中。

4、可信无源超高频RFID读写器1读操作，首先可信无源超高频RFID读写器1的主控单元2获取RFID卡内数据，并将读取的数据传给安全单元6。其次，安全单元6通过算法私钥解密和公钥验签将解密、验证数据的真实性和完整性，并将验证结果返回给PC系统。

通过以上的操作，实现了读写器1的安全操作，通过该读写器1的操作，可以实现读写器1对RFID电子标签数据进行完整性和正确性验证，从而实现无源超高频读写器1的信息可信操作。本发明的RFID读写器系统功能强大、使用方便可靠，性价比很高，信息安全性高，可以广泛应用在基于RFID技术的物联网、涉车涉驾、公安物联网和信息安全行业中，保证RFID电子标签数据的安全性和完整性。

采用了该发明的高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器，其包括主控单元和分别连接于该主控单元的电源接口单元、通信单元、射频单元和安全单元。本发明的读写控制方法中，在进行电子标签写入操作时，安全单元对射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成加密和签名数据，而后再写入电子标签；在进行电子标签读取操作时，安全单元对射频识别电子标签内数据进行解密和验签，获得解密和验证数据，并验证其完整性和真实性，从而实现对电子标签的加密读写操作，防止RFID电子标签信息被其它兼容的读写器获取，保证信息的安全性，进而大幅提升基于RFID的物联网系统的安全性，且本发明的高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写器及读写控制方法，其读写器结构简单，成本低廉，读写控制方法应用方式简便，应用范围也较为广泛。

在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。

Claims (5)

1.一种实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法，其特征在于，读写器包括主控单元和分别连接于该主控单元的电源接口单元、通信单元、射频单元和安全单元，所述的方法包括电子标签写入操作和电子标签读取操作，所述的电子标签写入操作具体包括以下步骤：

(11)所述的主控单元通过所述的射频单元获得射频识别电子标签ID号；

(12)所述的主控单元将所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据发送至所述的安全单元；

(13)所述的安全单元对所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据进行加密和签名，生成包含需要写入射频识别电子标签的数据的加密和签名数据；

(14)所述的安全单元将所述的加密和签名数据发送至所述的主控单元；

(15)所述的主控单元通过所述的射频单元将所述的加密和签名数据写入所述的射频识别电子标签；

所述的电子标签读取操作包括以下步骤：

(21)所述的主控单元通过所述的射频单元获得射频识别电子标签内数据；

(22)所述的主控单元将所获得的射频识别电子标签内数据发送至所述的安全单元；

(23)所述的安全单元对所述的射频识别电子标签内数据进行解密和验签，获得解密和验证数据；

(24)所述的安全单元判断所述的解密和验证数据的完整性和真实性；

(25)所述的安全单元将判断结果和所述的解密和验证数据返回至所述的主控单元。

2.根据权利要求1所述的实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法，其特征在于，所述的安全单元包括加密子单元和签名子单元，所述的加密子单元和签名子单元均连接于所述的主控单元，所述的步骤(13)具体包括以下步骤：

所述的加密子单元通过公钥加密所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据，获得加密数据；

所述的签名子单元通过私钥签名所述的射频识别电子标签ID号及需要写入射频识别电子标签的数据，获得签名数据；

所述的步骤(23)具体包括以下步骤：

所述的加密子单元通过私钥解密所述的射频识别电子标签内数据，获得解密数据；

所述的签名子单元通过公钥验签所述的射频识别电子标签内数据，获得验证数据。

3.根据权利要求2所述的实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法，其特征在于，所述的公钥和私钥为所述的安全单元利用SM2算法生成的密钥对。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法，其特征在于，所述的主控单元包括安全单元控制子单元，所述的安全单元连接于该安全单元控制子单元，所述的电子标签写入操作在步骤(11)之后还包括以下步骤：

(11a)所述的主控单元判断所述的安全单元控制子单元处于安全读写功能的应用状态或停用状态，若为应用状态，则进入所述的步骤(12)；若为停用状态，则进入步骤(16)；

(16)所述的主控单元通过所述的射频单元将需要写入射频识别电子标签的数据写入所述的射频识别电子标签。

5.根据权利要求1所述的实现高可信度无源超高频的射频识别电子标签读写控制的方法，其特征在于，所述的电子标签写入操作在步骤(11)之前还包括以下步骤：

(10)用户利用PC机，通过所述的通信单元将需要写入射频识别电子标签的数据存入所述的读写器。