CN103281194B - 一种基于双线性对的安全和轻量级rfid所有权转移方法 - Google Patents

Abstract

一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法是通过可信第三方、FRID标签、制造者、旧主人、新主人及读写器六个角色执行两个初始化子过程和三个安全子协议来实现的。本发明的有益效果在于：本发明所述的技术方案通过对基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移机制，对提高RFID系统的安全性，主要强调对RFID标签主人的隐私保护，抗攻击性有较好的效果，且运算效率比较高，因此应用价值比较明显。

Description

一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法

技术领域

本发明属于RFID安全和隐私保护领域，涉及一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法。

背景技术

RFID(Radio Frequency IDentification)技术，又称电子标签、无线射频识别，是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并读写相关数据，识别工作无须人工干预，可高效地工作于各种恶劣环境。RFID技术作为新兴物联网的支撑技术，今年来已经获得了广泛的重视和发展。越来越多的商业和个人应用都不同程度应用了FRID技术。

但是，由于RFID标签的所有权的可转移性，传统的RFID技术在所有权转移时会面临隐私暴露的安全威胁。主要威胁包括：对FRID原主人隐私的侵犯，对FRID新主人隐私的侵犯，这里的隐私特指主人ID保持匿名性和不可追踪性。

具体的针对FRID技术的攻击方法包括：

●重放攻击：攻击者拦截合法的RFID标签响应消息，并将其重定向给一个合法的RFID读写器；

●中间人攻击：攻击者在不被察觉的情况下对通讯双方的会话进行插入或篡改消息的非法操作；

●窃听攻击：攻击者被动窃听通讯双方交换的消息并能有效进行解码，从而窃取敏感的内容信息；

●拒绝服务攻击：攻击者扰乱或阻止通讯双方之间的有效通信；

●失序攻击：攻击者利用不同的密钥设置等方法对通讯双方进行迷惑，导致通讯双方通信失序和失效。

现有RFID所有权转移方法普遍存在对新、旧主人隐私信息保护不佳，转移时间开销过大，抵御攻击能力较差的弱点。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术存在的问题，提出的一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法，该方法能实现所有权转移效率高、保持旧主人和新主人的隐私、支持制造者验证、有效抵御针对FRID技术的攻击方法。

本发明所述的一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法为：

第一步：设定RFID标签的密码参数，以及为RFID标签主人建立公私钥对；

第二步：RFID标签进行初始化，为RFID标签建立密码参数；

第三步：RFID标签执行匿名认证协议，读写器和RFID标签进行匿名认证操作，保护RFID标签当前主人的敏感信息；

第四步：RFID标签执行所有权转移协议，利用可信第三方对RFID标签的所有权进行转移，保护RFID标签新旧主人的敏感信息，并抵御某些攻击方法；

第五步：RFID标签执行密钥更新协议，RFID标签新主人修改RFID标签中的密钥参数，旨在保护RFID标签在新所有权下的安全特性。

进一步的，所述第一步中的“系统初始化”的方法为：

步骤一：制造者P选定双线性参数(q,G₁,G₂,G_T,g₁,g₂,e),其中，G₁,G₂,G_T均是阶为大素数q的循环群，g₁和g₂分别为G₁和G₂的生成元，e:G₁×G₂→G_T为一个双线性对；

步骤二：制造者P选择一个随机数作为其私钥；

步骤三：制造者P计算作为其对应的公钥；

步骤四：制造者P选择n个随机数作为其私钥；

步骤五：制造者P计算作为其对应的公钥；

步骤六：制造者P将这n个公私钥对颁布给n个主人。

进一步的，所述第二步中的“RFID标签初始化”的方法为：

步骤一：当需要使用某一个标签时，制造者P选定一个随机数t∈F_q;

步骤二：制造者P选择一个安全的哈希函数H:F_q→G₁，并计算h=H(t)；

步骤三：制造者P计算u₀=1和v₀=h^x，并将存储到RFID标签中；

步骤四：制造者P选择一个随机数s∈{0,1}^k作为标签的随机数产生器的初始化状态值。

进一步的，第三步所述的RFID标签执行匿名认证协议的方法为：

步骤一：读写器R发送一个随机数N_a给标签T；

步骤二：标签T计算秘密k=g₂(s)，重置s为s=g₁(s)，并发送I_e（注意I_e的初始值为）和给读写器R；

步骤三：读写器R利用密钥x解密I_e得到I，并用其作为索引查询到同时满足和的多元组(I,h,s,ID)，然后，R利用重加 密算法和其公钥加密I得到I‘，并更新本地标签T的状态s为s=g₁(s)，并将和发送给标签T；

步骤四：标签T验证是否成立，如果成立，表示认证成功，并更 新本地的否则报错，验证失败。

进一步的，第四步所述的RFID标签执行所有权转移协议的方法为：

假设读写器R₁是标签T的旧主人，读写器R₂是标签T的新主人，A是可信第三方，具体步骤为：

步骤一：读写器R₁通过某种安全信道发送需要进行所有权转移的标签T的ID_R1给读写器R₂；

步骤二：读写器R₂发送一个随机数N_b给标签T；

步骤三：标签T计算秘密k=g₂(s)，重置s为s=g₁(s)，并发送I_e（注意I_e的初始值为 ）和给读写器R₂；

步骤四：读写器R₂将收到的I_e和M₁，以及N_b，ID_R1，ID_R2，一起发送给可信第三方A；

步骤五：可信第三方A用R₁的密钥x解密I_e得到I，并用其作为索引查询到同时满足和的多元组(I,h,s,ID)，A选定一个新随机 数t'∈F_q,并计算h’=H(t’),和(其中λ是读写器R₂的私钥)，然后， 令I'=h^'x,最后，A更新本地标签T的状态s为s=g₁(s)，并将和发送给标签T；利用步骤六：然后，R₂利用其公钥加密I得到I'，并更新 本地标签T的状态s为s=g₁(s)，并将info(ID),s,I',h',和M₂发送给读写器R₂，所述的info (ID)是标签ID的相关信息，一般只能由可信第三方给标签主人；

步骤六：读写器R₂在本地存储info(ID),s,I',h'，并将和M₂发送给标签T；

步骤七：标签T验证是否成立，如果成立，表示认证成功，并更新本地的否则报错，验证失败。

进一步的，第五步中所述的RFID标签执行密钥更新协议的方法为：

假设读写器R₂是标签T的新主人，具体步骤如下：

步骤一：读写器R₂发送一个随机数挑战N_R和给标签T；

步骤二：标签T计算秘密k=g₂(s),并验证是否成立，如果成立， 则计算并重置s为并发送和M₂给读写器 R₂;

步骤三：读写器R₂计算出然后用私钥解密I_e得到I，并用 其作为索引查询到同时满足和的多元组(I,h, s,ID)，然后，更新本地标签T的状态s为

本发明的有益效果在于：本发明所述的技术方案通过对基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移机制，对提高RFID系统的安全性，主要强调对RFID标签主人的隐私保护，抗攻击性有较好的效果，且运算效率比较高，因此应用价值比较明显。

附图说明

图1为本发明所述的一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法的概要示意图；

图2本发明所述的一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法涉及的匿名认证协议示意图；

图3本发明所述的一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法涉及的所有权转让协议示意图；

图4本发明所述的一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法涉及的密钥更新协议示意图；

具体实施方式

如图1所示，本发明所述的一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法的实现需要六个角色，具体为：可信第三方：为系统提供公证和隐私保护等服务的可信任的在线第三方机构；FRID标签：承载所有权等信息的低成本RFID标签，具备轻量级的运算和存储能力；制造者：指RIFD标签的制造者；旧主人：指RIFD标签所有权转移前的旧主人；新主人：指RIFD标签所有权转移后的新主人；读写器：指对RFID进行读写的器具。

具体说来，本发明所述的方法由两个初始化子过程和三个安全子协议来实现的，具体为：

第一步：设定RFID标签的密码参数，以及为RFID标签主人建立公私钥对；

第二步：RFID标签进行初始化，为RFID标签建立密码参数；

第三步：RFID标签执行匿名认证协议，读写器和RFID标签进行匿名认证操作，保护RFID标签当前主人的敏感信息；

第四步：RFID标签执行所有权转移协议，利用可信第三方对RFID标签的所有权进行转移，保护RFID标签新旧主人的敏感信息，并抵御某些攻击方法；

第五步：RFID标签执行密钥更新协议，RFID标签新主人修改RFID标签中的密钥参数，旨在保护RFID标签在新所有权下的安全特性。

特别的，所述第一步中的“系统初始化”的方法为：

步骤一：制造者P选定双线性参数(q,G₁,G₂,G_T,g₁,g₂,e),其中，G₁,G₂,G_T均是阶为大素数q的循环群，g₁和g₂分别为G₁和G₂的生成元，e:G₁×G₂→G_T为一个双线性对；

步骤二：制造者P选择一个随机数作为其私钥；

步骤三：制造者P计算作为其对应的公钥；

步骤四：制造者P选择n个随机数作为其私钥；

步骤五：制造者P计算作为其对应的公钥；

步骤六：制造者P将这n个公私钥对颁布给n个主人。

特别的，所述第二步中的“RFID标签初始化”的方法为：

步骤一：当需要使用某一个标签时，制造者P选定一个随机数t∈F_q;

步骤二：制造者P选择一个安全的哈希函数H:F_q→G₁，并计算h=H(t)；

步骤三：制造者P计算u₀=1和v₀=h^x，并将存储到RFID标签中；

步骤四：制造者P选择一个随机数s∈{0,1}^k作为标签的随机数产生器的初始化状态值。

特别的，如图2所示，第三步所述的RFID标签执行匿名认证协议的方法为：

步骤一：读写器R发送一个随机数N_a给标签T；

步骤二：标签T计算秘密k=g₂(s)，重置s为s=g₁(s)，并发送I_e（注意I_e的初始值为 ）和给读写器R；

步骤三：读写器R利用密钥x解密I_e得到I，并用其作为索引查询到同时满足和的多元组(I,h,s,ID)，然后，R利用重加 密算法和其公钥加密I得到I'，并更新本地标签T的状态s为s=g₁(s)，并将和发送给标签T；

步骤四：标签T验证是否成立，如果成立，表示认证成功，并更 新本地的否则报错，验证失败。

特别的，如图3所示，第四步所述的RFID标签执行所有权转移协议的方法为：

假设读写器R₁是标签T的旧主人，读写器R₂是标签T的新主人，A是可信第三方，具体步骤为：

步骤一：读写器R₁通过某种安全信道发送需要进行所有权转移的标签T的ID_R1给读写器R₂；

步骤二：读写器R₂发送一个随机数N_b给标签T；

步骤三：标签T计算秘密k=g₂(s)，重置s为s=g₁(s)，并发送I_e（注意I_e的初始值为 ）和给读写器R₂；

步骤四：读写器R₂将收到的I_e和M₁，以及N_b，ID_R1，ID_R2，一起发送给可信第三方A；

步骤五：可信第三方A用R₁的密钥x解密I_e得到I，并用其作为索引查询到同时满足和的多元组(I,h,s,ID)，A选定一个新随机 数t'∈F_q,并计算h’=H(t’),和(其中λ是读写器R₂的私钥)，然后， 令I'=h^'x,最后，A更新本地标签T的状态s为s=g₁(s)，并将和发送给标签T；利用步骤六：然后，R₂利用其公钥加密I得到I'，并更新 本地标签T的状态s为s=g₁(s)，并将info(ID),s,I',h',和M₂发送给读写器R₂，所述的info (ID)是标签ID的相关信息，一般只能由可信第三方给标签主人；

步骤六：读写器R₂在本地存储info(ID),s,I',h'，并将和M₂发送给标签T；

步骤七：标签T验证是否成立，如果成立，表示认证成功，并更新本地的否则报错，验证失败。

特别的，如图4所示，第五步中所述的RFID标签执行密钥更新协议的方法为：

假设读写器R₂是标签T的新主人，具体步骤如下：

步骤一：读写器R₂发送一个随机数挑战N_R和给标签T；

步骤二：标签T计算秘密k=g₂(s)，并验证是否成立，如果成 立，则计算并重置s为并发送和M₂给读写 器R₂；

步骤三：读写器R₂计算出然后用私钥解密I_e得到I，并用 其作为索引查询到同时满足和的多元组(I,h, s,ID)，然后，更新本地标签T的状态s为

Claims (1)

1.一种基于双线性对的安全和轻量级RFID所有权转移方法，其特征在于，所述转移方法具体步骤为：

第一步：设定RFID标签的密码参数，以及为RFID标签主人建立公私钥对；其中，所述为RFID标签主人建立公私钥对的方法为

步骤一：制造者P选定双线性参数(q，G₁，G₂，G_T，g₁，g₂，e)，其中，G₁，G₂，G_T均是阶为大素数q的循环群，g₁和g₂分别为G₁和G₂的生成元，e：G₁×G₂→G_T为一个双线性对；

步骤二：制造者P选择一个随机数作为其私钥；

步骤三：制造者P计算作为其对应的公钥；

步骤四：制造者P选择n个随机数作为其私钥；

步骤五：制造者P计算作为其对应的公钥；

步骤六：制造者P将这n个公私钥对颁布给n个主人；

第二步：RFID标签进行初始化，为RFID标签建立密码参数；其中，所述RFID标签进行初始化的方法为：

步骤一：当需要使用某一个标签时，制造者P选定一个随机数t∈F_q；

步骤二：制造者P选择一个安全的哈希函数H：F_q→G₁，并计算h＝H(t)；

步骤三：制造者P计算u₀＝1和v₀＝h^x，并将存储到RFID标签中，其中，表示的是一个2元组的代号；

步骤四：制造者P选择一个随机数s作为标签的随机数产生器的初始化状态值；

第三步：RFID标签执行匿名认证协议，读写器和RFID标签进行匿名认证操作，保护RFID标签当前主人的敏感信息；其中，所述的RFID标签执行匿名认证协议的方法为：

步骤一：读写器R发送一个随机数N_a给标签T；

步骤二：标签T计算秘密k＝g₂(s)，重置s为s＝g₁(s)，并发送I_e和给读写器R，其中，I_e的初始值为

步骤三：读写器R利用私钥 x解密I_e得到I，并用其作为索引查询到同时满足和的多元组(I，h，s，ID)，然后，R利用重加密算法和其公钥加密I得到I′，并更新本地标签T的状态s为s＝g₁(s)，并将和发送给标签T；

步骤四：标签T验证是否成立，如果成立，表示认证成功，并更新本地的否则报错，验证失败；

第四步：RFID标签执行所有权转移协议，利用可信第三方对RFID标签的所有权进行转移，保护RFID标签新旧主人的敏感信息，并抵御某些攻击方法；其中，所述RFID标签执行所有权转移协议的方法为：

假设读写器R₁是标签T的旧主人，读写器R₂是标签T的新主人，A是可信第三方，具体步骤为：

步骤一：读写器R₁通过某种安全信道发送需要进行所有权转移的标签T的ID_R1给读写器R₂；

步骤二：读写器R₂发送一个随机数N_b给标签T；

步骤三：标签T计算秘密k＝g₂(s)，重置s为s＝g₁(s)，并发送I_e和给读写器R₂，其中，I_e的初始值为

步骤四：读写器R₂将收到的I_e和M₁，以及N_b，ID_R1，ID_R2，一起发送给可信第三方A；

步骤五：可信第三方A用R₁的私钥x解密I_e得到I，并用其作为索引查询到同时满足和的多元组(I，h，s，ID)，A选定一个新随机数t′∈F_q，并计算h’＝H(t’)，和其中λ是读写器R₂的私钥，然后，令I′＝h′^x，I′_e＝(u₁，v₁)；最后，A更新本地标签T的状态s为s＝g₁(s)，并将和发送给标签T；然后，R₂利用其公钥加密I得到I′，并更新本地标签T的状态s为s＝g₁(s)，并将info(ID)，s，I′，h′，I′_e和M₂发送给读写器R₂，所述的info(ID)是标签ID的相关信息，一般只能由可信第三方给标签主人；

步骤六：读写器R₂在本地存储info(ID)，s，I′，h′，并将和M₂发送给标签T；

步骤七：标签T验证是否成立，如果成立，表示认证成功，并更新本地的否则报错，验证失败；

第五步：RFID标签执行密钥更新协议，RFID标签新主人修改RFID标签中的密钥参数，旨在保护RFID标签在新所有权下的安全特性，其中，所述RFID标签执行密钥更新协议的方法为：

假设读写器R₂是标签T的新主人，具体步骤如下：

步骤一：读写器R₂发送一个随机数挑战N_R和给标签T；

步骤二：标签T计算秘密k＝g₂(s)，并验证是否成立，如果成立，则计算并重置s为并发送和M₂给读写器R₂；

步骤三：读写器R₂计算出然后用私钥解密I_e得到I，并用其作为索引查询到同时满足和的多元组(I，h，s，ID)，然后，更新本地标签T的状态s为