CN104881791A - 基于rfid的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法 - Google Patents
基于rfid的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法 Download PDFInfo
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Abstract
一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，所述方法利用RFID标签标示物品并通过RFID的ID号来实现对物品的追踪溯源，首先建立一个可信的第三方TTP，用户和所使用的设备在TTP中注册，买卖双方进行一次交易后，交易双方和TTP将标签ID及标签所标示物品信息的摘要进行数字签名，交易双方保存原始交易数据和经各方签名的摘要，TTP备案经各方签名的摘要。需追踪（溯源）时，卖方（买方）举证给TTP原始数据和经TTP签名的数据，TTP通过核验原始数据计算出的摘要与TTP备案的各方签名的摘要是否一致，以确定物品的去处或来源。本方法不在TTP中保存交易细节数据，这样不仅很好地保护了隐私与商业秘密，而且具有更高的处理效率。
Description
技术领域
本发明涉及一种利用RFID实现对物品追踪溯源的方法，属于数字信息的传输技术领域。
背景技术
为了确保物品（特别是食品）的安全，物品的追踪溯源问题受到了日益广泛的关注。应用RFID来实现对物品的追溯已成为一个新的研究领域，具有重要的理论研究价值和应用前景。
RFID技术相对其他识别技术具备很多优势，如可实现非接触式的快速、高精度识别；可同时对多个标签进行批量识别，且识别过程无需人工干预；可透过隔离材料读取标签数据，不受障碍物影响，并可用于恶劣环境。
RFID能通过非接触式信息传递识别目标对象并获取相关数据，从而实现物品的自动识别。这一特性可以很好地满足人们对工作效率以及自动化程度的要求，在物品(人)的识别、定位、跟踪、监控和管理中显现出了强大的优势。然而，RFID的无线数据传输特性也使得其通信数据相对于有线数据传输方式更容易被攻击者所获取，这些数据不仅代表标签本身，更重要的是还代表标签附着物，这无疑对用户隐私都形成威胁，以至于一些组织甚至称RFID为间谍芯片。
利用RFID对物品进行识别时，如果处理不当就会导致商业秘密的失窃，窃听者可以利用一个暗中的RFID读写器非法读取物品信息，这显然是难以令人接受的。更进一步， RFID标签的生命期内， 它的所有者经常需要发生改变， 这就是所谓的所有权转换，这一特点在供应链应用环境下体现的尤为明显。在所有权转换过程发生后， 旧所有者（卖方）需要将识别标签的数据以及标签所对应的物品数据转移给新所有者（卖方），才能保证新旧所有者可以读取标签。如果想实现对物品的追踪溯源，一方面需要通过标签进行追踪货物，而另一方面又不希望泄露双方交易细节。然而，从生产、流通、销售有诸多环节，如果进行在应用RFID并借助可信第三方实现溯源时，通常需要可信第三方将涉及的信息都存储下来，这显然效率较低，并且不利于隐私的保护。
发明内容
本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，以实现对交易双方具体业务数据的隐私保护。
本发明所述问题是以下述技术方案实现的：
一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，它首先建立一个可信的第三方（Trusted Third Party - TTP），首先建立一个可信的第三方（TTP），用户和所使用的设备在TTP中注册，一次交易后，交易双方和TTP将标签ID及标签所对应的物品信息的摘要进行数字签名，交易双方保存原始交易数据和经各方签名的摘要，TTP备案经各方签名的摘要。需对某一物品进行追踪（溯源）时，卖方（买方）举证给TTP原始数据和经TTP签名的数据，TTP通过核验原始数据计算出的摘要与TTP备案的各方签名的摘要是否一致，以确定物品的去处（来源）。
上述基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，所述方法包括以下步骤：
a、注册：
① 建立可信第三方TTP，用户在TTP中注册并获取由TTP认可的安全可信读写器和便携式安全设备Dev，如IC卡或 USB Key。
② TTP保存注册用户信息，注册用户所持有的读写器信息及Dev信息；读写器和Dev存储TTP颁发的数字证书； 物品通过RFID标签进行标示，RFID标签T内保存标签的唯一标识符ID（固定不变）、所需密钥Key（可以改变）等等信息，标签所标示物的信息为Info。
③ 设TTP对买卖双方业务数据签名的公私钥对为(TK pub ，TK pri )，买卖双方操作者所持有的对业务数据进行签名的公私钥对分别为(NK pub ，NK pri )和(OK pub ，OK pri )，且在Dev中存储，买卖双方Dev的ID分别为IID n ，IID o ，读写器对业务数据进行签名的公私钥对为(RK pub , RK pri ) ，且在读写器中存储，读写器ID为ID r ，H()表示一个Hash函数，E()为一个加密函数，E( X | y 1 , y 2 ,…)表示使用密钥X对数据y 1 , y 2 ,…进行加密。
b、进行所有权转换并备案：
① 转换物品所有权
假设在供应链中某一时刻买方购买卖方n (n>0)个物品，物品信息分别为Info 1 ，Info 2 ，…，Info n ，所贴标签对应信息为(ID 1 ，Key 1 )，(ID 2 ，Key 2 )，…，(ID n ，Key n )，卖方将识别标签所需的ID、Key、Info以及为此交易随机生成的一个随机数r传递给买方，买方对物品与标签信息进行核验，之后买卖双方将这些信息按照一定的规则排序后使用同一个H()进行运算：
Data=H(ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n )
Data为交易特征数据，双方交换Data，如果结果一致进行后续操作。
② 对交易特征数据进行签名
1) 买卖双方令各自的Dev对Data，t， r进行如如下计算：
买方Dev计算：ND 1 '=E(NK pri | IID n ，t，r，Data)
ND 1 =E(OK pub | ND 1 ')
卖方Dev计算：OD 1 '=E(OK pri |IID o ，t，r，Data)
OD 1 =E(NK pub | OD 1 ')
2) 随后，将OD 1 发送给买方Dev，将ND 1 发送给卖方Dev，卖方双方Dev使用各自私钥和对方公钥分别解密OD 1 、ND 1 后验证t、r与Data，再令双方Dev分别计算：
买方Dev计算：ND 2 '=E(NK pri | IID n , OD 1 ')
ND 2 =E(RK pub | ND 2 ')
卖方Dev计算：OD 2 '=E(OK pri | IID o , ND 1 ')
OD 2 =E(RK pub | OD 2 ')
之后将结果发送给读写器。
3) 读写器获取ND 2 、OD 2 后先使用自己的私钥及买卖双方的公钥解密ND 2 、OD 2 ，随后向TTP提出请求，接收TTP发送来的随机数R ttp ，计算：
读写器计算：ND 3 '=E(RK pri | ID r , R ttp , ND 2 ')
ND 3 =E(TK pub | ND 3 ')
读写器计算：OD 3 '=E(RK pri | ID r , R ttp , OD 2 ')
OD 3 =E(TK pub | OD 3 ')
将读写器的ID r ，IID n ，IID o 以及r，ND 3 ，OD 3 传递给TTP；
该步骤可在买卖双方任意一方的读写器上进行，或分别进行。
4) TTP分别使用自己的私钥、读写器的公钥及买卖双方的公钥解密OD 3 ，ND 3 ，核验读写器ID，双方IC卡的ID，看是否是属于注册的，并检验R ttp -有效性，验证由OD 3 ，ND 3 解密的Data、t、r是否一致，核验检验不通过，则提示买卖双方，否则TTP为该交易生产一个序列号sn，使用自己的私钥对ND 3 '，OD 3 '进行计算：
TTP计算： ND 4 '= E(TK pri |ND 3 ', t, sn)
ND 4 = E(NK pub | ND 4 ')
TTP计算： OD 4 '=E(TK pri |OD 3 ', t, sn)
OD 4 =E(OK pub | OD 4 ')
之后TTP将最终的签名数据ND 4 、OD 4 返回给买卖双方，买卖双方分别使用各自的私钥和TTP的公钥解密ND 4 、OD 4 并可核验t，获取sn；
③ 保存关键数据
买方保存：ND 4 ，ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t, sn
卖方保存：OD 4 ，ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t, sn
TTP保存：IID o ，IID n ，ID r ，Data，t, sn
需说明的是，买卖双方可以加密保存ID，Info等信息。
c、举证：
当需要卖方或买方说明某个标签T m 的去向（来源）时，m {1，2，…，n}，需要卖方（买方）进行举证，过程如下：
追踪：卖方利用其持有的物品信息ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，连同sn举证给TTP，TTP利用sn检索保存的Data，用H()计算出Data并与所保存的Data进行比对，如果一致则说明卖方举证正确；
溯源：买方利用其持有的物品信息ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，计算出H(ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t)并将该数据连同sn举证给TTP，TTP利用sn检索保存的Data，用H()计算出Data并与所保存的Data进行比对，如果一致则说明卖方举证正确。
本方法不在TTP中保存交易细节数据，节省资源，买卖双方虽保存了交易数据，但没有以明文方式保存和谁进行了交易，这样不仅很好地保护了隐私与商业秘密，而且具有更高的处理效率。
附图说明
下面结合附图对本发明作进一步说明。
图1a、图1b是买卖双方以及TTP对特征数据的签名过程（其中，图1b是图1a的接续部分）；
图2是卖方向TTP举证过程；
图3是买方向TTP举证过程。
文中各符号为：TTP（Trust Third Part）为可信的第三方，TTP对买卖双方业务数据签名的公私钥对为(TK pub ，TK pri )，买卖双方操作者所持有的对业务数据进行签名的公私钥对分别为(NK pub ，NK pri )和(OK pub ，OK pri )，且在便携式安全设备中存储, 便携式安全设备的ID分别为IID n ，IID o ；读写器端对业务数据进行签名的公私钥对为(RK pub , RK pri )，其ID为ID r ，t为买卖双方交易时间，r为标示交易的随机数，R ttp 为TTP发送给读写器的随机数， sn为TTP为对买卖交易产生的序列号。H()表示一个Hash函数，E()为一个加密函数，E( X | y 1 , y 2 ,…)表示使用密钥X对数据y 1 , y 2 ,…进行加密。
具体实施方式
本方法首先建立一个可信的第三方TTP，用户在TTP中注册，并获取由TTP认可的可信读写器和便携式安全设备Dev用于存储TTP颁发的数字证书。交易时交易双方，即买方和卖方，分别读取标签以及标签所对应商品的信息，核验所读取的信息和物品的一致性后，TTP、买卖双方都对这些标签以及标签所对应商品的信息的排序结果的哈希值进行签名并各自保存所需数据；最后，在需要对物品进行追踪（溯源）的情况下，卖方（买方）通过举证给TTP所需数据的方式说明物品的去处（来源），具体步骤如下：
a、注册：
建立可信第三方TTP，用户在TTP中注册，并获取由TTP认可的便携式安全设备Dev，如IC卡或 USB Key，Dev存储TTP颁发的数字证书，用户所使用的安全可信读写器需符合TTP安全要求，也安全的存储由TTP颁发的数字正证书；RFID标签T内保存标签的唯一标识符ID（固定不变）、所需密钥Key（可以改变）等等信息，标签所标示物的信息为Info。
b、进行所有权转换并备案：
① 转换物品所有权
假设在供应链中某一时刻买方购买卖方n (n>0)个物品，物品信息分别为Info 1 ，Info 2 ，…，Info n ，所贴标签对应信息为(ID 1 ，Key 1 )，(ID 2 ，Key 2 )，…，(ID n ，Key n )，卖方将识别标签所需的ID、Key、Info以及为此交易随机生成的一个随机数r传递给买方，买方对物品与标签信息进行核验，之后买卖双方将这些信息按照一定的规则排序后使用同一个H()进行运算：
Data=H(ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n )
Data为交易特征数据，双方交换Data，如果结果一致进行后续操作。
② 对交易特征数据进行签名
1) 买卖双方令各自的Dev对Data，t， r进行如如下计算：
买方Dev计算：ND 1 '=E(NK pri | IID n ，t，r，Data)
ND 1 =E(OK pub | ND 1 ')
卖方Dev计算：OD 1 '=E(OK pri |IID o ，t，r，Data)
OD 1 =E(NK pub | OD 1 ')
2) 随后，将OD 1 发送给买方Dev，将ND 1 发送给卖方Dev，卖方双方Dev使用各自私钥和对方公钥分别解密OD 1 、ND 1 后验证t，r与Data，再令双方Dev分别计算：
买方Dev计算：ND 2 '=E(NK pri | IID n , OD 1 ')
ND 2 =E(RK pub | ND 2 ')
卖方Dev计算：OD 2 '=E(OK pri | IID o , ND 1 ')
OD 2 =E(RK pub | OD 2 ')
之后将结果发送给读写器。
3) 读写器获取ND 2 、OD 2 后先使用自己的私钥及买卖双方的公钥解密ND 2 、OD 2 ，随后向TTP提出请求，接收TTP发送来的随机数R ttp ，计算：
读写器计算：ND 3 '=E(RK pri | ID r , R ttp , ND 2 ')
ND 3 =E(TK pub | ND 3 ')
读写器计算：OD 3 '=E(RK pri | ID r , R ttp , OD 2 ')
OD 3 =E(TK pub | OD 3 ')
将读写器的ID r ，IID n ，IID o 以及r，ND 3 ，OD 3 传递给TTP；
该步骤可在买卖双方任意一方的读写器上进行，或分别进行。
4) TTP分别使用自己的私钥、读写器的公钥及买卖双方的公钥解密OD 3 ，ND 3 ，核验读写器ID，双方IC卡的ID，看是否是属于注册的，并检验R ttp -有效性，验证由OD 3 ，ND 3 解密的Data、t、r是否一致，核验检验不通过，则提示买卖双方，否则TTP为该交易生产一个序列号sn，使用自己的私钥对ND 3 '，OD 3 '进行计算：
TTP计算： ND 4 '= E(TK pri |ND 3 ', t, sn)
ND 4 = E(NK pub | ND 4 ')
TTP计算： OD 4 '=E(TK pri |OD 3 ', t, sn)
OD 4 =E(OK pub | OD 4 ')
之后TTP将最终的签名数据ND 4 、OD 4 返回给买卖双方，买卖双方分别使用各自的私钥和TTP的公钥解密ND 4 、OD 4 并可核验t，获取sn；
③ 保存关键数据
买方保存：ND 4 ，ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t, sn
卖方保存：OD 4 ，ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t, sn
TTP保存：IID o ，IID n ，ID r ，Data，t, sn
需说明的是，买卖双方可以加密保存ID，Info等信息。
c、举证：
当需要卖方或买方说明某个标签T m 的去向（来源）时，m{1，2，…，n}，需要卖方（买方）进行举证，过程如下：
追踪：卖方利用其持有的物品信息ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，连同sn举证给TTP，TTP利用sn检索保存的Data，用H()计算出Data并与所保存的Data进行比对，如果一致则说明卖方举证正确；
溯源：买方利用其持有的物品信息ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，计算出H(ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t)并将该数据连同sn举证给TTP，TTP利用sn检索保存的Data，用H()计算出Data并与所保存的Data进行比对，如果一致则说明卖方举证正确。
显然，举证的正确性由Hash函数的特性保证，即：
给定一个Hash值x=Hash(y)，求y是困难的。
这保证了攻击者伪造原始数据的困难性，同时可保障物品的可追踪溯源性。利用公钥密码的特性使系统满足保密性、可验证性、完整性和不可否认性。
本发明不在TTP内记录交易的细节，买卖双方不以明文方式保存和谁进行了交易，TTP仅对买卖双方交易发生这一事实进行签名确认。因此，在保障效率的情况下保护交易细节的隐私性。
为了实现有效的监管，需要用户在TTP中注册，可实现对用户的合法性进行验证，避免非法用户；读写器需从TTP获取，或读写器需经TTP认证，避免非法伪造读写器所带来的干扰。
Claims (2)
1.一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，其特征是，所述方法首先建立一个可信的第三方TTP，TTP和在TTP注册的交易双方将交易数据的摘要信息进行数字签名，TTP备案签名的摘要信息，交易双方保存原始交易数据；需对物品进行追踪时，卖方或买方给出原始数据，TTP验证由原始数据计算出的摘要是否与备案的摘要一致，以确定物品的去处或来源举证是否正确。
2.根据权利要求1所述的一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，其特征是，所述方法包括以下步骤：
a、注册：
① 建立可信第三方TTP，用户在TTP中注册并获取由TTP认可的安全可信读写器和便携式安全设备Dev，如IC卡或 USB Key， 读写器具有可进行操作便携式安全设备的接口；
② TTP保存注册用户信息，注册用户所持有的读写器信息及Dev信息；读写器和Dev存储TTP颁发的数字证书； RFID标签T内保存标签的唯一标识符ID、所需密钥Key信息，标签所标示物的信息为Info；
③ 设TTP对买卖双方业务数据签名的公私钥对为(TK pub ，TK pri )，买卖双方操作者所持有的对业务数据进行签名的公私钥对分别为(NK pub ，NK pri )和(OK pub ，OK pri )，且在Dev中存储，买卖双方Dev的ID分别为IID n ，IID o ，读写器对业务数据进行签名的公私钥对为(RK pub , RK pri ) ，且在读写器中存储，读写器ID为ID r ，H()表示一个Hash函数，E()为一个加密函数，E( X | y 1 , y 2 ,…)表示使用密钥X对数据y 1 , y 2 ,…进行加密；
b、进行所有权转换并备案：
① 转换物品所有权
假设在供应链中某一时刻买方购买卖方n (n>0)个物品，物品信息分别为Info 1 ，Info 2 ，…，Info n ，所贴标签对应信息为(ID 1 ，Key 1 )，(ID 2 ，Key 2 )，…，(ID n ，Key n )，卖方将识别标签所需的ID、Key、Info以及为此交易随机生成的一个随机数r传递给买方，买方对物品与标签信息进行核验，之后买卖双方将这些信息按照一定的规则排序后使用同一个H()进行运算：
Data=H(ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ) ，
Data为交易特征数据，双方交换Data，如果结果一致进行后续操作；
② 对交易特征数据进行签名
1) 买卖双方令各自的Dev对Data，t， r进行如如下计算：
买方Dev计算：ND 1 '=E(NK pri | IID n ，t，r，Data)，
ND 1 =E(OK pub | ND 1 ')，
卖方Dev计算：OD 1 '=E(OK pri |IID o ，t，r，Data)，
OD 1 =E(NK pub | OD 1 ')，
2) 随后，将OD 1 发送给买方Dev，将ND 1 发送给卖方Dev，卖方双方Dev使用各自私钥和对方公钥分别解密OD 1 、ND 1 后验证t、r与Data，再令双方Dev分别计算：
买方Dev计算：ND 2 '=E(NK pri | IID n , OD 1 ') ，
ND 2 =E(RK pub | ND 2 ')，
卖方Dev计算：OD 2 '=E(OK pri | IID o , ND 1 ') ，
OD 2 =E(RK pub | OD 2 ')，
之后将结果发送给读写器；
3) 读写器获取ND 2 、OD 2 后先使用自己的私钥及买卖双方的公钥解密ND 2 、OD 2 ，随后向TTP提出请求，接收TTP发送来的随机数R ttp ，计算：
读写器计算：ND 3 '=E(RK pri | ID r , R ttp , ND 2 ') ，
ND 3 =E(TK pub | ND 3 ')，
读写器计算：OD 3 '=E(RK pri | ID r , R ttp , OD 2 ')，
OD 3 =E(TK pub | OD 3 ')，
将读写器的ID r ，IID n ，IID o 以及r，ND 3 ，OD 3 传递给TTP；
该步骤可在买卖双方任意一方的读写器上进行，或分别进行；
4) TTP分别使用自己的私钥、读写器的公钥及买卖双方的公钥解密OD 3 ，ND 3 ，核验读写器ID，双方IC卡的ID，看是否是属于注册的，并检验R ttp -有效性，验证由OD 3 ，ND 3 解密的Data、t、r是否一致，核验检验不通过，则提示买卖双方，否则TTP为该交易生产一个序列号sn，使用自己的私钥对ND 3 '，OD 3 '进行计算：
TTP计算： ND 4 '= E(TK pri |ND 3 ', t, sn) ，
ND 4 = E(NK pub | ND 4 ')，
TTP计算： OD 4 '=E(TK pri |OD 3 ', t, sn)，
OD 4 =E(OK pub | OD 4 ')，
之后TTP将最终的签名数据ND 4 、OD 4 返回给买卖双方，买卖双方分别使用各自的私钥和TTP的公钥解密ND 4 、OD 4 并可核验t，获取sn；
③ 保存关键数据
买方保存：ND 4 ，ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t, sn，
卖方保存：OD 4 ，ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t, sn，
TTP保存：IID o ，IID n ，ID r ，Data，t, sn，
需说明的是，买卖双方可以加密保存ID，Info等信息；
c、举证：
当需要卖方或买方说明某个标签T m 的去向或来源时，m {1，2，…，n}，需要卖方或买方进行举证，过程如下：
追踪：卖方利用其持有的物品信息ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，连同sn举证给TTP，TTP利用sn检索保存的Data，用H()计算出Data并与所保存的Data进行比对，如果一致则说明卖方举证正确；
溯源：买方利用其持有的物品信息ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，计算出H(ID 1 ，Info 1 ，ID 2 ，Info 2 ，…，ID n ，Info n ，t)并将该数据连同sn举证给TTP，TTP利用sn检索保存的Data，用H()计算出Data并与所保存的Data进行比对，如果一致则说明卖方举证正确。
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