CN104992211A - 一种防复制的rfid电子标签系统及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种防复制的RFID电子标签系统及其方法，该系统包括RFID电子标签、读写器和认证服务器；RFID电子标签包括天线、射频芯片、微处理器、加密芯片、数字电位计、A/D转换器和存储器；该方法为初始化认证服务器中各RFID电子标签的TID信息，认证服务器随机生成随机数，RFID电子标签根据随机数控制数字电位计，得到相应的数字值，作为RFID电子标签的安全认证信息，当RFID电子标签需要认证时，认证服务器通过对需认证的RFID电子标签的安全认证信息进行认证，认证后重新生成随机数后发送给RFID电子标签，从而更新该RFID电子标签的安全认证信息，用于RFID电子标签的下一次安全认证。

Description

一种防复制的RFID电子标签系统及其方法

技术领域

本发明属于电子标签和信息安全技术领域，具体涉及一种防复制的RFID电子标签系统及其方法。

背景技术

RFID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获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便。RFID电子标签也广泛应用于商品防伪，但是在许多应用环境下，首先需要解决RFID电子标签自身被复制的威胁。

当前RFID电子标签面临的威胁主要包括：标签信息泄露、标签被跟踪、标签通信被干扰、标签认证过程欺骗、标签被物理复制等。通过使用加密技术和安全认证协议技术，上述大多数威胁能够被很好地消除或减弱。而对于RFID电子标签被物理复制的威胁，当前采用的主要方法是使用标签识别号TID(Tag identifier)，每个标签的TID全球唯一，普通用户通过更改TID复制伪造RFID电子标签成本极高，而通常RFID电子标签制造厂商也会遵守行业规则，避免破坏TID的全球唯一性。解决RFID电子标签被物理复制威胁的另一种方法则是采用物理不可复制函数(Physical Unclonable Function，PUF)，PUF技术采用硅片独特的物理特性和IC制造过程的变异性来识别各个硅芯片，判断它们的真伪性，该技术目前国内使用尚少见。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提出一种防复制的RFID电子标签系统及其方法。

一种防复制的RFID电子标签系统，包括RFID(无线射频识别)电子标签、读写器和认证服务器；

所述的RFID电子标签包括天线、射频芯片、微处理器、加密芯片、数字电位计、A/D转换器和存储器；

所述的天线、射频芯片、微处理器、加密芯片、数字电位计、A/D转换器和存储器通过总线连接，封装于RFID电子标签。

所述的天线，用于扩大RFID电子标签的高频、超高频无线通信的通信距离；

所述的射频芯片，用于实现RFID电子标签的高频、超高频无线通信；

微处理器，用于控制存储器读写、控制无线收发操作、将读取的认证服务器的随机数作为输入激励发送至给数字电位计、控制A/D转换器检测数字电位计输出电阻值；

所述的加密芯片，用于将读取的认证服务器的加密后的随机数进行解密，将该RFID电子标签对应的TID信息和A/D转换器输出的数字值进行加密，作为该RFID电子标签的安全认证信息；

所述的数字电位计，用于根据认证服务器的随机数的输入激励控制其芯片游标位置发生变化，形成输出电阻值，并发送至A/D转换器；

所述的A/D转换器，用于将数字电位计输出电阻值转换为数字值；

所述的存储器，用于存储RFID电子标签的TID信息、物品信息和用户数据信息；

所述的读写器，用于通过与RFID电子标签进行无线通讯，对存储器进行信息读写；

所述的认证服务器，用于通过读写器获取RFID电子标签的TID信息，为RFID电子标签生成一个随机数，将随机数通过读写器传送至RFID电子标签；通过读写器获取更新的RFID电子标签的安全认证信息，将RFID电子标签的安全认证信息保存至认证列表中。

所述的认证列表，用于存储RFID电子标签的安全认证信息，记录各个RFID电子标签的认证记录项，认证记录项包括RFID电子标签的TID信息和RFID电子标签的关联随机ID。

该RFID电子标签为高频、超高频电子标签。

使用防复制的RFID电子标签系统的方法，包括以下步骤：

步骤1：初始化认证服务器中各RFID电子标签的TID信息；

步骤1.1：读写器读取RFID电子标签的TID信息；

步骤1.2：认证服务器通过读写器获取RFID电子标签的TID信息，保存至认证列表，初始化相应的认证记录项；

步骤2：认证服务器更新RFID电子标签的安全认证信息；

步骤2.1：认证服务器随机生成一个随机数，并进行加密；

步骤2.2：认证服务器通过读写器将加密后的随机数传送至对应的RFID电子标签；

步骤2.3：RFID电子标签根据认证服器的随机数生成安全认证信息；

步骤2.3.1：加密芯片将认证服务器加密后的随机数进行解密；

步骤2.3.2：微处理器将随机数作为输入激励发送至数字电位计；

步骤2.3.3：数字电位计根据输入激励控制内部游标位置，得到输出电阻值；

步骤2.3.4：微处理器控制A/D转换器检测数字电位计输出电阻值，A/D转换器将输出电阻值转换为数字值；

步骤2.3.5：加密芯片将该RFID电子标签对应的TID信息和数字值进行加密，作为该RFID电子标签的安全认证信息；

步骤2.4：读写器读取RFID电子标签的安全认证信息；

步骤2.5：认证服务器通过读写器获取RFID电子标签的安全认证信息，并将其进行解密，得到其TID信息和数字值，判断认证服务器的认证列表是否存在该RFID电子标签的数字值的关联随机ID，若是，则执行步骤2.6，否则，执行步骤2.7；

步骤2.6：认证服务器将获取的RFID电子标签的数字值替换对应的认证列表中的关联随机ID的数字值，执行步骤3；

步骤2.7：认证服务器将获取的RFID电子标签的数字值保存至对应的RFID电子标签的认证列表的关联随机ID中，执行步骤3；

步骤3：当RFID电子标签需要认证时，认证服务器通过读写器对需认证的RFID电子标签进行认证；

步骤3.1：认证服务器通过读写器向需认证的RFID电子标签发送认证请求；

步骤3.2：需认证的RFID电子标签读取自身的TID信息和数字值，并进行加密，得到安全认证信息；

步骤3.2.1：A/D转换器将数字电位计的输出电阻值转换为数字值；

步骤3.2.2：加密芯片将TID信息和数字值进行加密，得到安全认证信息；

步骤3.3：读写器读取需认证的RFID电子标签的安全认证信息；

步骤3.4：认证服务器通过读写器获取需认证的RFID电子标签的安全认证信息，并将其进行解密，得到相应的TID信息和数字值；

步骤3.5：认证服务器判断该TID信息是否存在于认证服务器的认证列表中，若是，执行步骤3.6，否则，认证失败，该需认证的RFID电子标签为非法；

步骤3.6：认证服务器判断认证列表中该RFID电子标签的TID信息对应的数字值与需认证的RFID电子标签的数字值是否相同，若是，则需认证的RFID电子标签认证成功，执行步骤2，否则，认证失败，需认证的RFID电子标签为假。

本发明的有益效果是：

本发明提出一种防复制的RFID电子标签系统及其方法，该方法把RFID电子标签硬件数字值(数字电位计的输出电阻值)和认证服务器相关联，从而识别认证RFID电子标签的真伪，并且这种物理状态变化是随机的、并且在RFID电子标签外部是不可以直接读取的。其优点在于实现技术简单，实现成本低，同时整个过程可以嵌入到任何一种RFID安全认证协议中完成，安全兼容性极好而增加的计算量极小。

附图说明

图1为本发明具体实施方式的防复制的RFID电子标签系统的结构示意图；

图2为本发明具体实施方式的使用防复制的RFID电子标签系统的方法的流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明具体实施方式加以详细的说明。

一种防复制的RFID电子标签系统，如图1所示，包括RFID电子标签、读写器和认证服务器。

天线、射频芯片、微处理器、加密芯片、数字电位计、A/D转换器和存储器通过总线连接，封装于RFID电子标签。

天线，用于扩大RFID电子标签的高频、超高频无线通信的通信距离。

射频芯片，用于实现RFID电子标签的高频、超高频无线通信。

本实施方式中，选用奥微AS3992射频芯片，包括电源产生电路、稳压电路、复位电路、时钟产生电路、静电保护电路、发送电路、接收电路。

微处理器，用于通过编码/译码连接电路控制存储器读写、控制无线收发操作、将读取的认证服务器的随机数作为输入激励发送至给数字电位计、控制A/D转换器检测数字电位计输出电阻值。

本实施方式中，微处理器的型号为S3C2440微处理器。

加密芯片，用于将读取的认证服务器的加密后的随机数进行解密，将该RFID电子标签对应的TID信息和数字值进行加密，作为该RFID电子标签的安全认证信息。

本实施方式中，选用TF32A09加密芯片。

数字电位计，用于根据认证服务器的随机数的输入激励控制其芯片游标位置发生变化，形成输出电阻值，并发送至A/D转换器。

本实施方式中，选用AD8403AR10数字电位计芯片，该芯片包含四组独立的数字电位器，使用其中的第0组(片选码为00)，使用8位二进制数据控制其电阻值变化(若要使用16位二进制控制数据，该芯片支持级联扩展)。

A/D转换器，用于将数字电位计输出电阻值转换为数字值。

本实施方式中，A/D转换器采用AD7705A/D转换芯片，该芯片能将模拟量转化为16位二进制的数字输出。

存储器，用于存储RFID电子标签的TID信息、物品信息和用户数据信息。

本实施方式中，存储器包括SRAM、EEPROM和ROM。

读写器，用于通过与RFID电子标签进行无线通讯，对存储器进行信息读写。

本实施方式中，读写器选用万全RFID读写器。

认证服务器，用于通过读写器获取RFID电子标签的TID信息，为RFID电子标签生成一个随机数，将随机数通过读写器传送至RFID电子标签；通过读写器获取更新的RFID电子标签的安全认证信息，将RFID电子标签的安全认证信息保存至认证列表中。

本实施方式中，认证服务器由普通PC机实现。

认证列表，用于存储RFID电子标签的安全认证信息，记录各个RFID电子标签的认证记录项，认证记录项包括RFID电子标签的TID信息和RFID电子标签的关联随机ID。

该RFID电子标签为高频、超高频电子标签，本发明通过在通常的高频、超高频电子标签的硬件结构外增加数字电位计和A/D转换器，实现了RFID电子标签防复制的功能。

使用防复制的RFID电子标签系统的方法，首先初始化认证服务器中各RFID电子标签的TID信息，认证服务器随机生成随机数，RFID电子标签根据随机数控制数字电位计，得到相应的数字值，作为RFID电子标签的安全认证信息，当RFID电子标签需要认证时，认证服务器通过对需认证的RFID电子标签的安全认证信息进行认证，认证后重新生成随机数后发送给RFID电子标签，从而更新该RFID电子标签的安全认证信息，用于RFID电子标签的下一次安全认证。如图2所示，包括以下步骤：

步骤1：初始化认证服务器中各RFID电子标签的TID信息。

步骤1.1：读写器读取RFID电子标签的TID信息。

本实施方式中，读取的四个RFID电子标签的TID信息是十六进制数表示，分别为E8708900、E8708920、879B091A、867A0801。

步骤1.2：认证服务器通过读写器获取RFID电子标签的TID信息，保存至认证列表，初始化相应的认证记录项。

步骤2：认证服务器更新RFID电子标签的安全认证信息。

步骤2.1：认证服务器随机生成一个随机数Tr，并进行加密。

本实施方式中，认证服务器随机生成一个8位二进制的随机数Tr，采用对称加密方法将其加密，得到加密后的随机数C(Tr)。

步骤2.2：认证服务器通过读写器将加密后的随机数C(Tr)传送至对应的RFID电子标签。

步骤2.3：RFID电子标签根据认证服器的随机数生成安全认证信息。

步骤2.3.1：加密芯片将认证服务器加密后的随机数C(Tr)进行解密。

本实施方式中，采用对称加密方法将认证服务器加密后的随机数C(Tr)进行解密。

步骤2.3.2：微处理器将随机数Tr作为输入激励发送至数字电位计。

步骤2.3.3：数字电位计根据输入激励控制内部游标位置，得到输出电阻值。

步骤2.3.4：微处理器控制A/D转换器检测数字电位计输出电阻值，A/D转换器将输出电阻值转换为数字值IDt。

本实施方式中，A/D转换器将输出电阻值转换的16位二进制数字值IDt分别为2890、278A、8360、8570。

步骤2.3.5：加密芯片将该RFID电子标签对应的TID信息和数字值IDt进行加密，作为该RFID电子标签的安全认证信息C(TID||IDt)。

步骤2.4：读写器读取RFID电子标签的安全认证信息C(TID||IDt)。

步骤2.5：认证服务器通过读写器获得RFID电子标签的安全认证信息C(TID||IDt)，并将其进行解密，得到TID信息和数字值IDt，判断认证服务器的认证列表是否存在该RFID电子标签的数字值的关联随机ID，若是，则执行步骤2.6，否则，执行步骤2.7。

步骤2.6：认证服务器将获取的RFID电子标签的数字值IDt替换对应的认证列表中的关联随机ID的数字值，执行步骤3。

步骤2.7：认证服务器将获取的RFID电子标签的数字值IDt保存至对应的RFID电子标签的认证列表的关联随机ID中，执行步骤3。

步骤3：当RFID电子标签需要认证时，认证服务器通过读写器对需认证的RFID电子标签进行认证。

步骤3.1：认证服务器通过读写器向需认证的RFID电子标签发送认证请求；

步骤3.2：需认证的RFID电子标签读取自身的TID信息TID′和数字值IDa，并进行加密，得到安全认证信息C(TID′||IDa)。

步骤3.2.1：A/D转换器将数字电位计的输出电阻值转换为的16位二进制数字值IDa。

步骤3.2.2：加密芯片将TID信息TID′和16位二进制数字值IDa进行加密，得到安全认证信息C(TID′||IDa)。

步骤3.3：读写器读取需认证的RFID电子标签的得到安全认证信息C(TID′||IDa)；

步骤3.4：认证服务器通过读写器获得需认证的RFID电子标签的得到安全认证信息C(TID′||IDa)，并将其进行解密，得到相应的TID信息TID′和16位二进制数字值IDa。

步骤3.5：认证服务器判断该TID信息是否存在于认证服务器的认证列表中，若是，执行步骤3.6，否则，认证失败，该需认证的RFID电子标签为非法。

步骤3.6：认证服务器判断认证列表中该RFID电子标签的TID信息对应的数字值IDt与需认证的RFID电子标签的数字值IDa是否相同，若是，则需认证的RFID电子标签认证成功，执行步骤2，否则，认证失败，需认证的RFID电子标签为假。

Claims (5)

1.一种防复制的RFID电子标签系统，其特征在于，包括RFID电子标签、读写器和认证服务器；

所述的RFID电子标签包括天线、射频芯片、微处理器、加密芯片、数字电位计、A/D转换器和存储器；

所述的天线、射频芯片、微处理器、加密芯片、数字电位计、A/D转换器和存储器通过总线连接，封装于RFID电子标签。

2.根据权利要求1所述的防复制的RFID电子标签系统，其特征在于，所述的天线，用于扩大RFID电子标签的高频、超高频无线通信的通信距离；

所述的射频芯片，用于实现RFID电子标签的高频、超高频无线通信；

所述的微处理器，用于控制存储器读写、控制无线收发操作、将读取的认证服务器的随机数作为输入激励传送至数字电位计、控制A/D转换器检测数字电位计输出电阻值；

所述的加密芯片，用于将读取的认证服务器的加密后的随机数进行解密，将该RFID电子标签对应的TID信息和A/D转换器输出的数字值进行加密，作为该RFID电子标签的安全认证信息；

所述的数字电位计，用于根据认证服务器的随机数的输入激励控制其芯片游标位置发生变化，形成输出电阻值，并发送至A/D转换器；

所述的A/D转换器，用于将数字电位计输出电阻值转换为数字值；

所述的存储器，用于存储RFID电子标签的TID信息、物品信息和用户数据信息；

所述的读写器，用于通过与RFID电子标签进行无线通讯，对存储器进行信息读写；

所述的认证服务器，用于通过读写器获取RFID电子标签的TID信息，为RFID电子标签生成一个随机数，将随机数通过读写器传送至RFID电子标签；通过读写器获取更新的RFID电子标签的安全认证信息，将RFID电子标签的安全认证信息保存至认证列表中。

3.根据权利要求1所述的防复制的RFID电子标签系统，其特征在于，所述的认证列表，用于存储RFID电子标签的安全认证信息，记录各个RFID电子标签的认证记录项，认证记录项包括RFID电子标签的TID信息和RFID电子标签的关联随机ID。

4.根据权利要求1所述的防复制的RFID电子标签系统，其特征在于，该RFID电子标签为高频、超高频电子标签。

5.使用权利要求1所述的防复制的RFID电子标签系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：初始化认证服务器中各RFID电子标签的TID信息；

步骤1.1：读写器读取RFID电子标签的TID信息；

步骤1.2：认证服务器通过读写器获取RFID电子标签的TID信息，保存至认证列表，初始化相应的认证记录项；

步骤2：认证服务器更新RFID电子标签的安全认证信息；

步骤2.1：认证服务器随机生成一个随机数，并进行加密；

步骤2.2：认证服务器通过读写器将加密后的随机数传送至对应的RFID电子标签；

步骤2.3：RFID电子标签根据认证服器的随机数生成安全认证信息；

步骤2.3.1：加密芯片将认证服务器加密后的随机数进行解密；

步骤2.3.2：微处理器将随机数作为输入激励发送至数字电位计；

步骤2.3.3：数字电位计根据输入激励控制内部游标位置，得到输出电阻值；

步骤2.3.4：微处理器控制A/D转换器检测数字电位计输出电阻值，A/D转换器将输出电阻值转换为数字值；

步骤2.3.5：加密芯片将该RFID电子标签对应的TID信息和数字值进行加密，作为该RFID电子标签的安全认证信息；

步骤2.4：读写器读取RFID电子标签的安全认证信息；

步骤2.5：认证服务器通过读写器获取RFID电子标签的安全认证信息，并将其进行解密，得到其TID信息和数字值，判断认证服务器的认证列表是否存在该RFID电子标签的数字值的关联随机ID，若是，则执行步骤2.6，否则，执行步骤2.7；

步骤2.6：认证服务器将获取的RFID电子标签的数字值替换对应的认证列表中的关联随机ID的数字值，执行步骤3；

步骤2.7：认证服务器将获取的RFID电子标签的数字值保存至对应的RFID电子标签的认证列表的关联随机ID中，执行步骤3；

步骤3：当RFID电子标签需要认证时，认证服务器通过读写器对需认证的RFID电子标签进行认证；

步骤3.1：认证服务器通过读写器向需认证的RFID电子标签发送认证请求；

步骤3.2：需认证的RFID电子标签读取自身的TID信息和数字值，并进行加密，得到安全认证信息；

步骤3.2.1：A/D转换器将数字电位计的输出电阻值转换为数字值；

步骤3.2.2：加密芯片将TID信息和数字值进行加密，得到安全认证信息；

步骤3.3：读写器读取需认证的RFID电子标签的安全认证信息；

步骤3.4：认证服务器通过读写器获取需认证的RFID电子标签的安全认证信息，并将其进行解密，得到相应的TID信息和数字值；

步骤3.5：认证服务器判断该TID信息是否存在于认证服务器的认证列表中，若是，执行步骤3.6，否则，认证失败，该需认证的RFID电子标签为非法；

步骤3.6：认证服务器判断认证列表中该RFID电子标签的TID信息对应的数字值与需认证的RFID电子标签的数字值是否相同，若是，则需认证的RFID电子标签认证成功，执行步骤2，否则，认证失败，需认证的RFID电子标签为假。