CN105871424A - 基于ecc的rfid群组验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于ECC的RFID群组验证方法，属于群组验证技术领域。本发明包括系统初始化阶段、读写器授权阶段、读写器和标签双向认证阶段、组证明生成和组证明验证阶段；系统初始化阶段设置服务器、阅读器和标签的通信密钥；读写器授权阶段由验证者授权给阅读器生成群证明；读写器和标签双向认证阶段完成读写器与标签的相互认证；组证明生成和组证明验证阶段由阅读器根据标签的信息生成组证明，然后由验证者对组证明的合法性进行验证。本发明具有强隐私保护、不可追踪性、阅读器匿名、标签匿名、授权认证等方面的安全性；且在交互过程中减少了标签的运算量，同时读写器和标签之间采用双向认证，防止伪造攻击。

Description

基于ECC的RFID群组验证方法
技术领域
本发明涉及群组验证技术领域，特别涉及一种基于ECC的RFID群组验证方法。
背景技术
相比于条形码，RFID技术具有无接触、廉价、部署灵活、易于管理、可识别运动目标等优点，逐渐成为自动识别技术中最受欢迎的技术之一。
现有的RFID单标签识别认证协议已广泛应用于供应链管理、人或物的自动识别、仓储管理、身份识别等领域。在RFID的快速发展和实际应用过程中，一些特殊的场合，需要识别的标签常常具有群组特性，即两个或多个标签需要在一定范围内“同时”扫描，须提供两个或多个标签同时被同一个读写器扫描的证据。
比如：医生所开的药物属于同一个处方，从而降低病人的用药风险；在医药行业中，制药商保证药物和处方一起被销售；在机场将登机牌、护照和行李等生成一组，从而保证安全性等。在这种情况下，物品是具有群组特性的，需要在一定群组模型下，证明这些物品来自于同一组。在这类应用中，只保证单个实体的安全性是不够的，还需要对多个实体是否同时存在于一个群组进行验证。
发明内容
为了弥补现有技术的不足，解决现有技术中群组模型下，只保证单个实体的安全性不够的问题，本发明提供了一种可保证群组实体的完整性和安全性的基于ECC的RFID群组验证方法。
本发明的技术方案为：
一种基于ECC的RFID群组验证方法，包括系统初始化阶段、读写器授权阶段、读写器和标签双向认证阶段、组证明生成和组证明验证阶段；所述系统初始化阶段设置服务器、阅读器和标签的通信密钥；所述读写器授权阶段由验证者授权给阅读器生成群证明；所述读写器和标签双向认证阶段完成读写器与标签的相互认证；所述组证明生成和组证明验证阶段由阅读器根据标签的信息生成组证明，然后由验证者对组证明的合法性进行验证。
作为优选方案，系统初始化阶段具体包括：
a. 后台服务器在椭圆曲线域内选择一个随机数作为其私钥，并计算其公钥；
b. 对于标签与标签组，在椭圆曲线域内选择两个随机数作为私钥，其中，为标签所在组的私钥，为其身份私钥，并计算所对应的公钥、；
c. 对于读写器，选择随机数作为其私钥，并计算公钥；
d. 将每个标签的身份公钥、组公钥和服务器私钥存储在服务器数据库中；将每个标签的组私钥、身份私钥、服务器公钥存储在相应标签中；将读写器的公钥、服务器私钥存储在服务器数据库中；将读写器私钥、服务器公钥存储在相应读写器中。
作为优选方案，读写器授权阶段具体为：
读写器首次读写一组标签时，向服务器申请对标签组的读写授权，并生成群组证明；
当标签组的任一个标签在读写器的读取范围时，读写器生成随机数并发送给该标签，标签收到后，将盲化后的信息发送回读写器，读写器计算出组证明的标签组的公钥；读写器将盲化后的标签组公钥，发送给服务器；服务器计算出标签组公钥，并搜索注册数据库，查找该组是否注册；如注册则允许生成组证明协议，在椭圆曲线域内选取随机数，并将授权信息发送给读写器，同时将随机数存入服务器的授权数据库，否则中止协议，返回失败信息。
作为优选方案，读写器和标签双向认证阶段具体为：
读写器授权成功后，发送信息给标签，标签接收到读写器发送的信息后将随机数和读写器公钥盲化后的组私钥发送到读写器；读写器接收侯后，利用该组私钥计算是否等于组公钥，弱相等，则验证成功，表明该标签属于改组，否则验证失败；如验证成功，则读写器将盲化后的读写器身份信息发送给标签，标签接收到后利用读写器公钥验证，如果相等则标签认为读写器是合法的，否则认证失败。
作为优选方案，组证明生成和组证明验证阶段具体为：
标签和读写器的认证完成后，读写器向标签发送start命令，标签收到读写器的命令后，在椭圆曲线域内选取随机数，计算，，，其中为点的坐标，并将子证明发送给读写器；
读写器收到个后，计算，读写器选取随机数，并计算和；并将作为组证明发送给验证者；
验证者计算，搜索注册数据库，取出标签组中所有标签，计算，如果等式成立，则验证通过，否则返回失败。
本发明为基于椭圆曲线密码体制（ECC）的树型结构RFID组验证协议。对组验证协议的研究主要集中在基于杂凑和随机函数、基于共享秘密和伪随机函数、基于对称密码算法领域，这样会带来一些诸如安全和隐私保护的问题；而椭圆曲线密码具有相同安全级别下密钥长度短、计算量小、计算速度快等优点，适于用于 RFID 协议设计。
该协议基于树型模型，即对于一组标签，它同时拥有组信息和标签信息。在此模型下，标签信息体现其个体信息，使每个标签都拥有唯一的身份标识，以便于区分，同时能够抵抗伪造攻击；标签的组信息使其具有群组特性，可以在协议的交互过程中减少和不可信RFID读写器的交互，进而减少标签的计算负担，增强协议的安全性。
本发明利用广播式群组证明生成方法，基于椭圆曲线密码提出一种高效无序匿名的RFID 群组证明方案。
本发明的有益效果为：
本发明基于ECC的RFID群组验证系统为树型组验证方案，具有强隐私保护、不可追踪性、阅读器匿名、标签匿名、授权认证等方面的安全性。
且本发明的验证系统在交互过程中减少了标签的运算量，同时读写器和标签之间采用双向认证，防止伪造攻击。
本发明中组证明的生成效率得到较大提高，在标签数量较大时，能够有效生成组证明，具有较高的可用性。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明基于ECC的RFID群组验证方法的流程框图。
具体实施方式
实施例1
本发明基于ECC的RFID群组验证方法由四个阶段构成，分别是系统初始化阶段、读写器授权阶段、读写器和标签双向认证阶段、组证明生成和组证明验证阶段。
系统初始化阶段设置服务器、阅读器和标签的通信密钥；
读写器授权阶段由验证者授权给阅读器生成群证明；
读写器和标签双向认证阶段完成读写器与标签的相互认证；
组证明生成和组证明验证阶段由阅读器根据标签的信息生成组证明，然后由验证者对组证明的合法性进行验证。
具体地，基于ECC的RFID群组验证方法，包括以下步骤：
1）系统初始化
a. 后台服务器在椭圆曲线域内选择一个随机数作为其私钥，并计算其公钥；
b. 对于标签与标签组，在椭圆曲线域内选择两个随机数作为私钥，其中，为标签所在组的私钥，为其身份私钥，并计算所对应的公钥、；
c. 对于读写器，选择随机数作为其私钥，并计算公钥；
d. 将每个标签的身份公钥、组公钥和服务器私钥存储在服务器数据库中；将每个标签的组私钥、身份私钥、服务器公钥存储在相应标签中；将读写器的公钥、服务器私钥存储在服务器数据库中；将读写器私钥、服务器公钥存储在相应读写器中；
2）读写器授权
读写器首次读写一组标签时，向服务器申请对标签组的读写授权，并生成群组证明；
当标签组的任一个标签在读写器的读取范围时，读写器生成随机数并发送给该标签，标签收到后，将盲化后的信息发送回读写器，读写器计算出组证明的标签组的公钥；读写器将盲化后的标签组公钥，发送给服务器；服务器计算出标签组公钥，并搜索注册数据库，查找该组是否注册；如注册则允许生成组证明协议，在椭圆曲线域内选取随机数，并将授权信息发送给读写器，同时将随机数存入服务器的授权数据库，否则中止协议，返回失败信息；
3）读写器和标签双向认证
读写器授权成功后，发送信息给标签，标签接收到读写器发送的信息后将随机数和读写器公钥盲化后的组私钥发送到读写器；读写器接收侯后，利用该组私钥计算是否等于组公钥，弱相等，则验证成功，表明该标签属于改组，否则验证失败；如验证成功，则读写器将盲化后的读写器身份信息发送给标签，标签接收到后利用读写器公钥验证，如果相等则标签认为读写器是合法的，否则认证失败；
4）组证明生成和组证明验证
标签和读写器的认证完成后，读写器向标签发送start命令，标签收到读写器的命令后，在椭圆曲线域内选取随机数，计算，，，其中为点的坐标，并将子证明发送给读写器；
读写器收到个后，计算，读写器选取随机数，并计算和；并将作为组证明发送给验证者；
验证者计算，搜索注册数据库，取出标签组中所有标签，计算，如果等式成立，则验证通过，否则返回失败。
本发明为基于椭圆曲线密码体制（ECC）的树型结构RFID组验证协议。该协议基于树型模型，即对于一组标签，它同时拥有组信息和标签信息。在此模型下，标签信息体现其个体信息，使每个标签都拥有唯一的身份标识，以便于区分，同时能够抵抗伪造攻击；标签的组信息使其具有群组特性，可以在协议的交互过程中减少和不可信RFID读写器的交互，进而减少标签的计算负担，增强协议的安全性。
本发明的群组证明系统包括三个交互实体：验证者（服务器）、读写器和若干同组标签。验证者（服务器）包括应用软件、数据库以及标签和读写器的相关信息；读写器包括射频模块、控制处理模块和天线；若干同组标签包括芯片和天线，芯片中存有组信息和身份信息。

Claims (5)

1.一种基于ECC的RFID群组验证方法，其特征在于：包括系统初始化阶段、读写器授权阶段、读写器和标签双向认证阶段、组证明生成和组证明验证阶段；所述系统初始化阶段设置服务器、阅读器和标签的通信密钥；所述读写器授权阶段由验证者授权给阅读器生成群证明；所述读写器和标签双向认证阶段完成读写器与标签的相互认证；所述组证明生成和组证明验证阶段由阅读器根据标签的信息生成组证明，然后由验证者对组证明的合法性进行验证。
2.如权利要求1所述基于ECC的RFID群组验证方法，其特征在于，系统初始化阶段具体包括：
a. 后台服务器在椭圆曲线域内选择一个随机数作为其私钥，并计算其公钥；
b. 对于标签与标签组，在椭圆曲线域内选择两个随机数作为私钥，其中，为标签所在组的私钥，为其身份私钥，并计算所对应的公钥、；
c. 对于读写器，选择随机数作为其私钥，并计算公钥；
d. 将每个标签的身份公钥、组公钥和服务器私钥存储在服务器数据库中；将每个标签的组私钥、身份私钥、服务器公钥存储在相应标签中；将读写器的公钥、服务器私钥存储在服务器数据库中；将读写器私钥、服务器公钥存储在相应读写器中。
3.如权利要求1所述基于ECC的RFID群组验证方法，其特征在于，读写器授权阶段具体为：
读写器首次读写一组标签时，向服务器申请对标签组的读写授权，并生成群组证明；
当标签组的任一个标签在读写器的读取范围时，读写器生成随机数并发送给该标签，标签收到后，将盲化后的信息发送回读写器，读写器计算出组证明的标签组的公钥；读写器将盲化后的标签组公钥，发送给服务器；服务器计算出标签组公钥，并搜索注册数据库，查找该组是否注册；如注册则允许生成组证明协议，在椭圆曲线域内选取随机数，并将授权信息发送给读写器，同时将随机数存入服务器的授权数据库，否则中止协议，返回失败信息。
4.如权利要求2或3所述基于ECC的RFID群组验证方法，其特征在于，读写器和标签双向认证阶段具体为：
读写器授权成功后，发送信息给标签，标签接收到读写器发送的信息后将随机数和读写器公钥盲化后的组私钥发送到读写器；读写器接收侯后，利用该组私钥计算是否等于组公钥，弱相等，则验证成功，表明该标签属于改组，否则验证失败；如验证成功，则读写器将盲化后的读写器身份信息发送给标签，标签接收到后利用读写器公钥验证，如果相等则标签认为读写器是合法的，否则认证失败。
5.如权利要求4所述基于ECC的RFID群组验证方法，其特征在于，组证明生成和组证明验证阶段具体为：
标签和读写器的认证完成后，读写器向标签发送start命令，标签收到读写器的命令后，在椭圆曲线域内选取随机数，计算，，，其中为点的坐标，并将子证明发送给读写器；
读写器收到个后，计算，读写器选取随机数，并计算和；并将作为组证明发送给验证者；
验证者计算，搜索注册数据库，取出标签组中所有标签，计算，如果等式成立，则验证通过，否则返回失败。
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