CN108875879A - 一种基于国密安全算法的双向授权认证方法及装置 - Google Patents

一种基于国密安全算法的双向授权认证方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于国密安全算法的双向授权认证方法及装置，将含有电子标签及天线的电子装置嵌入到了电子设备和电气设备内部，通过读写器向电子标签发送认证请求，该请求中包含国家商用密码算法（SM7）计算出来的鉴别密钥，电子标签收到请求后，与芯片保留区内的密钥进行计算，完成身份认证和数据交互。本发明在电子设备和电气设备中内置一套基于国密安全算法的电子标签装置，该装置既可与设备内部的主控单元通过有线方式交互数据，也可与设备外部的读写器通过无线方式交互数据，使得设备可通过双向授权认证来实现与外界交互数据；实现了高安全性能的身份认证和数据交互机制。

Description

一种基于国密安全算法的双向授权认证方法及装置
技术领域
本发明涉及授权认证技术领域，尤其涉及一种基于国密安全算法的双向授权认证方法及装置。
背景技术
射频识别技术，即Radio Frequency Identification技术，简称RFID，又称无线射频识别，是一种无线通信技术，可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。射频识别系统一般由以下四部分组成：电子标签、读写设备、RFID天线、系统软件。电子标签由RFID芯片、RFID天线和标签外部封装组成。电子标签内部的数据区主要有EPC区、TID区、USER区（用户区）和RESERVED区（保留区），EPC区存储电子产品编码，TID区存储电子标签的唯一识别号，用户区存储用户的业务数据，保留区存储对用户区数据的访问密码和标签的灭活密码。
在RFID应用系统，将RFID芯片安装在被识别的物品上，对物品进行电子式唯一标识。在应用中，可以通过非接触式的空中接口，由读写设备对嵌入在其他产品中的电子标签进行读写。这样，电子标签可以作为物品的唯一电子标识，实现对物品的资产管理和日常业务管理。RFID识别系统中，要对一个电子标签的用户区进行访问时，一般的读写器访问电子标签的权限可以通过芯片内保留区的32bits的密码认证进行控制。访问密码负责对用户区数据的访问控制权限，灭活密码负责对电子标签进行灭活操作的控制权限。
但，现有的RFID应用系统中，仅仅实现对物品的标识，远远不够，无法满足很多应用场合的数据采集和数据通信安全的要求。双界面的RFID芯片同时具备两个接口：非接触式的RFID空中接口和接触式的串行接口（SPI或者I2C），双界面电子标签中的数据访问仅由32bits的访问密码和32bits的灭活密码来控制，在普通的应用中，对数据安全级别要求不高，不会将敏感或者重要的数据存储在用户区。但是，在对数据安全尤为重要的工业应用和其他应用场景中，长度为32bits的密码可以通过一般的穷举法就可以轻松破解，电子标签中的数据就有可能被恶意篡改，造成重大的经济损失。在关系关计民生的重要应用中，这种信息安全级别较低的只有一个接口的RFID产品，已经远远不能满足应用要求。
鉴于上述缺陷，本发明创作者经过长时间的研究和实践终于获得了本创作。
发明内容
本发明的目的在于提供一种基于国密安全算法的双向授权认证方法及装置，用以克服上述技术缺陷。
为实现上述目的，本发明提供一种电子设备和电气设备中的具备双界面和国密安全算法的电子标签装置，外界读写器对电子标签发送鉴别指令，电子标签芯片通过向电子标签读写器发送包含32bits的访问密码和32bits的灭活密码，完成第一次认证；
当电子标签芯片处于被阅读器选中状态时，芯片返回确认信息；电子标签读写器向电子标签芯片发送包含国家商用密码算法的鉴别信息，电子标签芯片通过其存储在保留存储区内的同样的国家商用密码算法进行认证，完成第二次认证；
所述的电子标签芯片向电子标签读写器发送包含国家商用密码算法的鉴别信息，电子标签读写器通过其存储的同样的国家商用密码算法进行认证，完成第三次认证。
进一步地，所述的标签和读写器需使用同样的国家商用密码算法，标签和读写器使用同一组64bits Key；标签和读写器各自使用的随机数发生器。
进一步地，国家商用密码算法的认证过程密钥为：
Token1=Enc（RR||RT，KEY）
Token2=Enc（RT”||RR’，KEY）
Token3=Enc（RR||RT，KEY）
Token4=Enc（RT”||RR’，KEY）。
进一步地，在第一次认证之前，电子标签芯片完成上电自检和初始化，处于等待接收状态；之后，电子标签芯片处于防冲突处理状态；之后，电子标签芯片通过有线串口与MCU进行通信。
进一步地，所述的电子标签芯片内包括非易失存储器，所述的非易失存储器包括：
存储业务数据的用户存储区；
存储电子标签的唯一识别号的TID唯一编码区；
存储电子产品编码的电子产品区；
以及存储对用户数据的访问密码和标签的灭活密码的保留存储区。
进一步地，所述的保留存储区内包括用于国密安全算法密钥的索引存储的基密钥索引，一个鉴别密钥存储的鉴别密钥。
本发明还提供一种基于国密安全算法的双向授权认证装置，包括电子标签芯片，所述的电子标签芯片包括：对传输数据进行编码解码、存储及授权安全控制的存储及逻辑控制模块；
所述认证装置对电子标签存储访问时需要对密钥区的密钥进行认证；
还包括串行通信控制模块及射频通信模块，分别与有线串行通信接口及无线空中接口连接；
电子标签芯片内包括非易失存储器，所述的非易失存储器包括：存储对用户数据的访问密码和标签的灭活密码的保留存储区；所述的保留存储区还包括：用于国密安全算法密钥的索引存储的基密钥索引和鉴别密钥存储的鉴别密钥。
进一步地，所述的存储及逻辑控制模块包括:
对数据信息进行编码和解码的编码解码模块；
对数据进行调解的防冲突模块；
对数据访问进行控制的访问控制模块；
对非易失存储器进行控制的非易失存储器存储接口控制模块；
还包括授权安全控制模块。
进一步地，所述的电子标签芯片还包括与外接天线连接并对数据进行处理的主动前端，主动前端包括对采集的信息进行整流的整流电路、晶振电路、上位复电电路，及调整电流电压信息所参照的阈值存储电路，调制解调电路以及二极管电路。
进一步地，所述的非易失存储器包括：
存储业务数据的用户存储区；
存储电子标签的唯一识别号的TID唯一编码区；
存储电子产品编码的电子产品区。
与现有技术相比本发明的有益效果为：本发明针对普通的RFID芯片不具备双界面通信接口和在数据访问权限上的安全级别不够的问题，通过对RFID芯片及电子标签装置进行创新性的芯片功能改造和电子标签适宜于嵌入到电子设备和电气设备内部的电子标签天线设计，在芯片中增加一个密钥存储区，用于存储进行电子标签访问时需要进行认证的密钥，同时，将国密安全算法融入到芯片的密钥认证机制设计中。
这样，在具备国密安全算法的密钥认证机制的保护下，非授权的数据访问都将被拒绝，电子标签在数据访问方面的安全性能得到大幅度提升。
附图说明
图1为本发明的电子标签内部的功能分区框图；
图2为本发明的电子标签内部的结构框图；
图3为本发明的密钥鉴别流程示意图；
图4为本发明的基于国密安全算法的双向鉴别过程示意图；
图5为本发明的电子标签的保留区的结构框图。
具体实施方式
以下结合附图，对本发明上述的和另外的技术特征和优点作更详细的说明。
请参阅图1 所示，其为本发明的电子标签内部的功能分区框图，本发明实施例通过对RFID芯片中增加一个密钥存储区，用于存储进行电子标签访问时需要进行认证的密钥，同时，将国密安全算法融入到芯片的密钥认证机制设计中。
本实施例的电子标签芯片包括：对传输数据进行编码解码、存储及授权安全控制的存储及逻辑控制模块；
所述认证装置对电子标签存储访问时需要对密钥区的密钥进行认证；
还包括串行通信控制模块及射频通信模块，分别与有线串行通信接口及无线空中接口连接，进行数据传输。
请参阅图2所示，本实施例的存储及逻辑控制模块包括:
对数据信息进行编码和解码的编码解码模块；
对数据进行调解的防冲突模块；
对数据访问进行控制的访问控制模块；
对非易失存储器进行控制的非易失存储器存储接口控制模块；
还包括授权安全控制模块。
本实施例的芯片还包括与外接天线连接并对数据进行处理的主动前端，主动前端包括对采集的信息进行整流的整流电路、晶振电路、上位复电电路，及调整电流电压信息所参照的阈值存储电路，调制解调电路以及二极管电路。
所述的主动前端向所述的存储及逻辑控制模块供电，并将接收的数据数据输入值存储及逻辑控制模块中；所述的存储及逻辑控制模块将待发送的数据传输至主动前端进行发射。
本实施例的电子标签芯片内包括非易失存储器，所述的非易失存储器包括：
存储业务数据的用户存储区；
存储电子标签的唯一识别号的TID唯一编码区；
存储电子产品编码的电子产品区；
以及存储对用户数据的访问密码和标签的灭活密码的保留存储区。
在本发明实施例中，在双界面电子标签芯片内部引入国密安全算法后，保留区内部增加了两个空间，一个用于国密安全算法密钥的索引存储的基密钥索引，一个鉴别密钥存储的鉴别密钥；因此，在所述的保留存储区包括所述的基密钥索引、鉴别密钥、访问口令和灭活口令。
请参阅图3所示，由于本实施例引入国密安全算法进行认证，芯片被选中后必须进行三次相互认证，通过认证后，才能对安全区进行访问。
标签和读写器需使用同样的国家商用密码算法(SM7)；标签和读写器使用同一组64bits Key；标签和读写器各自使用的随机数发生器。
电子标签读写器向电子标签芯片发送鉴别指令，电子标签芯片通过向电子标签读写器发送包含32bits的访问密码和32bits的灭活密码，完成第一次认证；
当电子标签芯片处于被阅读器选中状态时，芯片返回确认信息；电子标签读写器向电子标签芯片发送包含国家商用密码算法的鉴别信息，电子标签芯片通过其存储在保留存储区内的同样的国家商用密码算法进行认证；完成第二次认证；
所述的电子标签芯片向电子标签读写器发送包含国家商用密码算法的鉴别信息，电子标签读写器通过其存储的同样的国家商用密码算法进行认证；完成第三次认证。
国家商用密码算法的认证过程可示意如下：
Token1=Enc（RR||RT，KEY）
Token2=Enc（RT”||RR’，KEY）
Token3=Enc（RR||RT，KEY）
Token4=Enc（RT”||RR’，KEY）
采用本方法后，有128bits的支持国密SM7安全算法的密钥来保证数据访问的安全性，可以大大地提高授权认证交互过程信息交互的安全性。
请结合图4所示，本实施例的基于国密安全算法的双向授权认证方法的过程为：
就绪态：电子标签芯片完成上电自检和初始化，处于等待接收状态；
仲裁态：电子标签芯片处于防冲突处理状态；
有线接口：电子标签芯片通过有线串口与MCU 进行通信；
空中接口：电子标签芯片通过空中接口（RFID）与读写器进行通信；在该过程中，电子标签读写器向电子标签芯片发送鉴别指令，电子标签芯片通过向电子标签读写器发送包含32bits的访问密码和32bits的灭活密码；
应答态：电子标签芯片处于被阅读器选中状态；
确认态：电子标签芯片返回确认信息；
认证态：电子标签芯片与阅读器之间进行双向三重认证；在该过程中，电子标签读写器向电子标签芯片发送包含国家商用密码算法的鉴别信息，电子标签芯片通过其存储在保留存储区内的同样的国家商用密码算法进行认证；
安全态：电子标签芯片与阅读器之间进行双向三重认证；在该过程中，所述的电子标签芯片向电子标签读写器发送包含国家商用密码算法的鉴别信息，电子标签读写器通过其存储的同样的国家商用密码算法进行认证；
灭活态：电子标签芯片被灭活后将不再返回任何应答。
上述详细说明是针对本发明其中之一可行实施例的具体说明，该实施例并非用以限制本发明的专利范围，凡未脱离本发明所为的等效实施或变更，均应包含于本发明技术方案的范围内。

Claims (10)

1.一种基于国密安全算法的双向授权认证方法，其特征在于，电子标签读写器向电子设备和电气设备内部的电子标签芯片发送鉴别指令，电子标签芯片通过向电子标签读写器发送包含32bits的访问密码和32bits的灭活密码，完成第一次认证；
当电子设备和电气设备内部的电子标签芯片处于被阅读器选中状态时，芯片返回确认信息；电子标签读写器向电子标签芯片发送包含国家商用密码算法的鉴别信息，电子标签芯片通过其存储在保留存储区内的同样的国家商用密码算法进行认证，完成第二次认证；
所述的电子标签芯片向电子标签读写器发送包含国家商用密码算法的鉴别信息，电子标签读写器通过其存储的同样的国家商用密码算法进行认证，完成第三次认证。
2.根据权利要求1所述的基于国密安全算法的双向授权认证方法，其特征在于，所述的电子标签和读写器需使用同样的国家商用密码算法，标签和读写器使用同一组64bitsKey；标签和读写器各自使用的随机数发生器。
3.根据权利要求2所述的基于国密安全算法的双向授权认证方法，其特征在于，国家商用密码算法的认证过程密钥为：
Token1=Enc（RR||RT，KEY）
Token2=Enc（RT”||RR’，KEY）
Token3=Enc（RR||RT，KEY）
Token4=Enc（RT”||RR’，KEY）。
4.根据权利要求2所述的基于国密安全算法的双向授权认证方法，其特征在于，在第一次认证之前，电子标签芯片完成上电自检和初始化，处于等待接收状态；之后，电子标签芯片处于防冲突处理状态；之后，电子标签芯片通过有线串口与MCU 进行通信。
5.根据权利要求2所述的基于国密安全算法的双向授权认证方法，其特征在于，所述的电子标签芯片内包括非易失存储器，所述的非易失存储器包括：
存储业务数据的用户存储区；
存储电子标签的唯一识别号的TID唯一编码区；
存储电子产品编码的电子产品区；
以及存储对用户数据的访问密码和标签的灭活密码的保留存储区。
6.根据权利要求5所述的基于国密安全算法的双向授权认证方法，其特征在于，所述的保留存储区内包括用于国密安全算法密钥的索引存储的基密钥索引，一个鉴别密钥存储的鉴别密钥。
7.一种基于国密安全算法的双向授权认证装置，其特征在于，包括电子标签芯片及配套天线，所述的电子标签芯片包括：对传输数据进行编码解码、存储及授权安全控制的存储及逻辑控制模块；
所述认证装置对电子标签存储访问时需要对密钥区的密钥进行认证；
还包括串行通信控制模块及射频通信模块，分别与有线串行通信接口及无线空中接口连接；
电子标签芯片内包括非易失存储器，所述的非易失存储器包括：存储对用户数据的访问密码和标签的灭活密码的保留存储区；所述的保留存储区还包括：用于国密安全算法密钥的索引存储的基密钥索引和鉴别密钥存储的鉴别密钥。
8.根据权利要求7所述的基于国密安全算法的双向授权认证装置，其特征在于，所述的存储及逻辑控制模块包括:
对数据信息进行编码和解码的编码解码模块；
对数据进行调解的防冲突模块；
对数据访问进行控制的访问控制模块；
对非易失存储器进行控制的非易失存储器存储接口控制模块；
还包括授权安全控制模块。
9.根据权利要求7所述的基于国密安全算法的双向授权认证装置，其特征在于，所述的电子标签芯片还包括与外接天线连接并对数据进行处理的主动前端，主动前端包括对采集的信息进行整流的整流电路、晶振电路、上位复电电路，及调整电流电压信息所参照的阈值存储电路，调制解调电路以及二极管电路。
10.根据权利要求7所述的基于国密安全算法的双向授权认证装置，其特征在于，所述的非易失存储器包括：
存储业务数据的用户存储区；
存储电子标签的唯一识别号的TID唯一编码区；
存储电子产品编码的电子产品区。
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