CN112084801B - 一种用于低成本无源rfid系统中的双向身份认证方法 - Google Patents

一种用于低成本无源rfid系统中的双向身份认证方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，包括：通过阅读器向电子标签发送询问请求信息；电子标签利用接收到的询问请求信息生成认证信息A和认证信息B并返回给阅读器；阅读器对认证信息A和认证信息B进行验证得到第一验证结果；若第一验证结果为成功，则阅读器利用其存储信息和第一随机数生成认证信息C和认证信息D并返回给电子标签，然后更新阅读器的存储信息；电子标签对认证信息C和认证信息D进行验证得到第二验证结果；若第二验证结果为成功，则更新电子标签的存储信息；电子标签的存储信息更新完成后，结束双向身份认证。克服了现有技术中电子标签制作的成本限制，减小了电子标签的计算能力。

Description

一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法
技术领域
本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法。
背景技术
射频识别技术(RFID，Radio Frequency Identification)是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通道，利用无线射频方式对记录媒体(电子标签或射频卡)进行读写，从而达到识别目标和数据交换的目的。射频识别技术同时也是物联网技术中至关重要的一项应用技术，能够实现自动识别，在恶劣环境下也能正常工作。射频识别技术系统中电子标签结构简单，识别速率高，所需读取设备简单，因此广泛用于多个领域，例如门禁系统、物流中货物追踪管理和信息自动采集等。
由于电子标签分布广且数量多，易受到成本限制，且在无源RFID系统中电子标签的计算能力和存储空间通常是有限的，无法使用成熟的安全加密算法，例如非对称加密。因此，如何在低成本无源RFID系统中实现有效的身份认证已经引起广泛的关注和研究。
发明内容
为了解决现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法。本发明要解决的技术问题通过以下技术方案实现：
一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，包括：
通过阅读器向电子标签发送询问请求信息；
所述电子标签利用接收到的所述询问请求信息生成认证信息A和认证信息B，并将所述认证信息A和所述认证信息B返回给所述阅读器；
所述阅读器对所述认证信息A和所述认证信息B进行验证得到第一验证结果；
若所述第一验证结果为成功，则所述阅读器利用其存储信息和第一随机数生成认证信息C和认证信息D，将所述认证信息C和所述认证信息D返回给所述电子标签，然后更新所述阅读器的存储信息；
所述电子标签对所述认证信息C和所述认证信息D进行验证得到第二验证结果；
若所述第二验证结果为成功，则更新所述电子标签的存储信息；
所述电子标签的存储信息更新完成后，结束双向身份认证。
在本发明的一个实施例中，所述电子标签利用接收到的所述询问请求信息生成认证信息A和认证信息B，包括：
基于循环右移和异或操作，所述电子标签对接收到的所述询问请求信息进行运算生成所述认证信息A和所述认证信息B。
在本发明的一个实施例中，所述询问请求信息包括第二随机数。
在本发明的一个实施例中，所述阅读器对所述认证信息A和所述认证信息B进行验证得到第一验证结果，包括：
基于循环右移和异或操作，所述阅读器对其存储信息进行运算得到第一验证信息；
所述阅读器利用所述第一验证信息对所述认证信息A和所述认证信息B进行验证得到所述第一验证结果。
在本发明的一个实施例中，所述阅读器利用其存储信息和第一随机数生成认证信息C和认证信息D，包括：
基于循环右移和异或操作，所述阅读器通过对其存储信息和所述第一随机数进行运算生成所述认证信息C和所述认证信息D。
在本发明的一个实施例中，所述电子标签对所述认证信息C和所述认证信息D进行验证得到第二验证结果，包括：
基于循环右移和异或操作，所述电子标签通过对其存储信息进行运算得到所述第二验证信息；
所述电子标签利用所述第二验证信息对所述认证信息C和所述认证信息D进行验证得到所述第二验证结果。
在本发明的一个实施例中，更新所述阅读器的存储信息，包括：
基于循环右移和异或操作，利用第一随机数对所述阅读器的存储信息进行更新。
在本发明的一个实施例中，更新所述电子标签的存储信息，包括：
基于循环右移和异或操作，利用第三随机数对所述电子标签的存储信息进行更新。
在本发明的一个实施例中，所述电子标签的存储信息包括：第二电子标签假名和第二共享秘钥。
在本发明的一个实施例中，所述阅读器的存储信息包括：第一电子标签假名的新值、第一电子标签假名的旧值、第一共享秘钥的新值和第一共享秘钥的旧值。
本发明的有益效果：
本发明针对如何在低成本无源RFID系统中实现有效的身份认证的问题，本发明提供了一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，通过阅读器向电子标签发送询问请求信息，询问请求信息包括通过随机函数生成器生成的随机数，克服了现有技术中电子标签制作的成本限制，并且基于循环右移和异或操作生成认证信息，减小了电子标签的计算能力。
以下将结合附图及实施例对本发明做进一步详细说明。
附图说明
图1是本发明实施例提供的一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法流程图；
图2是本发明实施例提供的一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明做进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
请参见图1和图2，图1是本发明实施例提供的一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法流程图，图2是本发明实施例提供的一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法示意图。本发明实施例提供的一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，包括：
步骤1、通过阅读器向电子标签发送询问请求信息。
具体的，利用随机函数生成器生成第二随机数R2，阅读器将第二随机数R2和命令“Query”作为询问请求信息发送给电子标签。
步骤2、电子标签根据接收到的询问请求信息生成认证信息A和认证信息B，并将认证信息A和认证信息B返回给阅读器。
进一步地，基于循环右移和异或操作，电子标签对接收到的询问请求信息进行运算生成认证信息A和认证信息B。
所述电子标签的存储信息包括：第二电子标签假名2IDS和第二共享秘钥2K。
具体地，认证信息A的表达式为：
A＝Rot[2IDS⊕2K，R2]⊕2K；
认证信息B的表达式为：
B＝Rot[R2，2K]⊕Rot[2IDS，2K]⊕2K；
其中，Rot表示循环右移操作，⊕表示异或操作，R2表示第二随机数，2IDS表示第二电子标签假名，2K表示第二共享秘钥。
步骤3、阅读器对认证信息A和认证信息B进行验证得到第一验证结果。
进一步地，步骤3包括：
步骤3.1、基于循环右移和异或操作，阅读器对其存储信息进行运算得到第一验证信息。
进一步地，阅读器的存储信息包括：第一电子标签假名的新值1IDSnew、第一电子标签假名的旧值1IDSold、第一共享秘钥的新值1Knew和第一共享秘钥的旧值1Kold。
基于循环右移和异或操作，阅读器对其存储的第一电子标签假名的新值1IDSnew、第一电子标签假名的旧值1IDSold、第一共享秘钥的新值1Knew和第一共享秘钥的旧值1Kold进行运算得到认证信息A的新值Anew和认证信息A的旧值Aold。
Anew的表达式为：
Anew＝Rot[1IDSnew⊕1Knew，R2]⊕1Knew；
Aold的表达式为：
Aold＝Rot[1IDSold⊕1Kold，R2]⊕1Kold；
其中，Rot表示循环右移操作，⊕表示异或操作，R2表示第二随机数，Anew表示认证信息A的新值，Aold表示认证信息A的旧值，1IDSnew表示第一电子标签假名的新值，1Knew表示第一共享秘钥的新值，1IDSold表示第一电子标签假名的旧值，1Kold表示第一共享秘钥的旧值。
阅读器通过Anew和Aold对认证信息A进行匹配：
若Anew＝A，令2IDS＝1IDSnew，则2K＝1Knew；
若Aold＝A，令2IDS＝1IDSold，则2K＝1Kold。
步骤3.2、利用第一验证信息对认证信息A和认证信息B进行验证得到第一验证结果。
基于循环右移和异或操作，阅读器通过对第二电子标签假名2IDS、第二共享秘钥2K和第二随机数R2进行运算得到第一验证信息B′。
第一验证信息B′的表达式为：
B′＝Rot[R2，2K]⊕Rot[2IDS，2K]⊕2K。
若接收到的认证信息B和第一验证信息B'相等，则验证成功，即第一验证结果为成功；若第一验证结果为失败，则结束双向身份认证。
步骤4、若所述第一验证结果为成功，则所述阅读器利用其存储信息和第一随机数生成认证信息C和认证信息D，将所述认证信息C和所述认证信息D返回给所述电子标签，然后更新所述阅读器的存储信息。
进一步地，基于循环右移和异或操作，阅读器对其存储信息和第一随机数R1进行运算生成认证信息C和认证信息D，且第一随机数R1通过随机函数生成器。
具体的，认证信息C的表达式为：
C＝R1⊕2K⊕2IDS；
认证信息D的表达式为：
D＝Rot[2IDS⊕R1，B⊕2K]⊕2K；
其中，R1表示第一随机数。
进一步地，基于循环右移和异或操作，利用第一随机数对所述阅读器的存储信息进行更新。
阅读器更新其存储的第一电子标签假名的新值1IDSnew为第三电子标签假名的新值3IDSnew、第一电子标签假名的旧值1IDSold为第三电子标签假名的旧值3IDSold、第一共享秘钥的新值1Knew为第三共享秘钥的新值3Knew和第一共享秘钥的旧值1Kold为第三共享秘钥的旧值3Kold。
第三电子标签假名的新值3IDSnew为：
3IDSnew＝Rot[2IDS⊕R1，2K]⊕2K；
第三电子标签假名的旧值3IDSold为：
3IDSold＝2IDS；
第三共享秘钥的新值3Knew为：
3Knew＝Rot[2K⊕R1，2IDS]⊕2IDS；
第三共享秘钥的旧值3Kold为：
3Kold＝2K。
进一步地，第三电子标签假名的新值3IDSnew覆盖第一电子标签假名的新值1IDSnew，第三电子标签假名的旧值3IDSold覆盖第一电子标签假名的旧值1IDSold，第三共享秘钥的新值3Knew覆盖第一共享秘钥的新值1Knew，第三共享秘钥的旧值3Kold覆盖第一共享秘钥的旧值1Kold，阅读器更新后的存储信息用于下一轮认证。
步骤5、电子标签对认证信息C和认证信息D进行验证得到第二验证结果。
进一步地，步骤5包括：
步骤5.1、基于循环右移和异或操作，电子标签对其存储信息进行运算得到第二验证信息。
基于循环右移和异或操作，利用电子标签存储的第二电子标签假名2IDS和第二共享秘钥2K计算出第三随机数R3，第三随机数R3的表达式为：
R3＝C⊕2K⊕2IDS。
基于循环右移和异或操作，通过对第三随机数R3、第二电子标签假名2IDS和第二共享秘钥2K进行运算得到第二验证信息D'，第二验证信息D'的表达式为：
D'＝Rot[2IDS⊕R3，B⊕2K]⊕2K。
步骤5.2、利用第二验证信息D'对认证信息C和认证信息D进行验证得到第二验证结果。
若第二验证信息D'与认证信息D相等，则验证成功，即第二验证结果为成功；若第二验证结果为失败，则结束双向身份认证。
步骤6、若第二验证结果为成功，则更新电子标签的存储信息。
进一步地，基于循环右移和异或操作，利用第三随机数对所述电子标签的存储信息进行更新。
电子标签更新其存储的第二电子标签假名2IDS为第四电子标签假名4IDS，更新第二共享秘钥2K为第四共享秘钥4K。
第四电子标签假名4IDS的表达式为：
4IDS＝Rot[2IDS⊕R3，2K]⊕2K；
第四共享秘钥4K的表达式为：
4K＝Rot[2K⊕R3，2IDS]⊕2IDS；
进一步地，第四电子标签假名4IDS覆盖第二电子标签假名2IDS，第四共享秘钥4K覆盖第二共享秘钥2K，电子标签更新后的存储信息用于下一轮认证。
步骤7、电子标签的存储信息更新完成后，结束双向身份认证。
以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，包括：
通过阅读器向电子标签发送询问请求信息；
所述电子标签利用接收到的所述询问请求信息生成认证信息A和认证信息B，并将所述认证信息A和所述认证信息B返回给所述阅读器，所述认证信息A的表达式为：
Figure FDA0003308690640000011
所述认证信息B的表达式为：
Figure FDA0003308690640000012
其中，Rot表示循环右移操作，
Figure FDA0003308690640000013
表示异或操作，R2表示第二随机数，2IDS表示第二电子标签假名，2K表示第二共享秘钥；
所述阅读器对所述认证信息A和所述认证信息B进行验证得到第一验证结果；
若所述第一验证结果为成功，则所述阅读器利用其存储信息和第一随机数生成认证信息C和认证信息D，将所述认证信息C和所述认证信息D返回给所述电子标签，然后更新所述阅读器的存储信息；
所述电子标签对所述认证信息C和所述认证信息D进行验证得到第二验证结果；
若所述第二验证结果为成功，则更新所述电子标签的存储信息；
所述电子标签的存储信息更新完成后，结束双向身份认证。
2.根据权利要求1所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，所述电子标签利用接收到的所述询问请求信息生成认证信息A和认证信息B，包括：
基于循环右移和异或操作，所述电子标签对接收到的所述询问请求信息进行运算生成所述认证信息A和所述认证信息B。
3.根据权利要求2所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，所述询问请求信息包括第二随机数。
4.根据权利要求1所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，所述阅读器对所述认证信息A和所述认证信息B进行验证得到第一验证结果，包括：
基于循环右移和异或操作，所述阅读器对其存储信息进行运算得到第一验证信息；
所述阅读器利用所述第一验证信息对所述认证信息A和所述认证信息B进行验证得到所述第一验证结果。
5.根据权利要求1所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，所述阅读器利用其存储信息和第一随机数生成认证信息C和认证信息D，包括：
基于循环右移和异或操作，所述阅读器通过对其存储信息和所述第一随机数进行运算生成所述认证信息C和所述认证信息D。
6.根据权利要求1所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，所述电子标签对所述认证信息C和所述认证信息D进行验证得到第二验证结果，包括：
基于循环右移和异或操作，所述电子标签通过对其存储信息进行运算得到第二验证信息；
所述电子标签利用所述第二验证信息对所述认证信息C和所述认证信息D进行验证得到所述第二验证结果。
7.根据权利要求1所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，更新所述阅读器的存储信息，包括：
基于循环右移和异或操作，利用第一随机数对所述阅读器的存储信息进行更新。
8.根据权利要求1所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，更新所述电子标签的存储信息，包括：
基于循环右移和异或操作，利用第三随机数对所述电子标签的存储信息进行更新。
9.根据权利要求1所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，所述电子标签的存储信息包括：第二电子标签假名和第二共享秘钥。
10.根据权利要求1所述的用于低成本无源RFID系统中的双向身份认证方法，其特征在于，所述阅读器的存储信息包括：第一电子标签假名的新值、第一电子标签假名的旧值、第一共享秘钥的新值和第一共享秘钥的旧值。
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