CN201936335U - 一种带有保密功能的rfid电子标签芯片 - Google Patents

一种带有保密功能的rfid电子标签芯片 Download PDF

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梁英宏
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Abstract

本实用新型公开了一种带有保密功能的RFID电子标签芯片，包括依次相连的射频前端电路、控制逻辑单元、存储单元；电子标签内的天线与射频前端电路连接，用于在RFID读写器和射频前端电路之间进行信息传递，还包括用于对电子标签内信息进行加密解密的密码运算单元，密码运算单元分别与控制逻辑单元和存储单元相连，密码运算单元包括用于生成加解密运算和通信所需随机数的随机数发生模块、密钥生成模块、用于加解密运算的加密解密模块。密钥生成模块采用基于Fibonacci发生器的线性反馈移位寄存器，并使用CBC分组加密模式。本实用新型中可对传输的数据信息进行加密和解密保证数据的安全，且逻辑电路及其简单，易于硬件实现。

Description

一种带有保密功能的RFID电子标签芯片
技术领域
本实用新型属于RFID电子标签设计领域，特别涉及一种带有保密功能的RFID电子标签芯片。
背景技术
随着电子技术的飞速发展和物联网的广泛应用，RFID(Radio FrequencyIdentification，射频识别)技术已逐渐应用于物流管理、门禁控制、航空包裹识别、文档追踪管理、畜牧业、后勤管理、移动商务、产品防伪、运动计时、票证管理、车辆防盗、停车场管制、生产线自动化、物料管理等社会生活的诸多领域。RFID标签可以通过嵌入到身份证、护照、工作证等各种有效证件中，用于对人员身份进行验证和识别，也可以植入动物皮下来跟踪，研究和保护动物。RFID标签应用在防伪领域中，具有识别快速、伪造难、成本低等优点，如果再加上安全认证和加密功能，就可以大大提高伪造者造假的难度和成本，使其知难而退。
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。RFID系统由电子标签、阅读器及应用软件组成，工作原理是电子标签与阅读器之间通过耦合元件实现射频信号的空间(无接触)耦合，根据时序关系进行能量的传递和数据交换。但是目前应用的RFID标签大多不具备数据保密功能，其信息可能被非授权的阅读器读取，从而造成物品信息的泄漏，带来物流信息的安全问题。
因此，需要提供一种实现简单、高速、安全的RFID电子标签芯片，来保证RFID电子标签信息的传输安全。
实用新型内容
本实用新型的主要目的在于克服现有技术的缺点与不足，提供一种带有保密功能的RFID电子标签芯片，其能够对传输的信息进行加密和解密保证数据的安全，且具有实现简单、处理速度快的优点。
本实用新型的目的通过以下的技术方案实现：一种带有保密功能的RFID电子标签芯片，包括依次相连的射频前端电路、控制逻辑单元、存储单元；电子标签内的天线与射频前端电路连接，用于在RFID读写器和射频前端电路之间进行信息传递，还包括用于对电子标签内信息进行加密解密的密码运算单元，密码运算单元分别与控制逻辑单元和存储单元相连，所述密码运算单元包括用于生成加解密运算和通信所需随机数的随机数发生模块、密钥生成模块、用于加解密运算的加密解密模块。
所述密钥生成模块采用基于Fibonacci(斐波纳契)发生器的线性反馈移位寄存器，用于将32位种子密钥扩展出128位伪随机序列。
所述加密解密模块为CBC(Cipher Block Chaining，加密块链模式)模式的分组加密模块。采用CBC分组加密模式的加密解密模块可以有效抗击密钥分析攻击和数据块重放攻击。
所述加密解密模块采用XTEA算法模块，在加密循环过程中逐轮加入密钥以阻止密钥表攻击，用于对通信数据的加密解密。
所述射频前端电路包括上电复位电路、整流器、稳压器、反向散射电路以及调制解调器，通过匹配网络与天线相连，用于实现电源产生、调制/解调、上电复位、反向散射等功能。
所述控制逻辑单元包括时钟数据恢复模块、编码模块、解码模块、CRC(Cyclic Redundancy Check，循环冗余校验码)校验模块，用于控制电子标签内部数据的流向，按照接收到的指令，控制电子标签进行状态转换、存储及返回所需要的内容。
所述存储单元包括EEPROM(Electrically Erasable Programmable Read-OnlyMemory，电可擦可编程只读存储器)和易失性存储器，其中EEPROM用于电子标签ID、密钥种子、静态数据信息的存储；易失性存储器，用于通信和运算处理中的接收数据、发送数据、运算过程中间数据的暂存和临时数据保存。采用EEPROM可使电子标签在休眠期间数据也能保存，且可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程，而且不需从计算机中取出即可修改。
本实用新型与现有技术相比，具有如下优点和有益效果：
1、本实用新型中设置了密码运算单元，可对传输的数据信息进行加密和解密保证数据的安全。
2、本实用新型中采用基于Fibonacci发生器的线性反馈移位寄存器，可由32位种子密钥快速扩展出128位伪随机序列，逻辑电路及其简单，易于硬件实现。
3、本实用新型采用XTEA算法模块，在加密循环过程中逐轮加入密钥以阻止密钥表攻击，对通信数据进行加密解密，运算中只涉及异或、加减法运算，不涉及乘除法及其他复杂运算，速度极快，实现加解密的逻辑电路非常简单，易于硬件实现。
4、本实用新型采用CBC分组加密模式，能有效抗击密钥分析攻击和数据块重放攻击。
附图说明
图1是本实用新型的结构示意图；
图2是本实用新型在接收到RFID读写器信息后的工作流程图；
图3是本实用新型中密钥生成器的工作原理示意图；
图4是本实用新型中加密解密模块工作流程图。
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。
实施例1
如图1所示，一种带有保密功能的RFID电子标签芯片，包括依次相连的射频前端电路、控制逻辑单元、存储单元；电子标签内的天线与射频前端电路连接，用于在RFID读写器和射频前端电路之间进行信息传递，还包括用于对电子标签内信息进行加密解密的密码运算单元，密码运算单元分别与控制逻辑单元和存储单元相连，所述密码运算单元包括用于生成加解密运算和通信所需随机数的随机数发生模块、密钥生成模块、用于加解密运算的加密解密模块。
所述射频前端电路包括上电复位电路、整流器、稳压器、反向散射电路以及调制解调器，通过匹配网络与天线相连，用于实现电源产生、调制/解调、上电复位、反向散射等功能。
所述控制逻辑单元包括时钟数据恢复模块、编码模块、解码模块、CRC校验模块，用于控制电子标签内部数据的流向，按照接收到的指令，控制电子标签进行状态转换、存储及返回所需要的内容。
所述存储单元包括EEPROM和易失性存储器，其中EEPROM用于电子标签ID、密钥种子、静态数据信息的存储；易失性存储器，用于通信和运算处理中的接收数据、发送数据、运算过程中间数据的暂存和临时数据保存。采用EEPROM可使电子标签在休眠期间数据也能保存，且可通过高于普通电压的作用来擦除和重编程，而且不需从计算机中取出即可修改。
如图2所示，为本实用新型在接收到RFID读写器信息后的工作流程图，具体步骤如下：
(1)在电子标签内部的天线感应到RFID读写器的信号后，上电激活电子标签芯片内的电路，并将信号传递给射频前端电路，射频前端电路将RFID读写器的模拟信号解调为数字指令传送至控制逻辑单元；
(2)控制逻辑单元根据数字指令从存储单元的EEPROM中读取标签ID数据并通过射频前端电路解调成模拟信号后发送给RFID读写器；
(3)控制逻辑单元根据数字指令控制密码运算单元从EEPROM中读取密钥种子，然后密码运算单元中的密钥生成模块根据随机数发生模块产生的随机数将32位种子密钥扩展出128位伪随机序列，然后将密钥存储在存储单元中的易失性存储器；然后密码运算单元中的加密解密模块调用易失性存储器中的密钥，对电子标签内的数据进行加密，然后通过控制逻辑单元将加密后的信息传送至射频前端电路，射频前端电路将加密后的信息经调制后发送给RFID读写器。
如图3所示，所述密钥生成模块采用基于Fibonacci发生器的线性反馈移位寄存器，用于根据关系ak+8＝ak+1+ak+6(第k+8位等于第k+1位和第k+6位之异或)以滑窗方式输出128次，就可将32位种子密钥扩展出128位伪随机序列，从而得到作为加解密密钥的128位序列。这128位伪随机序列以4个32位整数存储在RAM中。并且每一位数字的加密仅依赖于前面2比特数字的异或，因此速度极快，硬件实现非常简单。
如图4所示，本实用新型中加密解密模块工作流程图具体如下：
(1)采用基于Fibonacci发生器的线性反馈移位寄存器，将32位种子密钥扩展出128位伪随机序列，将这128位伪随机序列作为加密解密的密钥；
(2)从存储单元中的EEPROM中读取以明文字符序列形式存在的电子标签信息，对明文字符序列进行CBC填充，每4个单字节字符转换为1个32位无符号整数，将电子标签信息转换成N个32位无符号整数；
(3)加密解密模块步骤(2)中的N个32位无符号整数分别进行CBC分组链接，以防范对密钥的统计分析攻击；并采用XTEA算法模块，通过减缓加入密钥速度、将一次注入密钥改为逐轮加入密钥，对分组链接后的数据逐块进行加密，并将每一块加密后的密文转化为字符序列；
(4)判断是否所有的32位无符号整数均进行了加密，是则将加密结果存至存储单元中的易失性存储器，否则继续步骤(3)；
(5)最后控制逻辑单元将易失性存储器中的加密信息通过射频前端电路传送至RFID读写器。
上述实施例为本实用新型较佳的实施方式，但本实用新型的实施方式并不受上述实施例的限制，其他的任何未背离本实用新型的精神实质与原理下所作的改变、修饰、替代、组合、简化，均应为等效的置换方式，都包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种带有保密功能的RFID电子标签芯片，包括依次相连的射频前端电路、控制逻辑单元、存储单元；电子标签内的天线与射频前端电路连接，用于在RFID读写器和射频前端电路之间进行信息传递，其特征在于，还包括用于对电子标签内信息进行加密解密的密码运算单元，密码运算单元分别与控制逻辑单元和存储单元相连，所述密码运算单元包括用于生成加解密运算和通信所需随机数的随机数发生模块、密钥生成模块、用于加解密运算的加密解密模块。
2.根据权利要求1所述的带有保密功能的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述密钥生成模块采用基于Fibonacci发生器的线性反馈移位寄存器，用于将32位种子密钥扩展出128位伪随机序列。
3.根据权利要求1所述的带有保密功能的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述加密解密模块为CBC模式的分组加密模块。
4.根据权利要求3所述的带有保密功能的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述加密解密模块中采用XTEA算法模块，用于在加密循环过程中逐轮加入密钥，实现对通信数据的加密解密。
5.根据权利要求1所述的带有保密功能的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述射频前端电路包括上电复位电路、整流器、稳压器、反向散射电路以及调制解调器，通过匹配网络与天线相连，用于实现电源产生、调制/解调、上电复位、反向散射功能。
6.根据权利要求1所述的带有保密功能的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述控制逻辑单元包括时钟数据恢复模块、编码模块、解码模块、CRC校验模块，用于控制电子标签内部数据的流向，按照接收到的指令，控制电子标签进行状态转换、存储及返回所需要的内容。
7.根据权利要求1所述的带有保密功能的RFID电子标签芯片，其特征在于，所述存储单元包括EEPROM和易失性存储器，其中EEPROM用于电子标签ID、密钥种子、静态数据信息的存储；易失性存储器，用于通信和运算处理中的接收数据、发送数据、运算过程中间数据的暂存和临时数据保存。
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