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TECHNISCHES GEBIET DER ERFINDUNG
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Funkfrequenzidentifikationsvorrichtungen
und Verfahren, um diese zu verwenden. Insbesondere bezieht sich
diese Erfindung auf Systeme und Verfahren, die verbesserte Wege
liefern, um Verletzbarkeiten in RFID-Systemen auszunutzen. Die Erfindung bezieht
sich auch auf Verfahren und Systeme für das Verhindern
der Ausnutzung solcher Verletzbarkeiten in RFID-Sicherheitssystemen.
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HINTERGRUND DER ERFINDUNG
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Ein
typisches RFID-System verwendet einen RFID-Sender und einen Empfänger
(die oft in einem Sende-Empfänger kombiniert werden), mindestens eine
RFID-Kennzeichnung und einen Server. Ein RFID-Sende-Empfänger
wird verwendet, um Information von der Kennzeichnung zu lesen, und
er sendet diese Information an den Server. Der Sende-Empfänger
kann mit dem Server entweder drahtlos oder mit einer fest verdrahteten
Verbindung kommunizieren. Eine typische Verwendung eines RFID-Systems
umfasst das Identifizieren eines Produkts, das eine an es angefügte
RFID-Kennzeichnung aufweist.
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Der
bekannte RFID-Aufbau weist gewisse Nachteile auf, die ihn gegenüber
dritten Eindringlingen oder Hackern verletzbar machen. Insbesondere in
drahtlosen Systemen schafft der Fluss von Information über
Funkwege eine Verletzbarkeit gegenüber Hacker. Verbesserte
Techniken für das Hacken oder das Gefährden von
Sicherheitssystemen sind nützlich, da sie einen Mechanismus
liefern, um zukünftige Sicherheitsprotokolle zu testen.
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Die
RFID ist optischen Systemen, wie Barkodes, überlegen, da
sie eine größere Flexibilität bei der
Größe von Zahlen, die verwendet werden können,
bietet. Unabhängig von der Art, wie die Identifikationsnummer
auf einer RFID-Kennzeichnung gespeichert ist, sollte eine passend
konstruierte Identifikationsnummer eindeutig sein. Wenn eine eindeutige
Nummer gegeben ist, ist es möglich, eine Vielzahl von Information
mit ihr zu verbinden. Unglücklicherweise reicht das bloße
Vorhandensein einer eindeutigen Nummer nicht, um den Besitz der
Zahl oder verbundener Information zu verifizieren. Ein böswilliger Eindringling
oder Hacker kann die Nummer, während sie übertragen
wird, leicht lesen. Der Eindringling würde dann fähig
sein, die Nummer weiterzuleiten, um den Besitz der Nummer zu fälschen.
Somit wird ein Sicherheitsmittel benötigt, um zu beweisen,
dass eine RFID-Kennzeichnung tatsächlich eine physikalische
Einheit und nicht bloß eine Nummer ist.
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ZUSAMMENFASSUNG DER ERFINDUNG
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Gemäß einem
ersten Aspekt der vorliegenden Erfindung werden ein Verfahren und
ein System für das Liefern von Sicherheit in einem RFID-System bereitgestellt.
Das Verfahren umfasst das Senden einer Abfrage (challenge) an eine
RFID-Kennzeichnung. Die Kennzeichnung erzeugt eine erste Antwort durch
das Ausführen mindestens einer mathematischen Funktion
unter Verwendung der Abfrage und eines Geheimnisses (secret). Das
Geheimnis wird als Daten auf der Kennzeichnung, die dem Datenleser
nicht bekannt ist, gespeichert. Die Daten werden dann an eine Verifikationsvorrichtung übertragen.
Die Daten können entweder die Antwort von der Kennzeichnung
oder das Geheimnis selbst umfassen. Die Verifikationsvorrichtung
verwendet ihr eigenes Geheimnis, um die Daten, die die Verifikationsvorrichtung
empfängt, zu verarbeiten. Die Verifikationsvorrichtung
oder der Leser können dann die Daten, die von der Verifikationsvorrichtung
und der Kennzeichnung erzeugt werden, vergleichen.
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KURZE BESCHREIBUNG DER FIGUREN
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1 ist
ein schematisches Diagramm einer Ausführungsform einer
Abhöreinrichtung, die in Verbindung mit einem Aspekt der
vorliegenden Erfindung verwendet wird.
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2A–2G sind
schematische Diagramm der Schritte eines Verfahrens der Gefährdung eines
RF-Systems.
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3 ist
ein schematisches Diagramm eines Mikroprozessors mit einem Paar
von Leitungen.
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4A–4G sind
schematische Diagramme, die die Schritte eines Verfahrens zur Bereitstellung
von Sicherheit in einem RFID-Kennzeichnungssystem zeigen.
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5A–5K sind
schematische Diagramme der Schritte, die in einem Noisy Bloom Filter Verfahren
im RFID-Sicherheitskennzeichnungssystem der 4A–4G ausgeführt
werden.
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DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
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Gemäß einem
Aspekt der vorliegenden Erfindung wird ein Verfahren für
das Gefährden eines RFID-Systems unter Verwendung einer
Abhöreinrichtung bereitgestellt. Wie in 1 dargestellt
ist, umfasst eine Abhöreinrichtung 100 unter anderem
einen Sende-Empfänger 110, der konfiguriert ist,
um eine RF-Übertragung bei der RFID-Frequenz von 13,56
MHz zu empfangen, und um die Wellenform des Signals auf einem Aufzeichnungsmedium,
wie einem (nicht gezeigten) Speicher mit wahlfreiem Zugriff (RAM)
aufzuzeichnen. Es können andere Frequenzen verwendet werden,
wie 8,2 MHz oder 2,45 GHz. Der Sende-Empfänger weist eine
Antenne 111 auf. Die Verwendung der Abhöreinrichtung 111,
um ein RF-System zu gefährden, wird unter Bezug auf die 2A–2G beschrieben.
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Im
allgemeinen sendet ein RF-Leser oder Sende-Empfänger 200 ein
Signal 210, bei dem Daten im Signal verschlüsselt
sind, die die Kennzeichnung 220 anweisen, eine Antwort 230 an
den Leser 200 zu senden. In einer typischen Ausführungsform
ist die Kennzeichnung 220 an einem Handelsgut 240 oder seiner
Verpackung befestigt. In einigen Ausführungsformen dieses
Verfahrens ist die Abhöreinrichtung 100 eine passive
Vorrichtung, die einfach ein Signal von der RFID-Kennzeichnung 220 empfängt,
die vom RFID-Leser 200 aktiviert wird. Es wird jedoch auch ein
aktive Abhöreinrichtung in Betracht gezogen, die die Kennzeichnung
unter Verwendung ihres eigenen Senders aktivieren kann. Sogar wenn
das Signal, das an die Kennzeichnung gesandt wird, verschlüsselt ist,
kann die Abhöreinrichtung 100 dennoch das verschlüsselte
Signal erfassen und aufzeichnen. 2B zeigt
den Schritt, wie die Abhöreinrichtung 100 die Übertragung
der Kennzeichnung erfasst. Mit der aufgezeichneten Übertragung
kann die Information verwendet werden, um ein Kennzeichnung herzustellen
oder zu fälschen, die dasselbe Signal wie die wirkliche
Kennzeichnung erzeugen kann.
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2C zeigt
den Schritt, wie die Abhöreinrichtung 100 einen
verbundenen Drucker 120 verwendet, um eine Fälschung
oder eine gefälschte Kennzeichnung 221 zu drucken.
Die Abhöreinrichtung 100 kann den Drucker 120 integral
in das Gehäuse der Abhöreinrichtung eingebaut
aufweisen (nicht gezeigt). Andere Ausführungsformen einer
Abhöreinrichtung können getrennte Gehäuse
für den Sende-Empfänger und den Drucker einschließen
(in 1 gezeigt). Der Drucker und das Gehäuse
können wahlweise eine Verbindungseinrichtung einschließen,
um den Drucker und den Sende-Empfänger elektrisch und mechanisch
zu verbinden, so dass die beiden Systeme als eine integrierte Einheit
funktionieren.
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In
vielen RFID-Systemen wird, wenn ein Produkt aus einem RF-Feld entfernt
wird, ohne zuerst in einem Register deaktiviert zu werden, ein Alarm
läuten, um den Ladenbesitzer zu alarmieren, dass der Gegenstand
ohne eine korrekte Deaktivierung entfernt worden ist. Im allgemeinen
wird ein RFID-Ladensystem die RFID-Kennzeichnung in unterbrochener
Weise abfragen, um ihre Anwesenheit im RF-Feld zu gewährleisten.
Die Inventardatenbank wird durch einen Angestellten des Ladens aktualisiert,
so dass wenn ein Gegenstand ordnungsgemäß gekauft
wurde, das System aktualisiert wird, um das Fehlen der Kennzeichnung,
die am gekauften Artikel befestigt ist, zu ignorieren. Der Diebstahl
des Produkts mit einer angebrachten Kennzeichnung oder ein Fehler
des Ladens, die Kennzeichnung korrekt zu entfernen oder zu deaktivieren,
alarmiert das System darüber, dass ein Diebstahl stattfindet.
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Ein
Dieb, der die Identität des Sendesignals durch die Verwendung
der Abhöreinrichtung kennt, kann eine gefälschte
Duplikatkennzeichnung 221 drucken, wie das in 2C gezeigt
ist, und die gefälschte Kennzeichnung in das System einführen, wie
das in 2D gezeigt ist. Wenn die wirkliche RFID-Kennzeichnung
und ihr entsprechendes Produkt aus dem Laden entfernt werden, wird
sich die gefälschte Kennzeichnung noch am Ort befinden, wenn
der Sende-Empfänger des Ladens das Abfragesignal sendet.
Die Pfeile 227 und 228 stellen dar, wie der Inventargegenstand 240 mit
der befestigten Kennzeichnung 220 und die Abhöreinrichtung 100 (mit
dem befestigten Drucker 120) aus dem System entfernt werden.
Dies symbolisiert ein Dieb oder eine Diebin, die das Produkt aus
dem Laden entfernt und seine oder ihre Abhöreinrichtung 100 mit
sich nimmt. Der Sende-Empfänger des Ladens wird nicht fähig sein,
zu detektieren, dass eine RFID-Kennzeichnung und ihr zugehöriges
Produkt fehlen, wie das in den 2F und 2G gezeigt
ist.
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In
Reaktion auf das oben beschriebene Sicherheitsdurchbrechungssystem
sind Systeme, um die RFID-Sicherheit zu verbessern, gemäß einem anderen
Aspekt der vorliegenden Erfindung entwickelt worden. Diese Systeme
können in Abhängigkeit von den kommerziellen Bedürfnissen
des Systemeigners zusammen oder getrennt verwendet werden. Die verbesserten
Sicherheitsverfahren gemäß der vorliegenden Erfindung
sind für die Verwendung in jedem System gedacht, bei dem
ein Benutzer ein höheres Sicherheitsniveau benötigt.
Es kann sein, dass ein Benutzer oder eine Benutzerin eine höhere
Sicherheit benötigen, wenn er oder sie einen Objektnamendienst
(Object name service, ONS) implementieren. Ein ONS-System liefert
eine Datenbank, die einen RFID-Kennzeichnungskode oder zugehörige
Information mit einer beschreibenden Datentabelle über
den Gegenstand verbindet. Das ONS-System liefert den Benutzern eine
Vielzahl von Information über ein Produkt, die das Ablaufdatum,
den Preis, die Kategorie, den Ursprungsort oder eine textliche Beschreibung
einschließen kann. Zusätzliche Informationsfelder
können nach den Erfordernissen der Benutzer in Abhängigkeit
vom betroffenen Produkt erzeugt werden. Während dieses
System den Benutzern benötigte und nützliche Information
liefert, kann es eine Schwache für die Sicherheit des Systems darstellen.
Eine Person mit einer Abhöreinrichtung kann das Informationssignal,
das von einer RFID-Kennzeichnung gesendet wird, erfassen und sie
kann das erfasste Signal verwenden, um die Identität des
gekennzeichneten Gegenstands und möglicher anderer Produkte
zu bestimmen. Ein System für das Verbessern der Sicherheit
eines RFID-Kennzeichnungssystems der aktuellen Erfindung umfasst mindestens
folgendes:
- 1. eine gesteuerte physikalische
Zufallsfunktion (Controlled Physical Random Function, CPRF);
- 2. ein Verfahren zur Verifizierung der Authentizität einer
RFID-Kennzeichnung; und
- 3. ein Noisy Bloom Filter.
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GESTEUERTE PHYSIKALISCHE ZUFALLSFUNKTION
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Ein
RFID-Sicherheitssystem gemäß der vorliegenden
Erfindung kann einen Zufallszahlengenerator verwendet, der einen
Ausgangswert für die Zufallszahl benötigt. Das Erzeugen
einer wirklichen Zufallszahl ist für eine Maschine schwierig,
da die Software gewöhnlicherweise mit irgend einem festen Wert
startet oder einen sich konstant verändernden Wert (beispielsweise
die Tageszeit) verwendet, um einen Ausgangswert zu berechnen. Dieser
Typ eines Systems ist im allgemeinen mit RFID-Kennzeichnungen nicht
praktikabel. Viele RFID-Kennzeichnungen enthalten keine Batterie
und können somit nicht aktiv die Zeit bewahren. Während
ein RFID-Leser die Kennzeichnung mit der Zeit versorgen könnte,
erlaubt das Liefern der Zeit dem Leser effektiv, die Startposition
der Kennzeichnung für die Zufallszahlenerzeugung zu bestimmen.
Dies macht es viel leichter, die Zufallszahl zu fälschen,
was Sicherheitsprobleme verursachen kann.
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Um
zu helfen, dieses Dilemma zu lösen, kann eine gesteuerte
physikalische Zufallsfunktion verwendet werden. Nahezu alle RFID-Kennzeichnungen
umfassen eine integrierte Schaltung. Betrachtet man nun die 3,
so ist dort eine integrierte Schaltung 301 gezeigt, die
eine Vielzahl mikroskopischer Leiter A–F, die in einem
Silikonsubstrat 300 ausgebildet sind, aufweist. Die gesteuerte
physikalische Zufallsfunktion verwendet die Unvollkommenheiten im
Siliziummaterial der integrierten Schaltung 301 auf der
RFID-Kennzeichnung, um einen wirklich zufälligen Ausgangswert
zu erzeugen. Die integrierte Schaltung weist Millionen mikroskopischer
Leiter oder anderer leitender Spuren oder Kanäle, die in das
Siliziumsubstrat 300 eingebaut sind, auf. Die Leiter A,
B, C, D, E und F sollen die Vielzahl der Leiter, die in der integrierten
Schaltung der RFID-Kennzeichnung vorhanden sind, darstellen. Ein
wirklicher Siliziumchip würde viel mehr Leiter aufweisen.
Die Leiter A–F sind nicht maßstabsgerecht gezeichnet und
ihre Unterschiede sind übertrieben, um die Darstellung
des Verfahrens leichter verständlich zu machen.
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Die
Toleranzen, die beim Chipherstellungsverfahren verwendet werden,
führen dazu, dass die Leiter nicht alle exakt dieselbe
Länge oder Dicke aufweisen. Beispielsweise weisen die Leiter
A und B nicht dieselbe Länge auf, und die Leiter C und
D besitzen nicht dieselbe Dicke. Die Leiter E und F weisen im wesentlichen
dieselbe Länge und Dicke auf. Ein Unterschied bei der Dicke
oder Länge des Leiters führt zu einem Unterschied
bei der Zeit, die Elektronen brauchen, um durch den Leiter hindurch
zu gehen. Software kann in den Speicher der integrierten Schaltung
eingefügt werden, um Instruktionen für die integrierte
Schaltung zu liefern, Elektrizität über ein Paar
dieser Leiter zu senden. Der Unterschied in der Zeit, die es benötigt,
damit die Elektrizität über das Paar fließt,
wird gemessen. Dieser Unterschied in der Zeit wird ex trem klein
sein. Die Software wird somit oft Elektrizität über
die Leiter fließen lassen müssen, wobei jeder
Zyklus kontinuierlich ausgeführt wird, um eine messbare
Differenz zu erzeugen. Jeder Zyklus der Elektrizität durch
die Leiter kann proportional zur Anzahl der Male gemacht werden,
zu der der Prozessor eine Schleife in der Software ausführt.
Weiter kann jeder Zyklus der Elektrizität einer Iteration
eines ausgeführten Schleife im Softwarekode der Kennzeichnung
entsprechen. Diese Technik macht das Kodieren der Software einfacher.
Komplexe mehrfache und nichtlineare Gleichungen können
vermieden werden, wenn jedes elektrisches Signal, das über
einen Leiter fließt, einer ausgeführten Schleife
in der Software entspricht.
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Die
Software der Kennzeichnung weist die integrierte Schaltung an, Leistung über
jeden Leiter für eine gewisse Zeit laufen zu lassen. Die
Software kann dann diese Zeitdifferenz durch das Empfangen einer
Start- und Endzeit vom RFID-Leser berechnen, oder sie kann eine
andere selbst integrierte Software besitzen, die ihre eigene interne
Zeit führt. Es gibt viele Arten, wie ein Softwareprogramm
konstruiert werden kann, um ein solches Zeitvergleichssystem zu
implementieren. Das hier diskutierte Softwaresystem ist einfach
ein Verfahren zur Implementierung einer Vergleichsdetektion, wobei
aber andere Verfahren in passender Weise an diese Stelle gesetzt
werden können.
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Die
Software kann die Anzahl der Male, zu der die Testschleife ausgeführt
wird, durch das Unterhalten einer Merkvariablen im Kode oder durch
das Verwenden anderer bekannter Verfahren auflisten. Der Kode kann
dann ausgeführt werden, und es wird der Elektrizität
ermöglicht, über die Leiter zu fließen. Die
Merkwerte werden dann verglichen. Wenn der erste Leiter den höheren
entsprechenden Merkwert aufweist, wird die Ausgangsfolge mit dem
Zeichen '1' verkettet, ansonsten wird die Folge mit einem Ausgangswert
von '0' verkettet. Natürlich kann auch das Inverse des
vorangehenden Schemas betrachtet werden, bei dem die Ausgangsfolge
mit dem Zeichen '0' verkettet wird, wenn der erste Leiter den höheren entsprechenden
Merkwert aufweist. Auch besteht keine Beschränkung auf
Nullen oder Einsen, jede zwei Zeichen oder Folgen könnten
verwendet werden.
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Das
Verfahren wird für die anderen Leiter wiederholt und kann
eine vorbestimmte Zahl von Malen wiederholt werden. Diese Zahl kann
in der Kennzeichnung fest kodiert sein, zufällig erzeugt
werden, oder durch den Leser festgesetzt werden. Das folgende Verfahren
implementiert beispielsweise den gerade beschriebenen Algorithmus:
- 1. Die Folge "AUSGANG" wird auf null initialisiert.
- 2. Der Leiter A und der Leiter B des Siliziumwafers werden auf
der integrierten Schaltung vorgesehen.
- 3. Ein Zeitgeber im Softwareprogramm wird durch den Leser oder
einen anderen bekannten Mechanismus bereit gestellt.
- 4. Der Zeitgeber wird so eingestellt, dass er T Sekunden läuft.
- 5. Die Schleifensoftware wird über den Leiter A laufen
gelassen, wobei der Merker A nach jedem Durchlauf inkrementiert
wird.
- 6. Die Software stoppt mit dem Laufen nach T Sekunden, und der
Wert des Merkers A wird im Speicher der integrierten Schaltung gespeichert.
- 7. Die Schritte 1–6 werden für den Leiter
B und den Merker B wiederholt.
- 8. Wenn der Merker A größer oder gleich dem Merker
B ist, dann wird "AUSGANG" verket tet mit einer '1'.
- 9. Ansonsten wird "AUSGANG" verkettet mit einer '0'.
- 10. Die Schritte 2–9 werden für die Leiter
C & D, dann die
Leiter E & F
und so weiter wie derholt.
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Dieses
Verfahren kann mit jeder Zahl von Leitern oder leitenden Kanälen
bis hinauf zu allen Leiter oder Kanälen im IC ausgeführt
werden.
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Ein
Beispiel des sich ergebenden Werts von AUSGANG kann 10010101100001101
sein, was eine binäre Zahl darstellt, die als Ausgangswert
für die Zufallserzeugung durch die Kennzeichnung verwendet
werden kann. Um den Ausgangswert noch zufälliger zu machen,
kann die Reihenfolge der Leiter geändert werden, oder es
kann die Menge der Zeit T geändert werden. Die Softwareanweisungen
erzeugen einen Typ eines Laufzustands in der Hardware, um die Zufallszahl
zu erzeugen. Zusätzlich werden verschiedene Umgebungsfaktoren,
wie die Temperatur und die Feuchtigkeit wahrscheinlich bewirken, dass
die Zahl jedes Mal, wenn der Algorithmus läuft, verschieden
ist, da diese Faktoren das Ergebnis einer Schaltung, die den Laufzustand
in den Leitern testet, beeinflusst. Der Vorteil der Verwendung dieser Technik,
um einen Zufallsausgangswert zu erzeugen, ist der, dass jede Kennzeichnung
ihre eigenen, eindeutigen Zufallsausgangswert besitzt. Der Ausgangswert
kann durch einen Hacker nicht gefälscht oder geschätzt
werden, da er im wesentlichen in der Kennzeichnung fest kodiert
ist.
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Das
Haben eines wahrhaft zufälligen Ausgangswerts liefert einen
nützlichen Vorteil beim Aufbau eines sichereren Systems.
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Der
Schritt der Verkettung der Zeichenfolge, um eine Binärzahl
zu erzeugen, ist mit einer Vielzahl anderer Zählmechanismen
austauschbar. Ein anderes Verfahren der Erzeugung einer Zahl könnte
die Bewegung entlang einer Zahlenreihe nach links oder rechts in
Abhängigkeit vom Ergebnis der Anzahl der Schleifen der
Software umfassen. Auch könnte eine Gruppe von Zufallszahlen
in einem virtuellen Eimer platziert werden, und jedes Mal, wenn
eine Null durch den Laufzustand erzeugt wird, behält das
Programm die aktuelle Zahl, und jedes Mal, wenn eine Eins gewählt
wird, erzeugt das Programm eine neue Zahl.
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Controlled
Physical Random Functions und Silicon Physical Random Functions,
beide 2002 veröffentlicht von Gassend et al., die
für das Massachusetts Institute of Technology arbeiten,
und die durch Bezugnahme hier eingeschlossen sind, beschreiben gesteuerte
physikalische Zufallsfunktionen.
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AUTHENTIFIZIERUNG DER RFID-KENNZEICHNUNG
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Reale
RFID-Systeme können eine Anzahl X von Kennzeichnungen,
eine Anzahl Y von Lesern und eine Anzahl Z von Computern in einem
breiten Bereich unterschiedlicher Vernetzungskonfigurationen und
Lesersystemen verwenden, wobei X, Y und Z jeweils eine Zahl zwischen
0 und Unendlich darstellen. Die Authentifizierungstechnik der RFID-Kennzeichnung
gemäß der vorliegenden Erfindung wird mit realen
RFID-Systemen, wie sie gerade beschrieben wurden, verwendet. Aus
Gründen der Einfachheit wird für ein Kennzeichnungsauthentifizierungsprotokoll
gemäß dieser Erfindung jedoch ein beispielhaftes
RFID-System, das nur aus drei Komponenten besteht: 1 RF-Kennzeichnung,
1 Leser und 1 Computer, unter Bezug auf die 4A bis 4G beschrieben.
Fachleute werden erkennen, dass dieser Aspekt der Erfindung durch
eine Vielzahl von Verfahren und Systemen implementiert werden kann.
Um jedoch die Erläuterung der Natur dieses Aspekts der
Erfindung zu vereinfachen, wird eine spezifische Ausführungsform
beschrieben.
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Wenn
man nun auf 4A Bezug nimmt, so sendet ein
RFID-Kennzeichnungsleser 200 ein kodiertes RF-Signal 11 oder
eine Abfrage an eine Kennzeichnung 220. Eine (nicht gezeigte) Abhöreinrichtung
kann fähig sein, dieses Signal zu erfassen und es zu verwenden,
um Daten zu erfassen, die auf der Kennzeichnung 220 kodiert
sind. Eine dritte Partei könnte die Abhöreinrichtung
verwenden, um eine Duplikatkennzeichnung zu erzeugen, wie das oben
beschrieben ist. Sogar wenn die Kennzeichnung 220 ein Passwort
für den Zugang erfordert, könnte die Abhöreinrichtung
dennoch das Verhalten der Kennzeichnung überwachen, wenn
die Kennzeichnung auf die Passwortabfrage antwortet. Es wird klarerweise
ein Weg benötigt, um zu gewährleisten, dass die authentische
Kennzeichnung die Kennzeichnung ist, die die Antwort an den Leser 200 sendet.
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In
der in 4A gezeigten Ausführungsform liefert
die Abfrage 11 der Kennzeichnung 220 eine zu verarbeitende
Zahl. Das Kennzeichnungsverarbeitungssystem könnte jede
mathematische Funktion verwenden. Hash-Funktionen oder Sätze
von Hash-Funktionen könnten für diesen Zweck verwendet
werden. Die mathematische Funktion verwendet vorzugsweise ein Geheimnis.
Ein Geheimnis ist eine Zahl oder eine Funktion, die nicht gesendet
wird. In einigen Ausführungsformen könnte ein
Geheimnis ein Ausgangswert sein. Der Wert des Geheimnisses beeinflusst
das Ergebnis der Verarbeitung der mathematischen Funktion. Das Geheimnis
kann vorbestimmt, selbst erzeugt, vom CPRF-Algorithmus erzeugt oder
von einer wechselnden Vorrichtung an die Kennzeichnung gesandt werden.
Die Kennzeichnung führt eine Funktion f(x) mit dem Geheimnis
aus, was einen Wert x' ergibt. Die Funktion f(x) ist vorzugsweise
eine Zufallsfunktion, wie eine Hash-Funktion, die einem Möchtegern-Hacker
nicht bekannt ist und von ihm nicht einfach entziffert werden kann.
Die Kennzeichnung 220 sendet mindestens die Antwort x'
an den Leser 200, wie das in 4B gezeigt
ist. Der RFID-Kennzeichnungsleser 200 weist einen ersten Speicher 201 und
einen zweiten Speicher 202, die darin ausgeformt sind,
für das Speichern der Werte x und x' auf. Ein einzelner
Speicher, der die zwei Zahlen speichern kann, ist jedoch ausreichend.
Der Leser 200 kann dann die Abfrage x an eine Verifikationsvorrichtung 260 senden,
wie das in 4C gezeigt ist. Der Computer
oder die Verifikationsvorrichtung 260 führt die
Funktion f'(x) = x'' mit der Zahl x aus. Wenn die Geheimnisse gleich
sind, dann ist f'(x) = f(x), was bedeutet, dass x'' und x' gleich
sind. Die Verifikationsvorrichtung 260 sendet den Wert
x'' an den Leser 200. Der Leser, der nun die Werte x' und x''
besitzt, vergleicht x' mit x'', wie das in der Blase 203 in 4F gezeigt
ist. Wenn x' gleich x'' ist, dann ist die Kennzeichnung authentisch,
wie das durch den Entscheidungspfeil 204 in 4G gezeigt
ist. Wenn x' und x'' nicht dieselben sind, dann ist die Kennzeichnung
vorgetäuscht oder gefälscht, wie das durch den
Entscheidungspfeil 205 gezeigt ist.
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Alternativ
kann der Leser 200 die Antwort x' an die Verifikationsvorrichtung 260 senden.
Unter Verwendung einer Umkehrfunktion F(x) kann die Verifikationsvorrichtung 260 die
Abfrage x erzeugen. Wenn die Abfrage, die durch die Verifikationsvorrichtung 260 bestimmt
ist, gleich der Abfrage ist, die an die Kennzeichnung gesandt wird,
so ist die Kennzeichnung echt.
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Das
Geheimnis, das in der Kennzeichnung und der Verifikationsvorrichtung
gespeichert ist, muss dasselbe sein, damit das Ergebnis der Funktion dasselbe
ist. Das Geheimnis könnte der Befehl der Verarbeitung,
eine zu verarbeitende Zahl, eine Operation sein, eine Hash-Tabelle
spezifizieren oder irgend eine andere Variable oder Funktion.
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Um
das oben beschriebene Authentifizierungsverfahren weiter zu klären,
stellt das Folgende ein Beispiel dar, das eine ganze Zahl und eine
definierte Funktion verwendet. Für x
= 5. f(x) = (x·2) + 7. f'(x) = (x·2) + 9
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Die
Abfrage ist 5, die Funktion ist f(x), das Geheimnis ist 7, und die
Antwort ist 17.
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Die
Kennzeichnung 220 kann die Zahl 7 unter Verwendung des
oben beschriebenen CPRF-Algorithmus erzeugt haben. Die Kennzeichnung
führt dann f(x) aus und findet heraus, dass f(x) gleich
17 ist. Die Kennzeichnung 220 kann dann für den
Leser 200 "17" sein. In einer Ausführungsform
sendet der Leser "5" an die Verifikationsvorrichtung 260.
Die Verifikationsvorrichtung führt die Funktion f'(x) aus,
was "19" ergibt und sendet diesen Wert an den Leser 200. Der
Leser 200 vergleicht dann 17 und 19 und entscheidet, dass
sie verschieden sind und somit, dass die Kennzeichnung gefälscht
ist. Eine einfache Funktion, wie die oben beschriebene, kann nur
eine begrenzte Verteidigung gegen einen ausdauernden Hacker darstellen,
aber eine kompliziertere Funktion, wie eine Hash-Funktion, würde
das Zurückkonstruieren der Funktion signifikant schwieriger
machen.
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Die
Bewegung und Verarbeitung der Information über den RF-Teilen,
der Kennzeichnung, dem Leser und dem Computer kann geändert
oder so angeordnet werden, wie das vom Benutzer bevorzugt wird.
Einige der alternativen Verfahren und Systeme sind: 1) es der Kennzeichnung
zu ermöglichen, Information direkt an den Server im Gegensatz
zum Leser zu senden, 2) es dem Leser zu ermöglichen, f'(x)
zu verarbeiten, 3) die Verifikationsvorrichtung anzuweisen, die
Kennzeichnungsnummer und die Lesernummer zu vergleichen, 4) den
Computer vollständig zu eliminieren und es dem Leser zu
erlauben, f'(x) auszuführen und die Vergleiche zu tätigen,
und 5) zu veranlassen, dass das System eine große Vielzahl
von Verfahren vom Ertönenlassen eines Alarms, dem Benachrichtigen
des Sicherheitsdienstes bis zum einfachen Verweigern des Zugangs
zur Information der Kennzeichnung verwendet.
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Dieses
Protokoll hilft, die Authentizität der Kennzeichnung zu
gewährleisten. Wie vorher beschrieben wurde, verwendet
dieses Protokoll vorteilhafterweise das CPRF-System, um die Zufallszahl
zu erzeugen. Zusätzlich zu beiden der Protokolle kann ein
drittes System, Noisy Bloom Filter, mit einem oder beiden dieser
Systeme kombiniert werden, um ein noch sicheres System zu erzeugen.
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NOISY BLOOM FILTER
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Ein
anderer Weg, um die Sicherheit von RF-Übertragungen zu
verbessern und insbesondere, um die Identität der RFID-Kennzeichnung
zu verifizieren, besteht darin Bloom Filter oder Noisy Bloom Filter
zu verwenden. Wie in 5A gezeigt ist, besitzt eine
erste RF-Vorrichtung 220 einen Speicher 203 für
das Speichern eine Binärzahl 400. In der in den 5A–5K dargestellten
Ausführungsform wird die binäre Darstellung der
arabischen Zahl 17 nur zu Illustrationszwecken verwendet.
Dieser Aspekt der vorliegenden Erfindung wird unter Bezug auf die
Kommunikation zwischen der ersten RF-Vorrichtung 220, wie
einer RFD-Kennzeichnung, und einer zweiten RF-Vorrichtung, wie einem
Sende-Empfänger oder einem Kennzeichnungsleser 200,
beschrieben, wobei das Bloom-Filter-Verfahren aber mit anderen Anordnungen
verwendet werden könnte. Beispielsweise kann die erste
RF-Vorrichtung ein Kennzeichnungsleser sein, und die zweite RF-Vorrichtung kann
ein Computer oder Server sein.
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Ein
Noisy Bloom Filter gemäß dieser Erfindung spezifiziert
die Verwendung eines Satzes von Hash-Funktionen, um eine Zahl in
einem binären System oder einem anderen Zahlensystem darzustellen.
Wie Fachleute erkennen werden, kann jedes Nummerierungsschema verwendet
werden.
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Um
das Verfahren zu starten, kann die zweite RF-Vorrichtung 200 eine
Abfrage an die erste RF-Vorrichtung 220 senden. Die Abfrage 400,
die im Speicher 203 der ersten RF-Vorrichtung 220 gespeichert
ist, wird an die zweite RF-Vorrichtung 200 gesandt, wie
das in 5B gezeigt ist. Die 5C zeigt
die zweite RF-Vorrichtung 200, wobei die Abfrage 400 in
ihrem Speicher 201 gespeichert ist. Die Abfrage 400 wird
in der ersten RF-Vorrichtung 220 durch das Erweitern der
Abfrage verarbeitet, wie das in 5D gezeigt
ist. Die Erweiterung der Abfrage wird durch das Ausführen
eines Satzes von K unabhängigen Hash-Funktion HK(x) mit Ausgabewerten von 0 oder 1, die
im Speicher 203 als ein erster Satz von K Hash-Tabellen 410 gespeichert
sind, erzielt. Der Satz von Hash-Tabellen bildet ein Bloom-Filter. Ein
Noisy Bloom Filter wird durch das zufällige Ändern
einer begrenzten Anzahl der Nullen zu Einsen in den Tabellen, um
einen zweiten Satz von Hash-Tabellen 420 zu erzeugen, geschaffen,
wie das in 5E gezeigt ist. Dieser Schritt
macht das Muster für ein Zurückentwickeln schwieriger.
Die Anzahl der Nullen, die geändert werden, kann auch durch
die Gesteuerte Physikalische Zufallsfunktion berechnet werden. Die
ausgebildeten Hash-Tabellen 420 werden dann an die zweite
RF-Vorrichtung 200 gesandt, wie das in 5F gezeigt
ist. Obwohl in der dargestellten Ausführungsform die erste
RF-Vorrichtung das Bloom-Filter erzeugt, könnte ein Computer,
ein Leser oder eine andere Vorrichtung verwendet werden, um die
Hash-Tabellen 410 zu erzeugen.
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Auf
jeden Fall empfängt die zweite RF-Vorrichtung 200 den
Satz von verrauschten Hash-Tabellen und speichert sie in ihrem Speicher 202,
wie das in 5G gezeigt ist. Die zweite RF-Vorrichtung 200 führt
dann eine Bloom-Filter-Operation mit der Abfrage 400 aus,
wie das in 5H gezeigt ist. Um dies zu tun,
wendet die zweite RF-Vorrichtung HK(x) auf
den Satz von K Hash-Tabellen 410 an, um eine verrauschte
Hash-Tabelle 420' herzustellen, wie das in 5I gezeigt
ist. Die zweite RF-Vorrichtung 200 vergleicht dann den
ersten Satz von Hash-Tabellen 420 mit dem zweiten Satz
von Hash-Tabellen 420', wie das in 5J gezeigt
ist. In den meisten Fällen werden die Sätze wegen
der zufälligen Platzierungen der Einsen in den Sätzen
der Hash-Tabellen nicht übereinstimmen. Wenn man jedoch
voraussetzt, dass die Zufallsverteilungsfunktion von reproduzierbarer
Natur ist, werden die beiden verrauschten Tabellen einen gewissen Ähnlichkeitsschwellwert
aufweisen. Die zweite RF-Vorrichtung 200 verwendet vorzugsweise
ein Schwellwertvergleichssystem, um zu bestimmen, ob die Ergebnisse
des Noisy Bloom Filters ausreichend ähnlich sind. Wenn
sie ausreichend ähnlich sind, wie das durch den 'Ja'-Zweig 404 dargestellt
ist, kann dann geschlossen werden, dass die erste RF-Vorrichtung 220 authentisch
ist. Wenn die Sätze nicht ausreichend ähnlich
sind, wie das durch den 'Nein'-Zweig 405 dargestellt ist,
dann wird bestimmt, dass die erste RF-Vorrichtung 220 eine Täuschung
oder Fälschung ist.
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Das
Noisy-Bloom-Filterverfahren kann in Verbindung mit der oben beschriebenen
Authentifizierungstechnik für die RFID-Kennzeichnung verwendet
werden, um die Authentizität von RFID-Kennzeichnungen zu
verifizieren, und es kann mit der gesteuerten physikalischen Zufallsfunktion
verwendet werden, um Zufallszahlen für eine Verwendung
im Authentifizierungsverfahren zu erzeugen. Auch kann das Noisy
Bloom Filter verwendet werden, um die Authentizität des
Sende-Empfängers durch das Ausführen des Verfahrens
mit einem Computer zu verifizieren. In dieser Anordnung erzeugt
der Sende-Empfänger den ersten Satz von Hash-Tabellen,
und der Computer erzeugt den zweiten Satz von Hash-Tabellen.
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Fachleute
werden erkennen, dass Änderungen oder Modifikationen an
den oben beschriebenen Ausführungsformen vorgenommen werden
können, ohne von den breiten erfinderischen Konzepten der Erfindung
abzuweichen. Es ist somit zu verstehen, dass die Erfindung nicht
auf die speziell beschriebenen Ausführungsformen beschränkt
ist, sondern dass sie alle Modifikationen und Änderungen
innerhalb des Umfangs und der Idee der Erfindung, wie sie oben beschrieben
und in den angefügten Ansprüchen ausgeführt
ist, abdecken soll.
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ZUSAMMENFASSUNG
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VERBESSERTES SICHERHEITSPROTOKOLL FÜR
FUNKFREQUENZSYSTEME
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Diese
Erfindung bezieht sich auf Sicherheitsprotokolle für RFID-Systeme.
Es werden Systeme und Verfahren präsentiert, um das System
gegen Hacker zu schützen, die versuchen, das RFID-System zu
gefährden. Es sind auch Verfahren und Systeme für
das Verbessern der RFID-Sicherheit offenbart. Die Systeme verwenden
Mechanismen, um die Authentizität der RFID-Kennzeichnungen,
die in solchen Systemen verwendet werden, zu bestimmen. Die Systeme
und Verfahren reduzieren auch den nicht autorisierten Zugang zum
RFID-System. Es werden auch ein System und ein Verfahren beschrieben,
die es schwieriger machen, Kennzeichnungen zu gefährden
oder zu fälschen.
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ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
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Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt
keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
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Zitierte Nicht-Patentliteratur
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- - Controlled
Physical Random Functions und Silicon Physical Random Functions,
beide 2002 veröffentlicht von Gassend et al., [0027]