WO2010012220A1 - 基于预共享密钥匿名认证方法、读写器、电子标签及系统 - Google Patents

基于预共享密钥匿名认证方法、读写器、电子标签及系统 Download PDF

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WO2010012220A1
WO2010012220A1 PCT/CN2009/072954 CN2009072954W WO2010012220A1 WO 2010012220 A1 WO2010012220 A1 WO 2010012220A1 CN 2009072954 W CN2009072954 W CN 2009072954W WO 2010012220 A1 WO2010012220 A1 WO 2010012220A1
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electronic tag
reader
authentication
access authentication
packet
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庞辽军
铁满霞
赖晓龙
黄振海
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西安西电捷通无线网络通信有限公司
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    • H04M2215/0156—Secure and trusted billing, e.g. trusted elements, encryption, digital signature, codes or double check mechanisms to secure billing calculation and information

Definitions

  • the present invention relates to an anonymous authentication method based on a pre-shared key, a reader/writer, an electronic tag, and an anonymous mutual authentication system based on a pre-shared key.
  • RFID Radio Frequency Identification
  • electronic tags can be roughly divided into three types: 1) Advanced electronic tags, with readable and writable functions, with certain memory space, data processing and computing capabilities; 2
  • the mid-range electronic label has a slightly lower performance and similar functions compared with the advanced label.
  • the low-grade electronic label is only used to record some data information to ensure that the information can be read or written by the reader. Generally there is no data processing function and computing power.
  • the performance of the electronic tag is high and has certain computing and processing capabilities, then we can use or refer to the secure access protocol of the existing wireless network to realize the two-way authentication and rights authentication between the electronic tag and the reader.
  • protocols such as the WLAN Authentication and Privacy Infrastructure (WAPI) can be used.
  • WAPI WLAN Authentication and Privacy Infrastructure
  • the performance of the electronic tag is low and cannot support the existing protocol. At this time, we must design a new security protocol to realize the security of the electronic tag.
  • ISO 18000-6 Class A and ISO 18000-6 Class B electronic tags are developed. Due to their low computational and processing performance, common public key algorithm-based security protocols are difficult to apply, but The analysis found that this type of tag can fully support the security protocol based on pre-shared key. Therefore, the pre-shared key-based security authentication protocol is an effective solution to the security issues of ISO 18000-6 Class A and ISO 18000-6 Class B electronic tags.
  • the problem worth noting is that in the field of electronic tag applications, since the identity of the electronic tag (ID, Identity) usually represents a trade secret such as the price of the goods, the origin of the goods, etc., in the authentication process, it is necessary to ensure its ID. The confidentiality of the content. In order to avoid various security attacks in the protocol due to identity omissions, etc., in order to ensure that IDs are not compromised, we must use a publicly available temporary identity in the agreement instead of its ID itself. For security reasons, it is generally required that the temporary identity of the same electronic tag be different in different authentication processes.
  • the Cyclic Redundancy Check (CRC) is used to implement the integrity check of the protocol message, and the calculation of the integrity check code does not involve any secret information shared by both communicating parties. Active attack
  • the update of the shared key does not have forward confidentiality. If an updated key is cracked by the attacker, the attacker can calculate all the shared keys negotiated later;
  • the update of the shared key does not have backward confidentiality. If an updated key is cracked by an attacker, the attacker can calculate all the shared keys that were previously negotiated;
  • the invention solves the security problem existing in the existing authentication protocol in the field of electronic tags, and provides an anonymous authentication method based on pre-shared key, a reader/writer, an electronic tag and an anonymous mutual authentication system based on a pre-shared key.
  • the technical solution of the present invention is:
  • the present invention is an anonymous authentication method based on a pre-shared key, and the method includes:
  • the reader sends an access authentication request packet to the electronic tag, where the access authentication request packet includes: a random number N1 selected by the reader/writer;
  • the reader After receiving the access authentication response packet sent by the electronic tag, the reader authenticates the access authentication response packet, and constructs an access authentication acknowledgement packet when the authentication succeeds, where the access authentication response is
  • the group includes: an electronic tag temporary identity TempID; a random number N1 selected by the reader; a random number N2 selected by the electronic tag; a message integrity check value MIC calculated by the electronic tag, the value of which is equal to H (TempID
  • the reader/writer transmits the access authentication confirmation packet to the electronic tag.
  • the method further includes:
  • the electronic tag After receiving the access authentication request packet sent by the reader/writer, the electronic tag authenticates the access authentication request packet, and constructs an access authentication response packet when the authentication succeeds, where the access
  • the authentication response packet includes: an electronic tag temporary identity TempID; a random number N1 selected by the reader; a random number N2 selected by the electronic tag; a message integrity check value MIC calculated by the electronic tag, whose value is equal to H (TempID
  • the electronic tag confirms the access authentication confirmation packet sent by the reader/writer.
  • the method before the reader/writer sends the access authentication request packet to the electronic tag, the method further includes:
  • the reader establishes system parameters with the electronic tag, initializes the system parameters, and sends the system parameters to the electronic tag for storage.
  • Key And let LastTempID TempID.
  • the authenticating the access authentication response packet, and constructing the access authentication acknowledgement packet when the authentication is successful comprises:
  • N2), the authentication is successful, and the access authentication confirmation packet is constructed and sent to the electronic tag; If the value of the temporary ID TempID is equal to the value of the received TempID, it is found that there is a line LastTempID equal to the value of the received TempID. If a line label LastTempID is found to be equal to the received TempID value, Then let TempID H
  • the access authentication confirmation packet includes: a random number N2 selected by the electronic tag; and a message integrity check value MIC1 calculated by the reader, whose value is equal to H ( N2
  • the authenticating the access authentication request packet, and constructing the access authentication response packet when the authentication is successful includes:
  • the authentication function of the reader/writer is implemented by a background server instead.
  • the present invention further provides a reader/writer, comprising:
  • a sending unit configured to send an access authentication request packet to the electronic tag, where the access authentication request packet includes: a random number N1 selected by the reader/writer; a receiving unit, configured to receive an access authentication response packet sent by the electronic tag, where the access authentication response packet includes: an electronic tag temporary identity TempID; a random number N1 selected by the reader; and a random number selected by the electronic tag N2; the message integrity check value MIC calculated by the electronic tag, whose value is equal to H (TempID
  • An authentication unit configured to authenticate the access authentication response packet received by the receiving unit, and send a result of successful authentication
  • a constructing unit configured to: when receiving the result of the successful authentication, construct an access authentication acknowledgement packet, and send the access authentication acknowledgement packet to the electronic tag.
  • the method further includes:
  • the establishing unit is configured to establish system parameters with the electronic tag, initialize the system parameters, and send the system parameters to the electronic tag for storage.
  • the authentication unit includes:
  • a determining unit configured to determine whether the N1 is a random number selected by itself, and send a yes result
  • a comparing unit configured to recalculate a value of the MIC when receiving the judgment result of the sending of the determining unit, and compare the value of the received MIC, and send the same comparison result;
  • a constructing unit configured to construct an access authentication acknowledgement packet when the result of the successful authentication is received, and send the access authentication acknowledgement packet to the electronic tag.
  • an electronic tag including:
  • An authentication unit configured to receive an access authentication request packet sent by the reader, and authenticate the access authentication request packet, and send a message that the authentication succeeds;
  • a constructing unit configured to: when receiving the message that the authentication unit sends the authentication success, construct an access authentication response packet, and send the access authentication response packet to the reader/writer;
  • a receiving unit configured to receive an access authentication packet acknowledgement sent by the reader/writer, where the access authentication packet acknowledgement includes: a random number N2 selected by the electronic tag; and a message integrity check value MIC1 calculated by the reader/writer, Its value is equal to H ( N2
  • an acknowledgment unit configured to confirm the access authentication packet acknowledgement received by the receiving unit.
  • the method further includes:
  • the storage unit is configured to pre-store the system parameters received by the reader and the reader.
  • the confirming unit comprises:
  • a determining unit configured to determine whether the N2 is a random number selected by itself, and send a yes result
  • a comparing unit configured to recalculate the value of the MIC1 when receiving the judgment result of the sending of the determining unit, and compare the value of the received MIC1, and send the same comparison result;
  • the present invention further provides an anonymous mutual authentication system based on a pre-shared key, comprising: a reader/writer and an electronic tag, wherein
  • the reader/writer is configured to send an access authentication request packet to the electronic tag, where the access authentication request packet includes: a random number N1 selected by the reader/writer; and an access authentication response sent by the electronic tag After the grouping, the access authentication response packet is authenticated, and the access authentication acknowledgement packet is configured when the authentication succeeds; and the access authentication acknowledgement packet is sent to the electronic tag; wherein the access authentication acknowledgement packet includes : The random number N2 selected by the electronic tag; the message integrity check value MIC1 calculated by the reader, whose value is equal to H ( N2
  • the electronic tag is configured to: after receiving the access authentication request packet sent by the reader/writer, authenticate the access authentication request packet, and construct an access authentication response packet when the authentication succeeds, and connect the The incoming authentication response packet is sent to the reader/writer; and the access authentication acknowledgement packet sent by the reader/writer is authenticated, wherein the access authentication response packet includes: an electronic tag temporary identity TempID; The number N1; the random number N2 selected by the electronic tag; the message integrity check value MIC calculated by the electronic tag, whose value is equal to H (TempID
  • the above-mentioned reader's authentication function can also be implemented by a background server instead.
  • the reader/writer sends an access authentication request packet to the electronic tag; and after receiving the access authentication response packet sent by the electronic tag, the access authentication response packet is authenticated and authenticated.
  • the access authentication response packet is authenticated and authenticated.
  • construct an access authentication acknowledgement packet and send the access authentication acknowledgement packet Give an electronic label.
  • the access authentication request packet is authenticated, and an access authentication response packet is constructed when the authentication succeeds; the access authentication response packet is sent to the reader/writer; and the access authentication acknowledgement packet sent by the reader/writer is received.
  • Certification
  • the security of the data information of the electronic tag is guaranteed. That is to say, the electronic tag and the reader do not need to update the pre-shared key, and the protocol efficiency is improved without lowering the security; the safer and more reliable message complete verification technology is adopted, which can resist the active attack; No need to rewrite the shared key frequently, saving system energy and improving the availability of electronic tags; electronic tags and readers do not need to save the message integrity check code for each calculation, which reduces the system storage requirements.
  • FIG. 1 is a schematic flow chart of an anonymous authentication method based on a pre-shared key provided by the present invention. Detailed ways
  • ID identity of the electronic tag
  • TempID Temporary identity of the electronic tag used in the authentication process
  • LastTempID The temporary identity of the electronic tag used during the last authentication process
  • Key a pre-shared key shared by the reader and the electronic tag
  • PData is the private information data of the label, such as the price of the goods, the origin of the goods, etc., which need to be kept secret;
  • H ( X ) one-way hash function;
  • N1 random number selected by the reader
  • N2 random number selected by the electronic tag
  • SKey Session key.
  • FIG. 1 is a flowchart of an anonymous authentication method based on a pre-shared key according to the present invention. The method specifically includes:
  • Reader R holds information about all tags, including TempID, LastTempID, ID,
  • This step is only to establish the system parameters when the first application is applied. After the establishment, the step is not needed in the subsequent repeated application;
  • the reader/writer R sends an access authentication request packet to the electronic tag T;
  • the access authentication request packet content includes:
  • N1 field Reader R Random number selected
  • the electronic tag T After receiving the access authentication request packet, the electronic tag T constructs an access authentication response packet and sends it to the reader/writer R.
  • the content of the authentication response packet includes:
  • TempID field the temporary identity of the electronic tag T
  • N1 field Reader R Random number selected
  • N2 field The random number selected by the electronic tag T
  • MIC field is the message integrity check value calculated by the electronic tag T, and its value is equal to H (TempID
  • the reader R After the reader R receives the access authentication response packet sent by the electronic tag T, it first determines whether N1 selects the random number itself, otherwise discards the packet; if yes, recalculates the MIC and the received MIC value Compare; if not equal, discard the packet; equal, start looking in the background database.
  • LastTempID TempID
  • TempID H (ID
  • N2), at the same time, construct Enter the authentication confirmation packet and send it to the electronic tag T; if it cannot find a row, the temporary identity TempID is equal to the received TempID value, then it is found whether there is a LastTempID of the last authentication of a certain line is equal to the received TempID value; If a line LastTempID is equal to the received TempID value, then TempID H (ID
  • the access authentication confirmation packet includes:
  • N2 field The random number selected by the electronic tag T
  • MIC1 field The message integrity check value calculated for reader R, whose value is equal to H ( N2
  • the two-way authentication based on the pre-shared key between the electronic tag T and the reader/writer R is realized, and at the same time, the ID information of the electronic tag T is not leaked.
  • the temporary identity TempID of the electronic tag T is updated.
  • the electronic tag T and the reader R can use the key Key, and the random numbers N1 and N2 respectively to derive the same session key SKey, and use the SKey as the encryption key to encrypt the private information data PData of the tag. Realize the protection of tag data.
  • the authentication function entity of the reader/writer T of the authentication process may also reside on the background server.
  • the present invention further provides a reader/writer, including: a sending unit, a receiving unit, an authenticating unit, and a constructing unit, where the sending unit is configured to send an access authentication request packet to the electronic tag, where
  • the access authentication request packet includes: a random number N1 selected by the reader/writer; and a receiving unit, configured to receive an access authentication response packet sent by the electronic tag, where the access authentication
  • the response packet includes: an electronic tag temporary identity TempID; a random number N1 selected by the reader; a random number N2 selected by the electronic tag; a message integrity check value MIC calculated by the electronic tag, the value of which is equal to H (TempID
  • the reader/writer further comprises: an establishing unit, configured to establish system parameters with the electronic tag, and initialize the system parameter, and send the system parameter to the electronic tag for storage.
  • an establishing unit configured to establish system parameters with the electronic tag, and initialize the system parameter, and send the system parameter to the electronic tag for storage.
  • the present invention further provides an electronic tag, comprising: an authentication unit, a constructing unit, a receiving unit, and a confirming unit, wherein the authentication unit is configured to receive an access authentication request packet sent by the reader/writer, and And authenticating the access authentication request packet, and sending a message that the authentication succeeds; the constructing unit is configured to: when receiving the message that the authentication unit sends the authentication success, construct an access authentication response packet, and configure the access authentication response The packet is sent to the reader/writer; the receiving unit is configured to receive the access authentication packet acknowledgement sent by the reader/writer, where the access authentication packet acknowledgement includes: the random number N2 selected by the electronic tag; the message calculated by the reader/writer
  • the integrity check value MIC1 has a value equal to H(N2
  • the electronic tag further includes: a storage unit, configured to store and receive system parameters sent by the reader/writer.
  • the present invention further provides an anonymous mutual authentication system based on a pre-shared key, including: a reader/writer and an electronic tag, wherein the reader/writer is configured to send an access authentication to an electronic tag.
  • the access authentication request packet includes: a random number N1 selected by the reader/writer; after receiving the access authentication response packet sent by the electronic tag, authenticating the access authentication response packet, and When the authentication succeeds, constructing an access authentication acknowledgement packet; and transmitting the access authentication acknowledgement packet to the electronic tag; wherein the access authentication acknowledgement packet includes: a random number N2 selected by the electronic tag; a message calculated by the reader/writer Integrity check value MIC1, whose value is equal to H ( N2
  • the electronic tag is configured to: after receiving the access authentication request packet sent by the reader/writer, authenticate the access authentication request packet, and construct an access authentication response packet when the authentication succeeds, and connect the The incoming authentication response packet is sent to the reader/writer; and the access authentication acknowledgement packet sent by the reader/writer is confirmed, wherein the access authentication response packet includes: an electronic tag temporary identity TempID; The number N1; the random number N2 selected by the electronic tag; the message integrity check value MIC calculated by the electronic tag, whose value is equal to H (TempID
  • the present invention can be implemented by means of software plus a necessary general hardware platform, and of course, can also be through hardware, but in many cases, the former is a better implementation. the way.
  • the technical solution of the present invention may be embodied in the form of a software product in essence or in the form of a software product, which may be stored in a storage medium such as a ROM/RAM or a disk. , an optical disk, etc., includes instructions for causing a computer device (which may be a personal computer, server, or network device, etc.) to perform the methods described in various embodiments of the present invention or portions of the embodiments.

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Description

基于预共享密钥匿名认证方法、 读写器、 电子标签及系统 本申请要求于 2008 年 8 月 1 日提交中国专利局、 申请号为 200810150525.8、 发明名称为"一种基于预共享密钥的匿名双向认证方法 "的中 国专利申请的优先权， 其全部内容通过引用结合在本申请中。
发明领域
本发明涉及一种基于预共享密钥的匿名认证方法、读写器、 电子标签及基 于预共享密钥的匿名双向认证系统。
背景技术
对于无线网络来说，如无线局域网或无线城域网等， 其安全问题远比有线 以太网严重。 射频识别电子标签（RFID, Radio Frequency Identification ) 同样 面临安全问题， 在进行安全通信之前， 同样必须有效地解决 RFID系统中读写 器和电子标签之间的身份认证及权限鉴别问题。在所有无线网络中， 电子标签 的安全问题最为复杂， 这是因为电子标签本身性能、 功能因素等差别较大， 产 品形式和应用需求难以统一。我们必须针对每一种电子标签及其具体的应用模 式设计不同的安全策略。
一般来说，根据电子标签的使用场合和应用环境， 电子标签大概可以分为 三种： 1 ) 高级的电子标签， 具有可读可写功能， 具有一定的内存空间、 数据 处理和计算能力； 2 ) 中档次的电子标签， 跟高级标签相比， 性能稍差一些， 功能类似； 3 )低档次的电子标签， 只用来记录一些数据信息， 保证信息能够 被读写器读出或写入， 一般来说没有数据处理功能和计算能力。
如果电子标签的性能较高， 具有一定的计算和处理能力， 那么， 我们完全 可以使用或借鉴现有无线网络的安全接入协议来实现电子标签和读写器之间 的双向认证和权限鉴别问题。例如，可以釆用无线局域网国家安全标准（ WAPI, WLAN Authentication and Privacy Infrastructure )等协议。 但是， 口果电子标签 性能较低， 无法支持现有协议， 这时我们必须设计全新的安全协议来实现电子 标签的安全性。
尤其是对于国际标准化组织 （ISO, International Organization for
Standardization )制定的 ISO 18000-6 A类和 ISO 18000-6 B类电子标签， 由于其 计算和处理性能较低， 常见的基于公钥算法的安全协议均难以适用， 但是， 通 过分析发现， 该类标签在性能上完全可以支持基于预共享密钥的安全协议。 因 此， 基于预共享密钥的安全认证协议是 ISO 18000-6 A类和 ISO 18000-6 B类电 子标签安全问题的有效解决方案。
另夕卜，值得注意的问题是，在电子标签应用领域， 由于电子标签身份（ID, Identity )通常是代表了一个如货物价格、货物产地等商业机密信息， 在认证过 程中，需要确保其 ID内容的保密性。为了在确保 ID不被泄露的情况下避免协议 中由于身份遗漏等带来的各种安全攻击，我们必须在协议中使用一个可公开的 临时身份来代替其 ID本身。 为了安全起见， 一般要求在不同的认证过程中， 同 一电子标签的临时身份是不同的。
目前，业界也提出了一些基于预共享密钥的双向认证协议，但是分析发现， 这些协议普遍存在一些安全问题， 难以达到安全认证的目的。 具体来说， 现有 协议的安全问题表现如下：
1、 共享密钥的更新会带来安全隐患。 在基于预共享密钥的安全协议中， 共享密钥的安全性是整个系统的基础， 因此， 一般都是通过可靠的、 手工方式 写入； 而在协议中动态更新共享密钥必然会引入不安全、 不可靠成分， 降低系 统安全性；
2、 频繁的写入共享密钥会导致系统损失大量能量， 因为电子标签的性能 和能量较敏感， 能量的损失可能会导致电子标签可用性较低；
3、 釆用了循环冗余校验码（CRC, Cyclic Redundancy Check) 来实现协 议消息的完整性校验，且完整性校验码的计算不涉及任何通信双方共享的秘密 信息， 不能 4氏抗主动攻击；
4、 共享密钥的更新不具备前向保密性。 如果某次更新的密钥被攻击者所 破解， 那么， 攻击者可以计算出之后所协商的所有共享密钥；
5、 共享密钥的更新不具备后向保密性。 如果某次更新的密钥被攻击者所 破解， 那么， 攻击者可以计算出之前所协商的所有共享密钥；
6、 协议双方在协议过程中必须存储每次计算的消息完整性校验信息， 增 加了系统存储负担。
鉴于以上考虑，我们必须设计新的基于预共享密钥的匿名双向认证协议来 实现电子标签和读写器之间的双向认证和权限的鉴别功能，保证这一类电子标 签数据信息的安全性。
发明内容
本发明为解决电子标签领域中现有认证协议存在的安全问题，而提供一种 基于预共享密钥的匿名认证方法、读写器、 电子标签及基于预共享密钥的匿名 双向认证系统。
本发明的技术解决方案是： 本发明为一种基于预共享密钥的匿名认证方 法， 该方法包括：
读写器向电子标签发送接入认证请求分组， 其中， 所述接入认证请求分组 包括： 读写器选取的随机数 N1 ;
读写器在接收到所述电子标签发送的接入认证响应分组后，对所述接入认 证响应分组进行认证， 并在认证成功时构造接入认证确认分组， 其中， 所述接 入认证响应分组包括： 电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息完整性校验值 MIC,其值等 于 H ( TempID ||N1||N2|| Key ) ；
读写器将所述接入认证确认分组发送给电子标签。
优选的， 还包括：
所述电子标签在接收到读写器发送的所述接入认证请求分组后 ,对所述接 入认证请求分组进行认证， 并在认证成功时构造接入认证响应分组， 其中， 所 述接入认证响应分组包括： 电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息完整性校验值 MIC, 其值等于 H ( TempID ||N1||N2|| Key );
所述电子标签将所述接入认证响应分组发送给读写器；
所述电子标签对接收到读写器发送的接入认证确认分组进行确认。
优选的， 所述读写器向电子标签发送接入认证请求分组之前， 所述方法还 包括：
读写器建立与电子标签的系统参数， 并初始化该系统参数， 以及将系统参 数发送给电子标签进行存储。 优选的， 所述电子标签中的系统参数包括： 电子标签中写入标签身份 ID、 预共享密钥 Key、 以及电子标签临时身份 TempID, 初始化时令 TempID =H ( ID||Key ) ；
所述读写器的系统参数包括： 所有标签的信息， 包括： TempID、 上次认 证的电子标签临时身份 LastTempID、 ID、 Key, 标签的私密信息数据 PData, 初始化时令 TempID =H ( ID||Key )且令 LastTempID = TempID。
优选的， 所述对所述接入认证响应分组进行认证， 并在认证成功时构造接 入认证确认分组包括：
若读写器判断所述 N1为自身选取的随机数，则重新计算 MIC值，并与所述 接收到的 MIC值进行比较， 如果相等， 则查找后台数据库， 若能找到电子标签 临时身份 TempID与接收到的 TempID的值相等， 则令 LastTempID = TempID , 并 令 TempID =H ( ID||Key||Nl||N2 ), 认证成功， 并构造接入认证确认分组并发送 给电子标签； 若无法查找到某行标签临时身份 TempID与接收到的 TempID的值 相等， 则继续查找是否存在某行 LastTempID与接收到的 TempID的值相等， 若 能查找到某行标签 LastTempID与接收到的 TempID值相等， 则令 TempID=H
( ID||Key||Nl||N2 ), 认证成功， 并构造接入认证确认分组并发送给电子标签。
优选的， 所述接入认证确认分组包括： 电子标签选取的随机数 N2; 读写 器所计算的消息完整性校验值 MIC1 , 其值等于 H ( N2|| Key )。
优选的， 所述对所述接入认证请求分组进行认证， 并在认证成功时构造接 入认证响应分组包括：
若电子标签判断所述 N2是自身选取的随机数， 则重新计算 MIC1的值， 并 与接收到的 MIC1值进行比较， 如果相等， 令 TempID= H ( ID||Key||Nl||N2 ), 认 证成功。
优选的， 所述读写器的认证功能由后台服务器代替实现。
相应的， 本发明还提供一种读写器， 包括：
发送单元， 用于向电子标签发送接入认证请求分组， 其中， 所述接入认证 请求分组包括： 读写器选取的随机数 N1 ; 接收单元， 用于接收所述电子标签发送的接入认证响应分组， 其中， 所述 接入认证响应分组包括： 电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息完整性校验值 MIC,其值等 于 H ( TempID ||N1||N2|| Key );
认证单元， 用于对接收单元接收到的所述接入认证响应分组进行认证， 并 发送认证成功的结果；
构造单元， 用于接收到所述认证成功的结果时， 构造接入认证确认分组， 并将所述接入认证确认分组发送给电子标签。
优选的， 还包括：
建立单元， 用于建立与电子标签的系统参数， 并初始化该系统参数， 以及 将系统参数发送给电子标签进行存储。
优选的， 所述认证单元包括：
判断单元， 用于判断所述 N1是否为自身选取的随机数， 并发送是的判断 结果；
比较单元， 用于在接收到判断单元发送是的判断结果时， 重新计算 MIC 的值， 并与所述接收到的 MIC的值进行比较， 并发送相同的比较结果；
查找单元， 用于在接收到比较单元发送相同的比较结果时， 若能找到电子 标签临时身份 TempID 与接收到的 TempID 的值相等， 则令 LastTempID = TempID, 令 TempID =H ( ID||Key||Nl||N2 ), 并发送认证成功的结果；
构造单元， 用于在接收到认证成功的结果时， 构造接入认证确认分组， 并 所述接入认证确认分组发送给电子标签。
相应的， 本发明还提供一种电子标签， 包括：
认证单元， 用于接收读写器发送的接入认证请求分组， 并对所述接入认证 请求分组进行认证， 并发送认证成功的消息；
构造单元， 用于在接收到认证单元发送认证成功的消息时，构造接入认证 响应分组， 并将所述接入认证响应分组发送给读写器；
接收单元， 用于接收读写器发送的接入认证分组确认， 其中， 所述接入认 证分组确认包括： 电子标签选取的随机数 N2; 读写器所计算的消息完整性校 验值 MIC1 , 其值等于 H ( N2|| Key ); 确认单元， 用于对接收单元接收到的接入认证分组确认进行确认。
优选的， 还包括：
存储单元， 用于预先存储接收到读写器发送的系统参数。
优选的， 所述确认单元包括：
判断单元， 用于判断所述 N2是否是自身选取的随机数， 并发送是的判断 结果；
比较单元， 用于在接收到判断单元发送是的判断结果时， 重新计算 MIC1 的值， 并与接收到的 MIC1的值进行比较， 并发送相同的比较结果；
确认单元，用于在接收到比较单元发送相同的比较结果时，令 TempID= H ( ID||Key||Nl||N2 ), 确认认证成功。
相应的， 本发明还提供一种基于预共享密钥的匿名双向认证系统， 包括： 读写器和电子标签， 其中，
所述读写器， 用于向电子标签发送接入认证请求分组， 所述接入认证请求 分组包括： 读写器选取的随机数 N1 ; 以及在接收到所述电子标签发送的接入 认证响应分组后，对所述接入认证响应分组进行认证， 并在认证成功时构造接 入认证确认分组； 以及将所述接入认证确认分组发送给电子标签； 其中， 所述 接入认证确认分组包括： 电子标签选取的随机数 N2; 读写器所计算的消息完 整性校验值 MIC1 , 其值等于 H ( N2|| Key );
所述电子标签， 用于在接收读写器发送的所述接入认证请求分组后，对所 述接入认证请求分组进行认证， 并在认证成功时构造接入认证响应分组，将所 述接入认证响应分组发送给读写器；以及对接收到读写器发送的接入认证确认 分组进行认证，其中，所述接入认证响应分组包括：电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息 完整性校验值 MIC, 其值等于 H ( TempID ||N1||N2|| Key )。
上述读写器的认证功能也可由后台服务器代替实现。
由上述技术方案可知，读写器向电子标签发送接入认证请求分组； 并在接 收到所述电子标签发送的接入认证响应分组后，对所述接入认证响应分组进行 认证， 并在认证成功时构造接入认证确认分组，将所述接入认证确认分组发送 给电子标签。 实现对电子标签信息的认证和权限的鉴别功能，从而保证这一类 电子标签数据信息的安全性； 进一步， 所述电子标签在接收读写器发送的所述 接入认证请求分组后，对所述接入认证请求分组进行认证， 并在认证成功时构 造接入认证响应分组； 将所述接入认证响应分组发送给读写器； 并对接收到读 写器发送的接入认证确认分组进行认证。以实现电子标签和读写器之间的双向 认证和权限的鉴别功能，保证这一类电子标签数据信息的安全性。也就是说电 子标签和读写器之无需更新预共享密钥，在不降低安全性的同时，提高了协议 效率； 釆用了更为安全、 可靠的消息完整校验技术， 能够抵抗主动攻击； 无需 频繁重写共享密钥， 节约了系统能量， 提高了电子标签的可用性； 电子标签和 读写器无需保存每次计算的消息完整性校验码， 降低了系统存储要求。
附图说明
图 1是本发明提供的一种基于预共享密钥的匿名认证方法流程示意图。 具体实施方式
为了便于本领域技术人员的理解，下面简单对本发明涉及到的名词作如下 解释， 具体包括：
R: 读写器；
T: 电子标签；
ID: 电子标签身份；
TempID: 在认证过程中使用的电子标签临时身份；
LastTempID: 上次认证过程中使用的电子标签临时身份；
Key: 读写器和电子标签共享的预共享密钥；
PData是标签的私密信息数据，如货物价格、货物产地等需要保密的数据； H ( X ): 单向 hash函数；
N1 : 读写器选取的随机数；
N2: 电子标签选取的随机数；
SKey: 会话密钥。
参见图 1 , 为本发明基于预共享密钥的匿名认证方法的流程图， 所述方法 具体包括：
1 )首先可进行初始化系统参数的步骤， 也就是说， 读写器产生系统参数， 然后， 分别执行对应的处理过程， 比如将该系统参数发送给电子标签等。 该步 骤为可选步骤， 图中未示： 初始化系统参数如下：
电子标签 T: 电子标签 T中写入标签身份 ID、 预共享密钥 Key、 以及电子临 时身份 TempID, 初始化时令 TempID =H ( ID||Key ) ；
读写器 R: 读写器 R保存所有标签的信息， 包括 TempID、 LastTempID, ID、
Key, PData, 初始化时令 TempID =H ( ID||Key ) 且令 LastTempID = TempID。
该步骤只是在首次应用时来建立系统参数， 建立好后，在以后的重复应用 中则无须该步骤；
2 )读写器 R向电子标签 T发送接入认证请求分组； 该接入认证请求分组内 容包括：
N1
其中：
N1字段： 读写器 R选取的随机数；
3 )当电子标签 T收到接入认证请求分组后， 构造接入认证响应分组，发送 给读写器 R; 该认证响应分组内容包括：
Figure imgf000010_0001
其中：
TempID字段： 电子标签 T的临时身份；
N1字段： 读写器 R选取的随机数；
N2字段： 电子标签 T选取的随机数；
MIC字段：为电子标签 T所计算的消息完整性校验值，其值等于 H ( TempID ||Nl ||N2|| Key )。
4 )读写器 R收到接入认证响应分组后， 构造接入认证确认分组发送给电 子标签 T;
当读写器 R收到电子标签 T发来的接入认证响应分组后， 首先判断 N1是否 自己选取的随机数， 否则丟弃该分组； 是则， 重新计算 MIC , 并与接收到的 MIC值进行比较； 如果不相等， 则丟弃该分组； 相等， 开始在后台数据库中查 找。 若能找到某行的电子标签临时身份 TempID与接收到的 TempID值相等， 则 令 LastTempID = TempID, 并令 TempID =H ( ID||Key||Nl ||N2 ), 同时， 构造接 入认证确认分组并发送给电子标签 T; 如果无法找到某行电子标签临时身份 TempID与接收到的 TempID值相等， 则查找是否存在某行上次认证的 LastTempID与接收到的 TempID值相等； 若找到某行 LastTempID与接收到的 TempID值相等， 则令 TempID=H ( ID||Key||Nl||N2 ), 同时， 构造接入认证确认 分组并发送给电子标签 T; 否则， 读写器 R停止认证， 认证过程失败；
接入认证确认分组内容包括：
N2 MIC1
其中：
N2字段： 电子标签 T选取的随机数；
MIC1字段： 为读写器 R所计算的消息完整性校验值， 其值等于 H ( N2|| Key );
5 ) 电子标签 T根据接入认证确认分组进行确认。
当电子标签 Τ收到接入认证确认分组后， 首先判断 Ν2是否自己选取的随机 数， 否则丟弃该分组； 是则， 重新计算 MIC1 , 并与接收到的 MIC1值进行比较； 如果不相等， 则丟弃该分组； 若相等， 则令 TempID= H ( ID||Key||Nl||N2 ), 认 证成功。
通过以上协议， 实现了电子标签 T和读写器 R之间基于预共享密钥的双向 认证， 同时， 又不泄露电子标签 T的 ID信息。 在进行认证的同时， 对电子标签 T的临时身份 TempID进行了更新。
在认证成功后， 电子标签 T和读写器 R可以使用密钥 Key, 以及随机数 N1 和 N2分别导出相同的会话密钥 SKey, 使用 SKey作为加密密钥来加密标签的私 密信息数据 PData, 以实现对标签数据的保护。
另外， 值得注意的是， 本发明实施例的描述尽管是针对电子标签 T和读写 器 R进行的， 但是， 认证过程的读写器 T的认证功能实体也可驻留在后台服务 器上。
基于上述方法的实现过程， 本发明还提供一种读写器， 包括： 发送单元、 接收单元、 认证单元和构造单元， 其中， 发送单元， 用于向电子标签发送接入 认证请求分组， 所述接入认证请求分组包括： 读写器选取的随机数 N1 ; 接收 单元， 用于接收所述电子标签发送的接入认证响应分组， 其中， 所述接入认证 响应分组包括： 电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标 签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息完整性校验值 MIC, 其值等于 H ( TempID ||N1||N2|| Key ); 认证单元， 用于对接收单元接收到的所述接入认证 响应分组进行认证， 并发送认证成功的结果； 构造单元， 用于接收到所述认证 成功的结果时，构造接入认证确认分组， 并将所述接入认证确认分组发送给电 子标签。
优选的，所述读写器还包括：建立单元，用于建立与电子标签的系统参数， 并初始化该系统参数， 以及将系统参数发送给电子标签进行存储。
优选的， 所述认证单元包括： 判断单元、 比较单元、查找单元和构造单元， 其中， 判断单元， 用于判断所述 N1是否为自身选取的随机数， 并发送是的判 断结果； 比较单元， 用于在接收到判断单元发送是的判断结果时， 重新计算 MIC的值， 并与所述接收到的 MIC的值进行比较， 并发送相同的比较结果； 查找单元， 用于在接收到比较单元发送相同的比较结果时， 若能找到某行电子 标签临时身份 TempID 与接收到的 TempID 的值相等， 则令 LastTempID = TempID, 令 TempID =H ( ID||Key||Nl||N2 ), 并发送认证成功的结果； 构造单 元， 用于在接收到认证成功的结果时， 构造接入认证确认分组， 并所述接入认 证确认分组发送给电子标签。
基于上述方法的实现过程，本发明还提供一种电子标签， 包括：认证单元、 构造单元、 接收单元和确认单元， 其中， 认证单元， 用于接收读写器发送的接 入认证请求分组， 并对所述接入认证请求分组进行认证， 并发送认证成功的消 息； 构造单元， 用于在接收到认证单元发送认证成功的消息时， 构造接入认证 响应分组， 并将所述接入认证响应分组发送给读写器； 接收单元， 用于接收读 写器发送的接入认证分组确认， 其中， 所述接入认证分组确认包括： 电子标签 选取的随机数 N2;读写器所计算的消息完整性校验值 MIC1 ,其值等于 H( N2|| Key ); 确认单元， 用于对接收单元接收到的接入认证分组确认分组进行确认。
优选的， 所述电子标签还包括： 存储单元， 用于存储接收到读写器发送的 系统参数。
优选的， 所述确认单元包括： 判断单元、 比较单元和确认单元， 其中， 判 断单元， 用于判断所述 N2是否是自身选取的随机数， 并发送是的判断结果； 比较单元，用于在接收到判断单元发送是的判断结果时，重新计算 MIC1的值， 并与接收到的 MIC1的值进行比较， 并发送相同的比较结果； 确认单元， 用于 在接收到比较单元发送相同的比较结果时， 令 TempID= H ( ID||Key||Nl||N2 ), 确认认证成功。
基于上述方法的实现过程，本发明还提供一种基于预共享密钥的匿名双向 认证系统， 包括： 读写器和电子标签， 其中， 所述读写器， 用于向电子标签发 送接入认证请求分组， 所述接入认证请求分组包括： 读写器选取的随机数 N1 ; 在接收到所述电子标签发送的接入认证响应分组后，对所述接入认证响应分组 进行认证， 并在认证成功时构造接入认证确认分组； 以及将所述接入认证确认 分组发送给电子标签； 其中， 所述接入认证确认分组包括： 电子标签选取的随 机数 N2; 读写器所计算的消息完整性校验值 MIC1 , 其值等于 H ( N2|| Key );
所述电子标签， 用于在接收读写器发送的所述接入认证请求分组后，对所 述接入认证请求分组进行认证， 并在认证成功时构造接入认证响应分组，将所 述接入认证响应分组发送给读写器；以及对接收到读写器发送的接入认证确认 分组进行确认，其中，所述接入认证响应分组包括：电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息 完整性校验值 MIC, 其值等于 H ( TempID ||N1||N2|| Key ); 对所述接入认证响 应分组进行认证， 并在认证成功时构造接入认证确认分组。
所述系统中各个设备或实体的功能和作用详见上述方法的对应过程，在此 不再赘述。
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到本发明 可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现， 当然也可以通过硬件，但很 多情况下前者是更佳的实施方式。基于这样的理解， 本发明的技术方案本质上 或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机 软件产品可以存储在存储介质中， 如 ROM/RAM、 磁碟、 光盘等， 包括若干指 令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机， 服务器， 或者网络设备等） 执行本发明各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通 技术人员来说， 在不脱离本发明原理的前提下， 还可以作出若干改进和润饰, 这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims

权 利 要 求
1、 一种基于预共享密钥的匿名认证方法， 其特征在于， 包括：
读写器向电子标签发送接入认证请求分组， 其中， 所述接入认证请求分组 包括： 读写器选取的随机数 N1 ;
读写器在接收到所述电子标签发送的接入认证响应分组后，对所述接入认 证响应分组进行认证， 并在认证成功时构造接入认证确认分组； 其中， 所述接 入认证响应分组包括： 电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息完整性校验值 MIC,其值等 于 H ( TempID ||N1 ||N2|| Key );
读写器将所述接入认证确认分组发送给电子标签。
2、根据权利要求 1所述的基于预共享密钥的匿名认证方法， 其特征在于， 还包括：
所述电子标签在接收到读写器发送的所述接入认证请求分组后；对所述接 入认证请求分组进行认证， 并在认证成功时构造接入认证响应分组； 其中， 所 述接入认证确认分组包括： 电子标签选取的随机数 N2; 读写器所计算的消息 完整性校验值 MIC1 , 其值等于 H ( N2|| Key );
所述电子标签将所述接入认证响应分组发送给读写器；
所述电子标签对接收到读写器发送的接入认证确认分组进行确认。
3、 根据权利要求 2所述的基于预共享密钥的匿名认证方法， 其特征在于， 所述读写器向电子标签发送接入认证请求分组之前， 所述方法还包括：
读写器建立与电子标签的系统参数， 并初始化该系统参数， 以及将系统参 数发送给电子标签进行存储。
4、 根据权利要求 3所述的基于预共享密钥的匿名认证方法， 其特征在于， 所述电子标签中存储的系统参数包括： 电子标签中写入标签身份 ID、预共 享密钥 Key以及电子标签临时身份 TempID,初始化时令 TempID =H ( ID||Key )； 所述读写器中存储的系统参数包括： 所有标签的信息， 包括： TempID、 上次认证的电子标签临时身份 LastTempID、 ID、 Key以及标签的私密信息数据 PData, 初始化时令 TempID =H ( ID||Key )且令 LastTempID = TempID。
5、 根据权利要求 1至 4任一项所述的基于预共享密钥的匿名认证方法， 其 特征在于， 所述对所述接入认证响应分组进行认证， 并在认证成功时构造接入 认证确认分组包括：
若读写器判断所述 N1为自身选取的随机数，则重新计算 MIC值，并与所述 接收到的 MIC值进行比较， 如果相等， 则查找后台数据库， 若能找到电子标签 临时身份 TempID与接收到的 TempID的值相等， 则令 LastTempID = TempID , 并 令 TempID =H ( ID||Key||Nl||N2 ), 认证成功， 并构造接入认证确认分组并发送 给电子标签； 若无法查找到某行标签临时身份 TempID与接收到的 TempID的值 相等， 则继续查找是否存在某行 LastTempID与接收到的 TempID的值相等， 若 能查找到某行标签 LastTempID与接收到的 TempID值相等， 则令 TempID=H ( ID||Key||Nl||N2 ), 认证成功， 并构造接入认证确认分组并发送给电子标签。
6、 根据权利要求 5所述的基于预共享密钥的匿名认证方法， 其特征在于， 所述对所述接入认证请求分组进行认证，并在认证成功时构造接入认证响应分 组包括：
若电子标签判断所述 N2是自身选取的随机数， 则重新计算 MIC1的值， 并 与接收到的 MIC1值进行比较， 如果相等， 令 TempID= H ( ID||Key||Nl||N2 ), 认 证成功。
7、根据权利要求 1所述的基于预共享密钥的匿名认证方法， 其特征在于： 所述读写器的认证功能由后台服务器代替实现。
8、 一种读写器， 其特征在于， 包括：
发送单元， 用于向电子标签发送接入认证请求分组， 其中， 所述接入认证 请求分组包括： 读写器选取的随机数 N1 ;
接收单元， 用于接收所述电子标签发送的接入认证响应分组； 其中， 所述 接入认证响应分组包括： 电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息完整性校验值 MIC,其值等 于 H ( TempID ||N1||N2|| Key ); 认证单元， 用于对接收单元接收到的所述接入认证响应分组进行认证， 并 发送认证成功的结果；
构造单元， 用于接收到所述认证成功的结果时， 构造接入认证确认分组， 并将所述接入认证确认分组发送给电子标签。
9、 根据权利要求 8所述的读写器， 其特征在于， 还包括：
建立单元， 用于建立与电子标签的系统参数， 并初始化该系统参数， 以及 将系统参数发送给电子标签进行存储。
10、根据权利要求 8或 9所述的读写器，其特征在于，所述认证单元包括： 判断单元， 用于判断所述 N1是否为自身选取的随机数， 并发送是的判断 结果；
比较单元， 用于在接收到判断单元发送是的判断结果时， 重新计算 MIC 的值， 并与所述接收到的 MIC的值进行比较， 并发送相同的比较结果；
查找单元， 用于在接收到比较单元发送相同的比较结果时， 若能找到电子 标签临时身份 TempID 与接收到的 TempID 的值相等， 则令 LastTempID = TempID, 令 TempID =H ( ID||Key||Nl||N2 ), 并发送认证成功的结果；
构造单元， 用于在接收到认证成功的结果时， 构造接入认证确认分组， 并 所述接入认证确认分组发送给电子标签。
11、 一种电子标签， 其特征在于， 包括：
认证单元， 用于接收读写器发送的接入认证请求分组， 并对所述接入认证 请求分组进行认证， 并发送认证成功的消息；
构造单元， 用于在接收到认证单元发送认证成功的消息时，构造接入认证 响应分组， 并将所述接入认证响应分组发送给读写器；
接收单元， 用于接收读写器发送的接入认证分组确认； 其中， 所述接入认 证分组确认包括： 电子标签选取的随机数 N2; 读写器所计算的消息完整性校 验值 MIC1 , 其值等于 H ( N2|| Key );
确认单元， 用于对接收单元接收到的接入认证分组确认进行确认。
12、 根据权利要求 11所述的电子标签， 其特征在于， 还包括：
存储单元， 用于预先存储接收到读写器发送的系统参数。
13、 根据权利要求 11或 12所述的电子标签， 其特征在于， 所述确认单元 包括：
判断单元， 用于判断所述 N2是否是自身选取的随机数， 并发送是的判断 结果；
比较单元， 用于在接收到判断单元发送是的判断结果时， 重新计算 MIC1 的值， 并与接收到的 MIC1的值进行比较， 并发送相同的比较结果；
确认单元，用于在接收到比较单元发送相同的比较结果时，令 TempID= H ( ID||Key||Nl||N2 ), 确认认证成功。
14、 一种基于预共享密钥的匿名双向认证系统， 其特征在于， 包括： 读写 器和电子标签， 其中，
所述读写器， 用于向电子标签发送接入认证请求分组； 在接收到所述电子 标签发送的接入认证响应分组后，对所述接入认证响应分组进行认证， 并在认 证成功时构造接入认证确认分组；以及将所述接入认证确认分组发送给电子标 签； 其中， 所述接入认证确认分组包括： 电子标签选取的随机数 N2; 读写器 所计算的消息完整性校验值 MIC1 , 其值等于 H ( N2|| Key );
所述电子标签， 用于在接收读写器发送的所述接入认证请求分组后，对所 述接入认证请求分组进行认证， 并在认证成功时构造接入认证响应分组，将所 述接入认证响应分组发送给读写器；以及对接收到读写器发送的接入认证确认 分组进行确认，对所述接入认证响应分组进行认证， 并在认证成功时构造接入 认证确认分组；其中，所述接入认证响应分组包括：电子标签临时身份 TempID; 读写器选取的随机数 N1 ; 电子标签选取的随机数 N2; 电子标签所计算的消息 完整性校验值 MIC, 其值等于 H ( TempID ||N1||N2|| Key )。
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