一种超轻量级RFID认证协议制造技术

本发明专利技术公开了提出了一种超轻量级RFID认证协议，针对超轻量级RFID认证协议进行了新的设计，协议采用位异或、位乘、求和等简单运算，分别提出了抗被动攻击和主动攻击的超轻量级RFID认证协议，新协议具有高效率、低成本、强认证的特性。

A Ultra-lightweight RFID Authentication Protocol

【技术实现步骤摘要】
一种超轻量级RFID认证协议
本专利技术属于无线通信领域，具体涉及一种超轻量级RFID认证协议。
技术介绍
RFID拥有轻便的物理载体，采用阅读器(Reader)、服务器(Server)、标签(Tag)三方结构，是可自动识别人或物的非接触式技术。该技术能够适应复杂的环境，多目标识别，具有低成本高速度的优点。但正是由于低成本的优点，导致标签的存储和计算能力受到限制，很难抵御各种被动或主动攻击。目前对RFID的攻击主要有被动攻击、主动攻击和中间人攻击。被动攻击主要是通过监听、窃取等一系列用户不易察觉的方式进行信息的收集和整理，因为被动攻击不涉及任何数据上改变，所以对其检测是十分困难的，但可以通过加密等手段抵御该攻击行为。主动攻击指攻击者通过伪装成阅读器，生成假的数据流，采用资源使用、欺骗、伪装等攻击方法以获取信息，主动攻击易于通过检测被发现。而中间人攻击，不仅可以窃听主机A、B的通信还可以对信息进行篡改再发送给对方，但因为阅读器和标签之间通常是近距离通信，中间人攻击的实现较为困难，所以此类攻击不在本设计的考虑范围内。RFID系统通常需要实现两种安全需求：身份认证和隐私保护。实现身份认证最简单的方法是通过广播一个标识符，但是明文广播标识符会失去隐私性，敌手很容易通过这个标识符对标签进行追踪。在一个低成本的RFID标签上，能够使用的电路门数大约是2000门，而传统密码算法所需要的电路门数在3000门以上，如AES算法所需要的电路门数在10000门以上。所以，传统的密码算法并不适用于RFID系统。如何设计高效安全的超轻量级RFID密码系统成为学术界与产品界一直密切关注的问题。目前最具有代表性的超轻量级RFID认证协议是HB类协议族。在HB协议中，Reader和Tag共享长度为k的密钥s＝(s1,s2,…,sk)∈{0,1}k，下述基本认证过程循环l轮：1)Reader生成随机向量ai＝(ai1,ai2,…,aik)∈{0,1}k发送给Tag；2)Tag获得随机向量ai后，计算(其中〈·,·〉为向量积异或计算，即e是一个满足Pr(e＝1)＝p的噪声比特，其中p<0.5，随后将zi发给Reader；3)Reader计算<ai,s>与收到的zi比较，验证其是否相等，若相等则此轮认证通过，否则此轮认证失败。HB协议需执行上述基本认证过程l轮，若用户通过的次数在l*(1-p)附近，则通过协议认证，视为合法用户。该协议虽能抵御被动攻击，但对于伪装成Reader的主动攻击者却无能为力，当主动攻击者多次向Tag发送同一个修改过的ai即可推算出密钥向量s的值。抗主动攻击的HB+协议在HB协议的基础上引入第二个共享密钥t＝(t1,t2,…,tk)∈{0,1}k，下述基本认证过程循环l轮：1)Reader向Tag发送随机向量ai∈{0,1}k；2)Tag生成随机向量bi∈{0,1}k，并计算e同HB协议，最后将bi,zi发送给Reader；3)Reader计算与收到的zi比较，验证其是否相等，若相等则此轮认证通过，否则此轮认证失败。HB和HB+协议都采用求和、异或、随机数生成器等操作，具有效率高、运算简单的优点，同时能够有效抵御被动攻击和主动攻击，满足认证安全的要求。但也存在以下三个问题：1)HB和HB+协议在分别抵御主动攻击和被动攻击的过程中，并不能保证合法用户100％通过认证，即存在合法用户也无法通过认证的情况，虽然这种情况概率很小，但依然无法避免；2)为了保证合法用户极大概率通过认证，而非法用户极小概率通过认证，协议需通过执行多轮基本认证过程满足上述要求，例如，当p＝0.125时，轮数l推荐为441；而p＝0.25时，轮数l推荐高达1164，这将导致认证过程通信量过大；3)在认证过程中，Tag需要调用随机数生成算法生成随机数，当认证轮数过大时，多次调用伪随机函数也必然会占用Tag大量的计算资源。
技术实现思路
专利技术目的：本专利技术针对超轻量级RFID认证协议进行了新的设计，协议采用位异或、位乘、求和等简单运算，分别提出了抗被动攻击和主动攻击的超轻量级RFID认证协议，新协议具有高效率、低成本、强认证的特性。技术方案：一种超轻量级RFID认证协议，包括：抗被动攻击超轻量级RFID认证协议：1)Reader和Tag共享密钥s＝(s1,s2,…,s2k)∈{0,1}2k，k为奇数，同时s的汉明权重hw(s)＝k；Reader生成一个随机向量ai＝(ai1,ai2,…,ai2k)∈{0,1}2k发送给Tag，同时要求hw(ai)＝k；2)Tag收到向量ai后，计算∑ais＝ai1s1+ai2s2+…+ai2ks2k，若则e＝1，否则令e＝0，随后计算并发送给Reader；e满足等概分布；3)Reader根据收到的zi计算并与其自身计算的e比较，若相等则此轮认证通过，否则认定标签非法终止认证；抗主动攻击超轻量级RFID认证协议：1)引入共享密钥t＝(t1,t2,…,t2k)∈{0,1}2k，k为奇数，同时hw(t)＝k；Reader产生随机向量ai∈{0,1}2k发送给Tag，同时保证hw(ai)＝k；2)Tag收到ai，计算∑ais，若则e1＝1，否则令e1＝0；同时Tag也产生随机向量bi∈{0,1}2k，并计算∑bit，若则e2＝1，否则令e2＝0；e1与e2满足等概分布；最后计算将bi，zi发送给Reader；3)Reader根据收到的bi和zi，计算并与自身计算的比较，两者相等则通过此轮认证，若不相等则终止整个认证。有益效果：本专利技术在满足运算简单、认证效率高、抵御非法攻击等要求的同时，弥补了HB和HB+协议的缺点。抗被动攻击的新协议中，标签不需要调用随机数生成函数，运算效率更高，且两个协议均能够保证合法用户100％通过认证。因为e、e1和e2等概分布，非法用户猜对e、e1、e2的概率为50％，被动攻击者正确猜测zi的值的概率是0.5。主动攻击者虽能通过修改ai的值对e1操控，但不能修改bi的值，无法操控e2。故当一轮认证过程循环执行l次，非法用户能正确通过认证的概率为(0.5)l，则认证轮数可以选择60，远小于HB类认证协议推荐的轮数要求。且在协议执行过程中，只要有一轮未通过认证，即可终止协议认证，相比于HB和HB+协议将大大减少通信量，这也可以避免主动攻击者发起的一系列恶意消耗设备资源的攻击。附图说明图1为RFID物理结构图。图2为抗被动攻击超轻量级RFID认证协议1轮认证过程图。图3为抗主动攻击超轻量级RFID认证协议1轮认证过程图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例，进一步阐明本专利技术。图1是本专利技术中RFID的物理结构图，如图1所示，RFID由三部分组成：服务器、阅读器、标签。标签相当于条码技术中的条码符号，用来存储需要识别传输的信息，另外，与条码不同的是，标签必须能够自动或在外力的作用下，把存储的信息发射出去。标签一般是带有线圈、天线、存储器与控制系统的低电集成电路。阅读器基本的功能就是提供与标签进行数据传输的途径。另外，阅读器还提供相当复杂的信号状态控制、奇偶错误校验与更正功能等。标签中除了存储需要传输的信息外，还必须含有一定的附加信息，如错误校验信息等。识别数据信息和附加信息按照一定的结构编制在本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种超轻量级RFID认证协议，其特征在于：包括：抗被动攻击超轻量级RFID认证协议：1)Reader和Tag共享密钥s＝(s1，s2，...，s2k)∈{0，1}

【技术特征摘要】
1.一种超轻量级RFID认证协议，其特征在于：包括：抗被动攻击超轻量级RFID认证协议：1)Reader和Tag共享密钥s＝(s1，s2，...，s2k)∈{0，1}2k，k为奇数，同时s的汉明权重hw(s)＝k；Reader生成一个随机向量ai＝(ai1，ai2，...，ai2k)∈{0，1}2k发送给Tag，同时要求hw(ai)＝k；2)Tag收到向量ai后，计算∑ais＝ai1s1+ai2s2+…+ai2ks2k，若则e＝1，否则令e＝0，随后计算并发送给Reader；e满足等概分布；3)Reader根据收到的zi计算并与其自身计算的e比较，若相等则此轮认证通过...

【专利技术属性】
技术研发人员：王少辉，李灿灿，王化群，贡坚，肖甫，王汝传，
申请(专利权)人：南京邮电大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32