车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法、车联网通信系统技术方案

本发明专利技术属于车联网通信技术领域，公开了一种车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法、车联网通信系统；采用低开销的轻量级RFID安全认证方法，用于阅读器在收集车辆信息时完成对车载标签的安全认证；能抵抗重放攻击、假冒攻击、去同步攻击和恶意追踪等这些RFID系统中的常见威胁，防止车联网用户的隐私泄露。本发明专利技术为了防止标签的隐私泄露给半可信的云服务器，使用对称加密算法加密存储在云上的标签ID；保证认证时标签对系统外实体的匿名性，标签的身份信息都经过了有效的加密，且可能被用来追踪标签的时间戳Tt也被模糊处理。本发明专利技术的安全性较高，不仅实现了标签匿名和双向认证，还能抵抗重放攻击、恶意追踪、假冒攻击和去同步攻击。

Lightweight RFID Security Authentication Method and Vehicle Networking Communication System in Vehicle Networking Scenario

【技术实现步骤摘要】
车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法、车联网通信系统
本专利技术属于车联网通信
，尤其涉及一种车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法、车联网通信系统。
技术介绍
无线射频识别技术(RadioFrequencyIdentification，RFID)是一种非接触的自动识别与通信技术，其基本原理是利用射频信号和空间耦合(电感或电磁耦合)传输特性，实现对被识别物体的自动识别，而无需识别系统与特定目标之间建立机械或者光学接触。RFID技术在信息采集、存储、传输方面的优势使其在车联网中得到了广泛的应用。技术经常是一把双刃剑，车联网在给人们带来更好的智能化的出行体验同时，也增加了安全威胁和隐私泄露的风险。在车联网系统中，车与车、车与路边单元均是通过无线通信技术传输数据，存在信息被干扰拦截和窃听的情况。如果没有安全的认证系统，非法用户可能向其他车辆传输恶意信息或者对车辆实施非授权控制。如果车联网用户的安全与隐私不能得到很好的保障，车联网技术也很难应用到实际当中。作为车联网中的关键技术，RFID不仅能实现数据的传输，还能完成实体间的认证，一个安全高效的RFID认证系统对车联网至关重要。目前，最接近的现有技术：现有技术一为一种用于电动汽车智能充电基础设施的RFID网格网络。该方案为识别和授权车辆充电提供了一种经济高效的解决方案。但是该协议没有明确说明怎样传输车载标签ID以及如何保护它的安全性。由于车载标签与车联网用户身份直接关联，如果标签ID在传输时没有得到有效加密，被敌手获得，首先导致的就是用户隐私泄露，更进一步敌手还可能通过获得的ID伪造标签实时其他攻击。现有技术二为一个改进型的RFID车联网密钥管理方案，即证书撤销状态验证方案。他们的方案需要将RFID服务器看作一个可信的第三方。由于当前提倡使用云计算替代传统的服务器，但是现在的云服务器多为公共云，并不完全可信。云服务提供商存在收集用户数据和使用习惯的可能，这会导致严重的隐私泄露。因而该技术缺陷在于应用范围受限，不适合于当前主流的以公共云作为服务器的场景。现有技术三为一种安全的基于QoS感知策略的车载自组网。该方案主要包括两部分：标签和收费系统。在该方案中，阅读器和后端服务器被视为一个整体，因而阅读器的成本会很高。由于系统成本的限制，阅读器不能被广泛布置，扩展性较差，使得该技术只能适用于小范围的车联网应用环境。现有技术四为一个车联网环境下基于身份的聚合签名认证方案，该方案结合在线/离线和批量认证技术，在生成用户私钥的时候还使用了基于身份的加密技术，具有延迟低、认证快、通信开销小的特点。然而该技术为了确保认证效率，放弃了对用户隐私的保护，因而仅适用于公用车辆或者其他不需要隐私保护的实体，不适用于普通的车联网用户。可以看出这些车联网场景下的RFID认证方案都存在一些问题，与传统的RFID认证协议相比，它们只强调功能而较少考虑安全性，或者只是适用于某一特定车联网环境，无法大规模应用。由于阅读器和标签在无线环境中直接通信，数据完全暴露在外部影响之下，RFID系统容易遭受攻击。通信内容可能被截取、重放和篡改，标签的隐私可能会被泄露。云作为不完全可信的第三方也增加了基于云的RFID技术在应用中的难度。由于标签的计算处理能力和存储空间有限，其与传统的网络安全的解决方案相比有很大不同。RFID本身的安全问题加上云的开放性，使得设计车联网场景下基于云的RFID认证技术具有挑战性。解决上述技术问题的难度：为了保护系统的机密性与和用户的隐私，认证过程中，标签的身份信息需要经过加密才能发送。受到成本的限制，目前符合EPCClass1Generation2标准的主动式标签能用于数据加密的逻辑们不到5000个。然而目前主流的哈希函数MD5和SHA-256的实现却需要8000到10000个逻辑门，将哈希函数用于低成本的标签加密显然不切实际，更不用提计算复杂度更高的对称加密与公钥加密算法。因而该技术的第一个难点在于寻找一种轻量级的加密方法，能够适用于低成本的标签并在认证中有效保护标签的ID。标签与阅读器在传输信息使用的是无线广播信道，敌手可在该信道中任意读取、篡改、删除、延迟发送或重放任何消息，也可以在任何时候发起与任何实体的任意回话。因而RFID系统会遭受着大量的安全攻击，它们可能是窃听攻击、重放攻击、伪造攻击、去同步攻击、恶意追踪等。因而设计一个能够抵抗以上攻击手段的认证协议是第二个难点。解决上述技术问题的意义：在车联网环境中，车载标签经常处于高速移动状态，留给标签与阅读器的通信时间是极短的，因而RFID协议的认证速度是一个很关键的因素。而设计一个轻量级的RFID认证协议不仅能够有效降低系统成本，还能提高认证效率。另一方面如果车联网用户的安全与隐私不能保障，车联网技术也很难被用户信赖而难以应用到实际当中。所以设计一个能够抵抗众多攻击的安全认证协议也是很有必要的。
技术实现思路
针对现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法、车联网通信系统。本专利技术是这样实现的，一种车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法，所述车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法包括：初始化阶段和认证阶段；所述初始化阶段由系统在出厂时在安全环境下执行具体如下：(1)为每一个标签分配一个唯一的身份标识信息ID和共享秘密F；标签会存储其身份信息ID、身份信息的加密值E1(ID)、共享秘密F和一个初始时间戳Tt；(2)阅读器存储E1()、E2()这两个对称加密算法的加解密密钥；(3)云服务器的存储结构存储标签的初始时间戳Tt、加密后的身份标识信息E1(ID)和共享秘密F，存储第二个对称加密算法E2()的加解密密钥；所述认证阶段步骤如下：(1)阅读根据当前的时间生成一个时间戳Rt和伪随机数Nr，向标签发送Query请求并附带Rt和Nr；(2)标签收到Rt后将其与车辆当前时间比较，如果与当前时间的差值|Rt-T当前时间|小于规定的阈值ΔT则执行后续步骤，否则标签会终止认证过程；接下来标签会计算并把M(Tt)、Rt发送给阅读器；(3)阅读器收到M(Tt)、Rt后首先检查其是否发送过Rt，然后计算Rt与当前时间的差值|Rt-T当前时间|，若小于规定的阈值ΔT'则执行后续步骤，否则终止认证。然后将这三条数据以及时间戳Rt对应的伪随机数Nr都发给云服务器；云在其数据库中查询与M(Tt)对应的时间戳Tt并索引到E1(IDi)，然后在刚才的查询结果中寻找满足的E1(IDi)；如果存在满足条件的E1(IDi)，云服务器执行以下步骤：1)如果索引Tt的标志位为“1”，则直接添加时间戳索引Rt,0；如果Tt的标志位为“0”，则意味着最后一次认证没有正常结束，此时将Tt的标志位改为“1”，将该标签其余索引的标志位改为“0”，并添加索引Rt,0；2)云服务器计算E2(E1(IDi)||Tt||Rt||F)并发送给阅读器；(4)阅读器从E2(E1(IDi)||Tt||Rt||F)中解密获得{E1(IDi),Tt,Rt,F}，检查其中的E1(IDi)、F与是否匹配，如果匹配，则阅读器认证云服务器；接着，阅读器解密E1(IDi)获得标签身份信息IDi；然后计算将的左半部分发送给标签；(5)标签收到后检查其正确本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法，其特征在于，所述车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法包括：初始化阶段和认证阶段；所述初始化阶段由系统在出厂时在安全环境下执行具体如下：(1)为每一个标签分配一个唯一的身份标识信息ID和共享秘密F；标签会存储其身份信息ID、身份信息的加密值E1(ID)、共享秘密F和一个初始时间戳Tt；(2)阅读器存储E1()、E2()这两个对称加密算法的加解密密钥；(3)云服务器的存储结构存储标签的初始时间戳Tt、加密后的身份标识信息E1(ID)和共享秘密F，存储第二个对称加密算法E2()的加解密密钥；所述认证阶段步骤如下：(1)阅读根据当前的时间生成一个时间戳Rt和伪随机数Nr，向标签发送Query请求并附带Rt和Nr；(2)标签收到Rt后将其与车辆当前时间比较，如果与当前时间的差值|Rt‑T当前时间|小于规定的阈值ΔT则执行后续步骤，否则标签会终止认证过程；接下来标签会计算

【技术特征摘要】
1.一种车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法，其特征在于，所述车联网场景下的轻量级RFID安全认证方法包括：初始化阶段和认证阶段；所述初始化阶段由系统在出厂时在安全环境下执行具体如下：(1)为每一个标签分配一个唯一的身份标识信息ID和共享秘密F；标签会存储其身份信息ID、身份信息的加密值E1(ID)、共享秘密F和一个初始时间戳Tt；(2)阅读器存储E1()、E2()这两个对称加密算法的加解密密钥；(3)云服务器的存储结构存储标签的初始时间戳Tt、加密后的身份标识信息E1(ID)和共享秘密F，存储第二个对称加密算法E2()的加解密密钥；所述认证阶段步骤如下：(1)阅读根据当前的时间生成一个时间戳Rt和伪随机数Nr，向标签发送Query请求并附带Rt和Nr；(2)标签收到Rt后将其与车辆当前时间比较，如果与当前时间的差值|Rt-T当前时间|小于规定的阈值ΔT则执行后续步骤，否则标签会终止认证过程；接下来标签会计算并把M(Tt)、Rt发送给阅读器；(3)阅读器收到M(Tt)、Rt后首先检查其是否发送过Rt，然后计算Rt与当前时间的差值|Rt-T当前时间|，若小于规定的阈值ΔT'则执行后续步骤，否则终止认证；然后将这三条数据以及时间戳Rt对应的伪随机数Nr都发给云服务器；云在其数据库中查询与M(Tt)对应的时间戳Tt并索引到E1(IDi)，然后在刚才的查询结果中寻找满足如果存在满足条件的E1(IDi)，云服务器执行以下步骤：1)如果索引Tt的标志位为“1”，则直接添加时间戳索引Rt,0；如果Tt的标志位为“0”，则意味着最后一次认证没有正常结束，此时将Tt的标志位改为“1”，将该标签其余索引的标志位改为“0”，并添加索引Rt,0；2)云服务器计算E2(E1(IDi)||Tt||Rt||F)并发送给阅读器；(4)阅读器从E2(E1(IDi)||Tt||Rt||F)中解密获得{E1(IDi),Tt,Rt,F}，检查其中的E1(IDi)、F与是否匹配，如果匹配，则阅读器认证云服务器；接着，阅读器解密E1(IDi)获得标签身份信息IDi；然后计算将的左半部分发送给标签；(5)标签收到后检查其正确性并认证阅读器；然后标签将其存储的时间戳由Tt替换为Rt，发送给阅读器；(6)阅读器检查收到的并认证标签，然后...

【专利技术属性】
技术研发人员：樊凯，罗琪，朱珊珊，康俊斌，邱剑莹，李晖，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61