基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法技术方案

本发明专利技术涉及一种基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法，该方法中，在任意第i轮识别中，阅读器采用多种子构建选种向量VSi，并根据VSi构建期望时隙状态向量VEi；阅读器将VSi、帧的长度fi以及r个种子广播给所有真实标签，每个真实标签进行哈希计算并根据选种向量VSi选择一个时隙回复阅读器，阅读器构建实际时隙状态向量VAi；根据构建的VEi和VAi，阅读器依次对比每个时隙的期望状态与实际状态，并做出识别措施；当阅读器完成上一轮的识别后，改变fi以及r个种子继续对剩余未被失活的真实标签进行新一轮的识别，阅读器将执行多轮识别直至系统中所有的真实标签被识别完毕，则完成整个系统的概率性克隆攻击的识别。本发明专利技术能够提高克隆标签的识别精度和效率，缩短识别时间。

Probabilistic clone attack identification method of large-scale RFID system based on multi seeds

【技术实现步骤摘要】
基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法
本专利技术属于射频识别和物联网
，涉及射频识别系统，具体地说，涉及了一种基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法。
技术介绍
射频识别(英文：RadioFrequencyIdentification，简称：RFID)系统通常由一个后台服务器、一个或者多个阅读器(英文：Reader)以及大量的标签(英文：Tag)组成，阅读器可以通过有线信道与后台服务器进行通信并获取标签的ID信息，同时阅读器也可以通过无线信道与其通信范围内的标签进行通信。对于阅读器与标签之间的通信，阅读器在某一时刻只能与一个标签进行通信。因此，为了提高通信效率、减少数据碰撞，阅读器通常采用帧时隙Aloha协议(FramedSlottedAlohaProtocol)与标签进行通信，在该协议中，时间被分成多个时隙，每个标签通过哈希计算选择不同的时隙对阅读器进行应答，并把这段时间的所有时隙称为一个帧。根据每个时隙被标签选中的情况可将时隙分为三种类型：(1)空时隙，即没有标签选中该时隙；(2)单时隙，即仅有一个标签选中该时隙；(3)冲突时隙，即有多个标签选中该时隙。由于阅读器已知所有标签的ID，其可以预先估计每个时隙的预期状态，通过该帧的执行，阅读器又可以得到每个时隙的实际状态，通过对比时隙的预期状态与实际状态，便可以实现对克隆攻击初步的识别。射频识别作为物联网的一项关键技术，近年来随着物联网设备的发展，射频识别被广泛运用在各种场景中，比如跟踪、物品监管以及社交网络中。同时随着RFID标签的普及，射频识别系统中的非法读取、窃听、克隆等安全问题也日益突出，引起了学术界的广泛关注。目前已有的适用于大规模RFID系统的克隆标签识别方法是基于S-BID协议进行克隆标签识别的。S-BID协议(参见K.Bu,X.Liu,andB.Xiao,“FastCloned-TagIdentificationProtocolsforLarge-ScaleRFIDSystems,”inProc.ofIEEEIWQoS,2012.)是基于克隆标签会百分百回应阅读器询问的前提条件下的克隆标签识别方法，能够识别RFID系统中所有的克隆标签，包括多轮识别。在每一轮的识别过程中，阅读器首先广播一个包含r和f的信息，其中r是随机数种子，f是帧的长度。阅读器根据已知的所有标签的ID信息提前组建一个期望时隙状态向量，每一位表示其对应时隙的预期状态，如果该时隙的预期状态是单时隙，则为‘1’，如果该时隙的预期状态是空时隙或冲突时隙，则为‘0’。每个标签根据阅读器广播的参数信息以及自己的ID进行哈希运算选择其应答的时隙，阅读器根据标签的实际应答情况，组建一个实际时隙状态向量，每一位表示其对应时隙的实际状态，如果该时隙是冲突时隙，则为‘1’，如果该时隙是空时隙或单时隙，则为‘0’。阅读器通过对比两个向量对应位的值，便可以对选择相应时隙的标签做出是否被克隆的判断。如果两个向量对应位的值均为‘1’，则可以识别选择该位对应的时隙的标签被克隆并使其失活；如果某一位在期望时隙状态向量为‘1’在实际时隙状态向量为‘0’，则可以识别选择该位对应的时隙的标签未被克隆并使其失活。该协议通过多轮的执行，直至RFID系统中所有标签被识别完毕。然而，上述克隆标签识别方法的缺陷是其针对克隆标签百分百回复阅读器即攻击概率为100％的条件下有效。然而从攻击者的角度考虑，可能会为了节省攻击能量以及躲避阅读器的识别等原因从而发起概率性的克隆攻击，即每个克隆标签以不同的概率发起攻击，既能对系统造成干扰又能节省攻击能量以及躲避识别。当克隆标签以一定的概率发起攻击时，该方法就会出现大量的误判，导致识别精度快速地下降，识别效率低。
技术实现思路
本专利技术针对现有技术存在的克隆标签识别精度低等上述不足，提供一种基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法，该方法能够提高克隆标签的识别精度和效率，缩短识别时间。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法，所述大规模RFID系统包括一个后台服务器、一个阅读器、N个真实标签和C,1≤C＜N个被克隆的真实标签，对于被克隆的真实标签m遭受其克隆标签攻击的攻击概率为pm；阅读器采用多轮识别的方式对大规模RFID系统中的所有真实标签进行识别，所述识别方法含有以下步骤：(一)在任意第i轮识别中，阅读器根据所有真实标签的ID信息、帧的长度、随机数种子以及哈希函数采用多种子构建选种向量VSi，并根据选种向量VSi构建能够反映每个时隙预期状态的期望时隙状态向量VEi，用“1”表示期望时隙状态为“单时隙”，用“0”表示期望时隙状态为非单时隙；其中，构建选种向量VSi和期望时隙状态向量VEi的方法步骤为：在任意第i轮识别中，阅读器生成r个随机数种子Ri1,Ri2,…,Rir，阅读器构建一个由多个选择器组成的选种向量，选择器的个数等于当前第i轮帧的长度fi，每个选择器由位组成并且初始值设为0，用选择器的值代表其对应位置的时隙采用的种子序号；阅读器首先根据所有真实标签的ID、帧的长度fi以及第一个随机数种子Ri1做哈希运算H(ID,Ri1)modfi，实现所有时隙与真实标签之间的第一次匹配，计算得到单时隙对应的选择器的值将被设为1，代表单时隙以及选择单时隙的真实标签使用随机数种子Ri1，然后再继续利用第二个随机数种子Ri2对剩余的真实标签进行哈希运算H(ID,Ri2)modfi，若计算得到单时隙对应的选择器的值为0，则将选择器的值设为2，代表单时隙以及选择单时隙的真实标签使用随机数种子Ri2，重复以上操作，直至所有的个随机数种子被执行完毕，选种向量VSi构建完成；由选种向量VSi的构建过程可知，在VSi中，值为0的选择器表明其对应位置时隙的期望状态为非单时隙，设置期望时隙状态向量VEi中对应位为“0”，值非0的选择器表明其对应位置时隙的期望状态为单时隙，设置期望时隙状态向量VEi中对应位为“1”。(二)阅读器将选种向量VSi、帧的长度fi以及r个随机数种子Ri1,Ri2,…,Rir广播给所有真实标签，每个真实标签进行哈希计算并根据选种向量VSi选择一个时隙回复阅读器，阅读器根据执行过程中真实标签的响应构建一个反映时隙实际状态的实际时隙状态向量VAi。(三)根据构建的期望时隙状态向量VEi和实际时隙状态向量VAi，阅读器依次对比每个时隙的期望状态与实际状态，实现对被克隆的真实标签的识别与失活、对未被克隆的真实标签的识别与失活以及对在当前轮中不能判断是否被克隆的真实标签的操作。(四)当阅读器完成上一轮的识别后，即完成上述步骤(一)、步骤(二)、步骤(三)，改变帧的长度fi以及r个随机数种子Ri1,Ri2,…,Rir继续对剩余未被失活的真实标签进行新一轮的识别，阅读器将执行多轮识别直至大规模RFID系统中所有的真实标签被识别完毕，则完成整个大规模RFID系统的概率性克隆攻击的识别。优选的，步骤(一)中，在每一轮识别开始之前，阅读器首先更新该轮帧的长度，阅读器更新帧的长度fi的方法为：阅读器根据第i轮之前大规模RFID系统中未被失活的真实标签的数量计算当前i轮帧的长度fi的最优值，计算公式表示为：式本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法，其特征在于，所述大规模RFID系统包括一个后台服务器、一个阅读器、N个真实标签和C,1≤C＜N个被克隆的真实标签，对于被克隆的真实标签m遭受其克隆标签攻击的攻击概率为pm；阅读器采用多轮识别的方式对大规模RFID系统中的所有真实标签进行识别，所述识别方法含有以下步骤：(一)在任意第i轮识别中，阅读器根据所有真实标签的ID信息、帧的长度、随机数种子以及哈希函数采用多种子构建选种向量VSi，并根据选种向量VSi构建能够反映每个时隙预期状态的期望时隙状态向量VEi，用“1”表示期望时隙状态为单时隙，用“0”表示期望时隙状态为非单时隙；其中，构建选种向量VSi和期望时隙状态向量VEi的方法步骤为：在任意第i轮识别中，阅读器生成r个随机数种子Ri1,Ri2,…,Rir，阅读器构建一个由多个选择器组成的选种向量，选择器的个数等于当前第i轮帧的长度fi，每个选择器由

【技术特征摘要】
1.一种基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法，其特征在于，所述大规模RFID系统包括一个后台服务器、一个阅读器、N个真实标签和C,1≤C＜N个被克隆的真实标签，对于被克隆的真实标签m遭受其克隆标签攻击的攻击概率为pm；阅读器采用多轮识别的方式对大规模RFID系统中的所有真实标签进行识别，所述识别方法含有以下步骤：(一)在任意第i轮识别中，阅读器根据所有真实标签的ID信息、帧的长度、随机数种子以及哈希函数采用多种子构建选种向量VSi，并根据选种向量VSi构建能够反映每个时隙预期状态的期望时隙状态向量VEi，用“1”表示期望时隙状态为单时隙，用“0”表示期望时隙状态为非单时隙；其中，构建选种向量VSi和期望时隙状态向量VEi的方法步骤为：在任意第i轮识别中，阅读器生成r个随机数种子Ri1,Ri2,…,Rir，阅读器构建一个由多个选择器组成的选种向量，选择器的个数等于当前第i轮帧的长度fi，每个选择器由位组成并且初始值设为0，用选择器的值代表其对应位置的时隙采用的种子序号；阅读器首先根据所有真实标签的ID、帧的长度fi以及第一个随机数种子Ri1做哈希运算H(ID,Ri1)modfi，实现所有时隙与真实标签之间的第一次匹配，计算得到单时隙对应的选择器的值将被设为1，代表单时隙以及选择单时隙的真实标签使用随机数种子Ri1，然后再继续利用第二个随机数种子Ri2对剩余的真实标签进行哈希运算H(ID,Ri2)modfi，若计算得到单时隙对应的选择器的值为0，则将选择器的值设为2，代表单时隙以及选择单时隙的真实标签使用随机数种子Ri2，重复以上操作，直至所有的随机数种子被执行完毕，选种向量VSi构建完成；由选种向量VSi的构建过程可知，在选种向量VSi中，值为0的选择器表明其对应位置时隙的期望状态为非单时隙，设置期望时隙状态向量VEi中对应位为“0”，值非0的选择器表明其对应位置时隙的期望状态为单时隙，设置期望时隙状态向量VEi中对应位为“1”；(二)阅读器将选种向量VSi、帧的长度fi以及r个随机数种子Ri1,Ri2,…,Rir广播给所有真实标签，每个真实标签进行哈希计算并根据选种向量VSi选择一个时隙回复阅读器，阅读器根据执行过程中真实标签的响应构建一个反映时隙实际状态的实际时隙状态向量VAi；(三)根据构建的期望时隙状态向量VEi和实际时隙状态向量VAi，阅读器依次对比每个时隙的期望状态与实际状态，实现对被克隆的真实标签的识别与失活、对未被克隆的真实标签的识别与失活以及对在当前轮中不能判断是否被克隆的真实标签的操作；(四)当阅读器完成上一轮的识别后，即完成上述步骤(一)、步骤(二)、步骤(三)，改变帧的长度fi以及r个随机数种子Ri1,Ri2,…,Rir继续对剩余未被失活的真实标签进行新一轮的识别，阅读器将执行多轮识别直至大规模RFID系统中所有的真实标签被识别完毕，则完成整个大规模RFID系统的概率性克隆攻击的识别。2.如权利要求1所述的基于多种子的大规模RFID系统概率性克隆攻击识别方法，其特征在于，步骤(一)中，在每一轮识别开始之前，阅读器首先更新该轮帧的长度，阅读器更新帧的长度fi的方法为：阅读器根据第i轮之前大规模RFID系统中未被失活的真实...

【专利技术属性】
技术研发人员：陈鸿龙，艾欣，林凯，李哲，代天骄，石乐义，
申请(专利权)人：中国石油大学华东，
类型：发明
国别省市：山东,37