0 引言

    RFID系統(tǒng)將尺寸較小、成本極低的標(biāo)簽置入目標(biāo)物體，以實(shí)現(xiàn)對(duì)海量物品的監(jiān)控^[1]。目前，RFID網(wǎng)絡(luò)已廣泛應(yīng)用于供應(yīng)鏈管理、運(yùn)輸各行業(yè)之中，RFID的目標(biāo)是代替已有的條形碼^[2，3]。然而，RFID為無(wú)線接入，極易受到攻擊與隱私泄露的威脅。RFID標(biāo)簽的能量、計(jì)算與存儲(chǔ)能力均較低，無(wú)法負(fù)荷復(fù)雜的加密算法，而大量采用加密算法的安全協(xié)議不具備較好的實(shí)用性^[4]。

    已有的RFID系統(tǒng)大多采用雙向認(rèn)證，雙向認(rèn)證需要標(biāo)簽認(rèn)證數(shù)據(jù)庫(kù)的真?zhèn)危瑪?shù)據(jù)庫(kù)認(rèn)證標(biāo)簽的真?zhèn)危哂休^高的安全性^[5，6]。本文采用單向hash函數(shù)生成共享秘鑰，采用一次性的秘密身份對(duì)生成標(biāo)簽的一次性身份ID，匿名性較好。同時(shí)，本協(xié)議的標(biāo)簽無(wú)需復(fù)雜的計(jì)算操作，并且數(shù)據(jù)庫(kù)端無(wú)需搜索操作，計(jì)算量極低。研究結(jié)果證明了本文輕量級(jí)的RFID安全協(xié)議滿足RFID網(wǎng)絡(luò)所需的所有安全性需求，且計(jì)算復(fù)雜度較低。

1 本文協(xié)議

    表1為本文的符號(hào)說(shuō)明。

    圖1所示是一個(gè)典型的RFID網(wǎng)絡(luò)模型，其中網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浞譃槿舾纱兀瑸槊總€(gè)簇分配一個(gè)閱讀器。RFID標(biāo)簽可在簇之間移動(dòng)，閱讀器需要認(rèn)證其簇內(nèi)的標(biāo)簽，同時(shí)，標(biāo)簽需要向閱讀器注冊(cè)。假設(shè)閱讀器與服務(wù)器共享一個(gè)秘鑰Krs，標(biāo)簽與閱讀器之間的信道為非安全信道。

1.2 匿名認(rèn)證階段

    該階段實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽、閱讀器與數(shù)據(jù)庫(kù)的雙向認(rèn)證。圖2所示為認(rèn)證流程示意圖，該階段包含以下步驟：

2 RFID基本指標(biāo)與安全性分析

2.1 RFID基本性能分析

    (1)標(biāo)簽-數(shù)據(jù)庫(kù)的雙向認(rèn)證。

      (3)可用性。

      證明：如果標(biāo)簽與服務(wù)器同步更新秘密信息，則易受到去同步攻擊或Dos攻擊^[7]，此時(shí)，數(shù)據(jù)庫(kù)無(wú)法判斷真正有效的請(qǐng)求。而本文的秘密ID與緊急秘鑰之間無(wú)直接聯(lián)系，由此防御去同步攻擊。

    (4)轉(zhuǎn)發(fā)安全性。

2.2 安全性分析

    (1)重放攻擊。

    證明：攻擊者攔截之前的消息，重放該消息。本文方法中，因?yàn)檎?qǐng)求M_A1中的參數(shù)僅允許發(fā)送一次，因此，數(shù)據(jù)庫(kù)可輕松檢測(cè)出重放攻擊的消息。

    (2)假冒攻擊。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

    本文協(xié)議的目標(biāo)是在保證合理計(jì)算成本的前提下，滿足RFID的安全性要求。將本方法與其他4個(gè)具有代表性的輕量級(jí)RFID雙向認(rèn)證協(xié)議^[8-11]進(jìn)行比較。

    表2所示為5種RFID協(xié)議的安全性結(jié)果統(tǒng)計(jì)，本方法可滿足所有的RFID系統(tǒng)安全要求，而其他算法無(wú)法完全滿足RFID系統(tǒng)安全需求。

    為了驗(yàn)證標(biāo)簽的身份信息，RFID協(xié)議需要具備一定的搜索能力，由此降低了協(xié)議的擴(kuò)展性。表3所示為幾種協(xié)議的計(jì)算成本結(jié)果，本協(xié)議的計(jì)算開銷低于其他幾種算法。實(shí)驗(yàn)采用8 MHz頻率的SHA-256 MSP430協(xié)議族，hash函數(shù)的運(yùn)行時(shí)間為0.065 ms。本文方法需要14×t_Hash的操作，因此需要0.91 ms，與其他4種算法接近，但本協(xié)議具有最全面的安全性能，因此，犧牲少量的計(jì)算時(shí)間較為合理。

    對(duì)RFID協(xié)議運(yùn)行所需的運(yùn)行時(shí)內(nèi)存進(jìn)行比較統(tǒng)計(jì)，表4為本文協(xié)議標(biāo)簽運(yùn)行所需的內(nèi)存(RAM)大小，本協(xié)議所需的RAM大小略高于文獻(xiàn)[9]，但是明顯低于其他3種算法。由于文獻(xiàn)[8-10]并非基于hash函數(shù)的認(rèn)證方法，其標(biāo)簽消息的長(zhǎng)度較高，且無(wú)法做出準(zhǔn)確的統(tǒng)計(jì)。然而，本文標(biāo)簽秘鑰為128 bit，標(biāo)簽ID為64 bit，協(xié)議安全性變量所需的存儲(chǔ)空間為224+n*(192)bit，該容量較低，其中n*(192)bit的存儲(chǔ)空間用于抵御Dos攻擊，而其他協(xié)議均無(wú)法抵御DoS攻擊。此外，本文標(biāo)簽的認(rèn)證過(guò)程中，傳遞的消息長(zhǎng)度為416 bit，其中32 bit是追蹤序列號(hào)Tr_seq，該開銷可保證協(xié)議具有較好的可擴(kuò)展性，而其他算法可擴(kuò)展性較差。

4 結(jié)論

    根據(jù)RFID標(biāo)簽的能量來(lái)源，可將其分為被動(dòng)式標(biāo)簽、半被動(dòng)式標(biāo)簽以及主動(dòng)式標(biāo)簽。主動(dòng)與半被動(dòng)標(biāo)簽均具有較高的計(jì)算與存儲(chǔ)能力，而本文的輕量級(jí)安全協(xié)議需要一定的存儲(chǔ)能力(維護(hù)合理數(shù)量的秘密ID-緊急秘鑰對(duì))，因此本協(xié)議適用于主動(dòng)與半被動(dòng)標(biāo)簽。但合理的開銷使得本文具有完整的安全性能，可抵御各種主流的RFID網(wǎng)絡(luò)攻擊，具有極好的實(shí)用價(jià)值。

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