RFID系统空中接口安全协议的研究与设计

论文摘要

一个典型的RFID(Radio Frequency Identification)系统一般由电子标签、读写器和后台服务器组成,当电子标签进入到读写器的电磁场后,电子标签通过电磁耦合获取能量从而被激活,并响应读写器的射频信号指令。近几年,随着无线通信技术的不断发展和物联网应用的日益广泛,无线射频识别系统也在向着更低的成本和更高的性能方向发展,与此同时,RFID的安全隐私问题也面临着巨大的挑战。目前,RFID的安全技术已成为制约RFID发展和应用的瓶颈问题之一。RFID系统采用的安全策略分为物理安全策略和基于密码协议的安全策略。由于物理安全策略使用成本高且局限性较大,使得基于密码的安全协议的设计成为RFID安全领域最活跃的研究方向之一。本文深入分析RFID系统空中接口面临的安全隐私问题,重点研究RFID系统中读写器和标签之间空中接口的数据通信安全,在现有RFID系统采用的安全认证协议基础上,设计出适合低成本无源电子标签的安全认证协议。本文取得了以下的研究成果:⑴设计出一种轻量级的RFID双向认证协议(LMAP),该协议使用轻量级的Hash函数,在认证过程中需要读写器和标签相互确认彼此的合法身份。该协议使用读写器来完成标签的认证功能,在进行安全性能分析后表明,该协议可以在低成本电子标签上实现。⑵设计出一种双标签离线安全认证协议(OASP),该协议可以在后台服务器离线的状态下,使用读写器作为通信媒介,在两个电子标签间传送认证信息。该协议能够抵御假冒攻击、非法窃听、标签跟踪、重放攻击,并具备前向安全、后向安全和标签匿名。⑶在OASP协议的基础上,设计出一种群标签离线安全认证协议,该协议可以同时实现多个电子标签的认证功能,同时具备OASP协议安全性。在对该协议的特点分析后表明,该协议具有一定的研究价值和应用价值。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 研究现状
• 1.3 主要工作与贡献
• 1.4 论文的组织结构
• 第2章 RFID 系统及安全隐私问题
• 2.1 RFID 系统组成
• 2.1.1 RFID 系统组成及工作原理
• 2.1.2 RFID 工作频率
• 2.1.3 ISO/IEC 标准体系
• 2.1.4 EPC 相关标准
• 2.1.5 RFID 技术的发展
• 2.2 RFID 系统面临的无线威胁
• 2.2.1 无线威胁模型
• 2.2.2 无线威胁种类
• 2.2.3 RFID 系统的安全需求
• 2.2.4 RFID 系统实现安全协议的困难
• 2.3 本章小结
• 第3章 现有RFID 系统安全策略
• 3.1 物理安全策略
• 3.1.1 法拉第电磁屏蔽网罩
• 3.1.2 Kill 标签机制
• 3.1.3 选择性阻塞和主动干扰
• 3.1.4 可分离的电子标签
• 3.2 基于密码协议的RFID 系统安全策略
• 3.2.1 后台服务器在线认证的RFID 安全协议
• 3.2.2 后台服务器离线认证的RFID 安全协议
• 3.3 本章小结
• 第4章 RFID 轻量级双向认证协议LMAP 协议
• 4.1 读写器模块构建
• 4.2 LMAP 协议描述
• 4.2.1 轻量级Hash 函数
• 4.2.2 协议的初始条件
• 4.2.3 协议认证过程
• 4.3 LMAP 协议的BAN 逻辑分析与证明
• 4.3.1 BAN 逻辑符号和公理
• 4.3.2 BAN 逻辑证明的目标
• 4.3.3 协议的BAN 逻辑证明
• 4.4 LMAP 协议的安全性能分析
• 4.4.1 协议的安全性分析
• 4.4.2 协议的性能分析
• 4.5 本章总结
• 第5章 一种双标签离线认证的RFID 安全协议和群标签离线认证安全协议
• 5.1 OASP 安全协议描述
• 5.1.1 协议的初始条件
• 5.1.2 协议认证过程
• 5.2 OASP 协议的安全性能分析
• 5.2.1 协议的安全性分析
• 5.2.2 协议的性能分析
• 5.3 群标签离线认证安全协议
• 5.3.1 OASP 安全协议的应用问题探讨
• 5.3.2 群标签离线认证安全协议的初始条件
• 5.3.3 群标签离线认证安全协议过程
• 5.3.4 群标签离线认证安全协议特点
• 5.4 本章小结
• 第6章 总结
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文和科研成果