| 摘要 提出一種解決RFID安全與隱私問題的方法。它是在隨機控制Hash鎖方法基礎(chǔ)上的一種改進方法,解決了位置隱私和中間人攻擊問題;與定控制和隨機Hash鎖方法相比,具備相同的安全級水平,同時降低計算負載,適合于大量射頻標簽的場合。 關(guān)鍵詞 RFID Hash鎖 安全與隱私 引言 RFID安全問題集中在對個人用戶的隱私保護、對企業(yè)用戶的商業(yè)秘密保護,防范對RFID系統(tǒng)的攻擊以及利用RFID技術(shù)進行安全防范等多個方面。面臨的挑戰(zhàn)是： �、� 保證用戶對標簽的擁有信息不被未經(jīng)授權(quán)訪問,以保護用戶在消費習慣、個人行蹤等方面的隱私。
�、� 避免由于RFID系統(tǒng)讀取速度快,可以迅速對超市中所有商品進行掃描并跟蹤變化,而被利用來竊取用戶商業(yè)機密。
�、� 防護對RFID系統(tǒng)的各類攻擊,如重寫標簽以篡改物品信息;使用特制設(shè)備偽造標簽應答欺騙讀寫器,以制造物品存在的假相;根據(jù)RFID前后向信道的不對稱性遠距離竊聽標簽信息;通過干擾RFID工作頻率實施拒絕服務攻擊;通過發(fā)射特定電磁波破壞標簽等。
�、� 如何把RFID的唯一標識特性用于門禁安防、支票防偽、產(chǎn)品防偽等。 為了避免RFID標簽給客戶帶來關(guān)于個人隱私的擔憂,同時也為了防止用戶攜帶安裝有標簽的產(chǎn)品進入市場所帶來的混亂,很多商家在商品交付給客戶時都把標簽拆掉。這種方法無疑增加了系統(tǒng)成本,降低了RFID標簽的利用率,并且有些場合標簽不可拆卸。為解決上述安全與隱私問題,人們還從技術(shù)上提出了多種方案,包括Kill標簽、法拉第網(wǎng)罩、主動干擾、智能標簽、阻止標簽和Hash鎖等方法。Hash鎖通過簡單的Hash函數(shù),增加閉鎖和開鎖狀態(tài),對標簽和讀寫器之間的通信進行訪問;但是它無法解決位置隱私和中間人攻擊問題。本文提出一種Hash鎖改進方法,成功解決了這個問題。 1 Hash鎖方法分析 1.1 定讀取控制Hash鎖方法 在定讀取控制Hash鎖方法中,射頻標簽只對授權(quán)的讀寫器起作用,它代表了一種認證過程,認證密匙固定不變。使用該方法的射頻標簽分別有1個只讀（ROM）和1個可讀寫（如RAM）的存儲器,并且每個電子標簽只供有限的用戶使用。這些用戶都共有同一個存儲在讀寫存儲器中的識別碼。每個標簽認證讀寫器的過程如圖1所示。讀寫器對每一個電子標簽都有一個認證密匙k,每個電子標簽都存儲有一Hash方程計算的結(jié)果metaID=Hash(k)。首先讀寫器向射頻標簽發(fā)出ID訪問請求,標簽向讀寫器發(fā)出相應的metaID。讀寫器根據(jù)接收到的metaID得出密匙k并發(fā)送給標簽。然后該標簽把接收到的密匙k代入Hash方程,檢驗計算得到的結(jié)果與存儲在標簽中的metaID是否一致。如果一致,標簽就把其ID發(fā)送給讀寫器。 該方案提出了一種低成本解決安全與隱私問題的方法。僅僅需要一個Hash方程和存儲metaID值就足夠。但是它不能防止被跟蹤,因為射頻標簽的反應能提前被預測泄露,并且隨機密匙k和標簽ID能被敵人竊聽到。 
圖1 定讀取控制Hash鎖方法
1.2 隨機讀取控制Hash鎖的方法 為了避免被跟蹤,射頻標簽的反應不能被預測到而是隨機的。主要有兩種隨機讀取控制Hash鎖的方法。MIT AutoID中心提出了一種隨機Hash方案。讀寫器向射頻標簽發(fā)出ID訪問請求,標簽向讀寫器發(fā)出的不是固定的metaID,而是變化的。如圖2所示,每個標簽與讀寫器共享一個認證密匙IDk。當讀寫器向射頻標簽發(fā)出ID訪問請求時,射頻標簽產(chǎn)生一個偽隨機數(shù)字R和輸出(R,h(IDk‖R）),其中h(IDk‖R)是輸入R和認證密匙IDk的Hash方程。然后讀寫器獲得所有射頻標簽的認證密匙。讀寫器根據(jù)接收的R和存儲在后臺數(shù)據(jù)庫中所有密匙的ID計算Hash方程。如果Hash方程值與射頻標簽發(fā)送的Hash方程值匹配,讀寫器識別出該射頻標簽的密匙IDk并發(fā)送給射頻標簽。因為每次訪問時,射頻標簽的輸出改變了。該方法避免了被跟蹤的缺點;但是該方法不適合少量射頻標簽的用戶。因為被授權(quán)的讀寫器識別一個射頻標簽,就需要搜索和計算所有標簽的ID,因此該方法不適合大量射頻標簽。 
圖2 隨機讀取控制Hash鎖方法
NTT提出了一種Hash鏈方法。在第i次與讀寫器交換時,射頻標簽有其初始值Si,發(fā)送ai=G(Si)給讀寫器,再根據(jù)以前的Si更新密匙Si+1=H(Si)。其中G和H都是Hash函數(shù),如圖3所示。 
圖3 射頻標簽發(fā)送ai=G(Si)并更新密匙Si+1=H(Si)
讀寫器把ai傳給后臺數(shù)據(jù)庫,后臺數(shù)據(jù)庫維持一對列表(ID;Si)。其中Si是初始密匙值,對每一個標簽,其值是不同的。后臺數(shù)據(jù)庫從讀寫器處接收標簽,輸出ai,并且對列表中的每個Si計算a0i=G(Hj(Si)),檢查是否ai=a0i。如果ai與a0i匹配,ID就從一對a0i中識別出來了。該方法滿足了不可分辨和向前的安全特性。G是單向方程,因此敵人能獲得標簽輸出ai,但是不能從ai獲得Si。G輸出隨機值,敵人能觀測到標簽輸出,但不能把ai和ai+1聯(lián)系起來。H也是單向方程,敵人能篡改標簽并獲得標簽的密匙值,但不能從Si+1獲得Si。該算法優(yōu)勢很明顯,但是有太多的計算和比較。為了識別一個ID,后臺服務器不得不計算ID列表中的每1個ID。假設(shè)有N個已知的標簽ID在數(shù)據(jù)庫中,數(shù)據(jù)庫不得不進行N次ID搜索,2N次Hash方程計算和N次比較。計算機處理負載隨著ID列表長度成線性增加,因此,該方法也不適合大量射頻標簽的情況。 2 隨機讀取控制Hash鎖方法的改進 為了避免定讀取控制Hash鎖方法中的人為攻擊和惡意跟蹤的缺陷,并克服隨機讀取控制Hash鎖方法中計算負載過大的不足,在隨機讀取控制Hash鎖的基礎(chǔ)上,提出了一種改進方法。 2.1 必需的RFID系統(tǒng)各部分結(jié)構(gòu) （1） 射頻標簽
射頻標簽由兩部分構(gòu)成:一部分是只讀存儲器（ROM）和隨機讀取存儲器（RAM）,ROM存儲的是標簽ID的Hash值,RAM存儲的是被鑒別的讀寫器的ID;另一部分是邏輯電路,主要用于一些簡單的計算,如計算Hash方程或產(chǎn)生簡單的偽隨機數(shù)。
�。�2） 讀寫器
讀寫器與射頻標簽無線通信,每一個讀寫器都有ReaderID,用來識別一批被鑒別的讀寫器。例如,在超市里的所有讀寫器都有一樣的ReaderID,表明它們都來源于該超市。當讀寫器向射頻標簽發(fā)出訪問請求時,標簽通過讀寫器的ReaderID檢驗讀寫器。讀寫器同時與后臺數(shù)據(jù)庫連接并通信,以識別標簽并運行相關(guān)的應用。
（3） 數(shù)據(jù)庫
后臺數(shù)據(jù)庫存儲了一對對射頻標簽ID和它的Hash方程值：[TagID,hash(TagID)]。一般地,后臺數(shù)據(jù)庫與讀寫器通過有線和安全通道相連接。 2.2 工作原理 讀寫器要查詢射頻標簽ID,必須首先確定該讀寫器是否被認證。若讀寫器被認證,標簽則響應讀寫器并讓讀寫器獲得其ID。 �。�1） 讀寫器認證
在響應讀寫器并讓讀寫器獲得標簽ID信息前,讀寫器和標簽確定了認證體制。因為讀寫器的ReaderID提前存儲在標簽的RAM中,所以標簽通過讀寫器ID識別出有權(quán)限的讀寫器。標簽不響應沒有權(quán)限的讀寫器,因此,不可能被敵人跟蹤（因為讀寫器都有權(quán)限）。另外,這種權(quán)限化過程是基于標簽產(chǎn)生的隨機數(shù),因此,還可以防止敵人的哄騙。
認證過程如圖4所示。當射頻標簽接收到讀寫器的請求時,首先射頻標簽產(chǎn)生隨機數(shù)k并發(fā)送給讀寫器,讀寫器接收后傳給后臺數(shù)據(jù)庫,后臺數(shù)據(jù)庫計算a(k)=Hash (ReaderID‖k)并把a(k)傳回給讀寫器,然后讀寫器把a(k)發(fā)送給標簽。同時射頻標簽計算Hash(ReaderID‖k),然后標簽比較讀寫器與標簽計算的a(k)值是否相等。如相等,讀寫器通過了認證并且標簽向它發(fā)送一些與TagID相關(guān)的信息;若不等,該讀寫器沒有通過認證被屏蔽。 |
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