[发明专利]一种超轻量级RFID通信认证方法

说明书

本发明公开了提出了一种超轻量级RFID认证协议，针对超轻量级RFID认证协议进行了新的设计，协议采用位异或、位乘、求和等简单运算，分别提出了抗被动攻击和主动攻击的超轻量级RFID认证协议，新协议具有高效率、低成本、强认证的特性。

技术领域

本发明属于无线通信领域，具体涉及一种超轻量级RFID通信认证方法。

背景技术

RFID拥有轻便的物理载体，采用阅读器(Reader)、服务器(Server)、标签(Tag)三方结构，是可自动识别人或物的非接触式技术。该技术能够适应复杂的环境，多目标识别，具有低成本高速度的优点。但正是由于低成本的优点，导致标签的存储和计算能力受到限制，很难抵御各种被动或主动攻击。

目前对RFID的攻击主要有被动攻击、主动攻击和中间人攻击。被动攻击主要是通过监听、窃取等一系列用户不易察觉的方式进行信息的收集和整理，因为被动攻击不涉及任何数据上改变，所以对其检测是十分困难的，但可以通过加密等手段抵御该攻击行为。主动攻击指攻击者通过伪装成阅读器，生成假的数据流，采用资源使用、欺骗、伪装等攻击方法以获取信息，主动攻击易于通过检测被发现。而中间人攻击，不仅可以窃听主机A、B的通信还可以对信息进行篡改再发送给对方，但因为阅读器和标签之间通常是近距离通信，中间人攻击的实现较为困难，所以此类攻击不在本设计的考虑范围内。

RFID系统通常需要实现两种安全需求：身份认证和隐私保护。实现身份认证最简单的方法是通过广播一个标识符，但是明文广播标识符会失去隐私性，敌手很容易通过这个标识符对标签进行追踪。在一个低成本的RFID标签上，能够使用的电路门数大约是2000门，而传统密码算法所需要的电路门数在3000门以上，如AES算法所需要的电路门数在10000门以上。所以，传统的密码算法并不适用于RFID系统。如何设计高效安全的超轻量级RFID密码系统成为学术界与产品界一直密切关注的问题。

目前最具有代表性的超轻量级RFID认证协议是HB类协议族。在HB协议中，Reader和Tag共享长度为k的密钥s＝(s₁，s₂，...，s_k)∈{0，1}^k，下述基本认证过程循环l轮：

1)Reader生成随机向量a_i＝(a_i1，a_i2，...，a_ik)∈{0，1}^k发送给Tag；

2)Tag获得随机向量a_i后，计算(其中·，·为向量积异或计算，即e是一个满足P_r(e＝1)＝p的噪声比特，其中p＜0.5，随后将z_i发给Reader；

3)Reader计算a_i，s与收到的zi比较，验证其是否相等，若相等则此轮认证通过，否则此轮认证失败。

HB协议需执行上述基本认证过程l轮，若用户通过的次数在l*(1-p)附近，则通过协议认证，视为合法用户。该协议虽能抵御被动攻击，但对于伪装成Reader的主动攻击者却无能为力，当主动攻击者多次向Tag发送同一个修改过的a_i即可推算出密钥向量s的值。

抗主动攻击的HB+协议在HB协议的基础上引入第二个共享密钥t＝(t₁，t₂，...，t_k)∈{0，1}^k，下述基本认证过程循环l轮：

1)Reader向Tag发送随机向量ai∈{0，1}^k；

2)Tag生成随机向量b_i∈{0，1}^k，并计算e同HB协议，最后将b_i，z_i发送给Reader；