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基于SHA-3的rfid认证协议设计与实现

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基于SHA-3的RFID认证协议设计与实现

作者：张佳宁西安电子科技大学

学位级别：硕士

射频识别技术（Radio Frequency Identification, rfid）是一种利用无线传输的非接触式自动识别技术，用于实现物品标识。由于具有体积小、应用便利、抗污染能力和耐久性、数据的安全性、无机械磨损、寿命长等特点，rfid技术被广泛应用... 详细信息

射频识别技术（Radio Frequency Identification, rfid）是一种利用无线传输的非接触式自动识别技术，用于实现物品标识。由于具有体积小、应用便利、抗污染能力和耐久性、数据的安全性、无机械磨损、寿命长等特点，rfid技术被广泛应用在各个领域。然而rfid通信中这种开放的无线链路很容易遭受各种攻击，主要包括：窃听、跟踪、伪造、数据演绎、篡改、重放、克隆和物理攻击等，其安全和隐私问题非常严重。基于密码算法来实现rfid认证和隐私保护是主要的保护方法。但一般密码算法的实现都需要复杂的计算资源，由于标签面积和功耗等限制，很难适应低成本rfid标签的需要。而Hash算法具有快速、简洁等特点，基于Hash函数来实现rfid认证是实现低成本标签认证的首选方案。本文针对低成本rfid标签面积、功耗和计算能力受限的特点，对基于Hash函数的低成本rfid认证协议进行了研究，并给出了一种改进方案，标签仅需进行几次Hash运算和异或操作即可完成认证，方案适合于在低成本标签上实现;该认证协议可抵抗现有的各种外部攻击，具有较好的安全性。然后，基于SHA-3的最终获选算法Keccak给出了所提的rfid认证协议硬件实现的设计方案，以验证设计协议的有效性。最后使用Quartus和Modelsim对硬件设计方案进行了功能验证，同时，使用Design Compiler得到了其面积报告和功耗报告，结果表明：基于SHA-3实现所提的rfid认证协议仅需要2002个等效门，具有较好的可行性。

关键词：信息安全 rfid认证 Hash函数 Keccak SHA-3

基于区块链的轻量级rfid认证和所有权转移协议研究

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基于区块链的轻量级RFID认证和所有权转移协议研究

作者：马晓潇西安电子科技大学

学位级别：硕士

rfid(Radio Frequency IDentification)是一种非接触式自动识别技术,作为构建“物联网”的关键技术受到人们的广泛关注,现已被成功用于物流管理、移动支付、门禁系统、医疗设备管理等各个领域。但是rfid系统中标签的存储资源和计算能力... 详细信息

rfid(Radio Frequency IDentification)是一种非接触式自动识别技术,作为构建“物联网”的关键技术受到人们的广泛关注,现已被成功用于物流管理、移动支付、门禁系统、医疗设备管理等各个领域。但是rfid系统中标签的存储资源和计算能力有限;标签和读写器处在开放的无线环境中,极易受到各种类型的攻击,例如窃听、隐私泄露、欺骗、跟踪等。因此,设计低成本、安全、高效的认证协议是实现rfid系统安全的重要保障。现有的rfid系统大体上采用中心化架构,中心服务器极易受到攻击,服务器管理商并不总是可信,维护成本比较高,同时未来还会有海量的商品需要通过rfid技术与网络相连接,对现有的rfid系统提出了巨大的挑战。近年来,区块链作为一种分布式、去中心化的新技术迅速崛起,与传统的集中式数据库相比,它具有更高的稳定性、可靠性、安全性和更低的管理成本。基于区块链来构建rfid系统具有广阔的应用前景,但如何实现对标签的认证仍需研究。另外,在rfid实际应用中,标签的所有权会随着所依附的物品流转不断转移,标签在所有权转移过程中面临着安全和隐私泄露的风险,然而现有的rfid所有权转移协议存在计算量大、成本高、安全性低等问题。为了解决这些问题,本文对基于区块链的rfid认证协议和rfid标签所有权转移协议进行了研究,并取得如下成果:首先,以区块链技术为基础,结合传统的rfid技术,提出一个具有去中心化特点的新型rfid系统架构。标签与阅读器依然通过无线信道进行通信,而后台服务器建立在区块链网络,将标签身份的关键数据信息以区块链交易的形式加密存储在区块链上,保证了数据的不可篡改和可追溯性,也避免了基于云数据库的rfid系统中存在的云服务提供商不可信的问题。其次,提出了一种基于区块链的轻量级rfid认证协议。该协议基于轻量级哈希函数设计,既保障了标签的低成本要求,又实现了标签和阅读器的相互认证。区块链服务器采用不同的顺序对rfid数据进行查询和更新操作,效率较高。该协议满足不可追踪性、相互认证性、前向安全性、抗重放攻击、抗去同步攻击等特性。基于BAN逻辑以及AVISPA工具分析表明该协议是安全的。与同类协议相比,该协议在安全性和标签存储、计算量等性能方面具有较好的优势。第三,提出了一种轻量级rfid标签所有权转移协议。该协议基于轻量级哈希函数设计,并引入标识符来确定所有权当前归属者,实现了标签的所有权从原阅读器到新阅读器的低成本、安全高效转移。安全性分析表明,该协议满足原所有者不相干性、不可追踪性、相互认证性、前/后向安全性、抗重放攻击、抗去同步攻击等特性。基于BAN逻辑以及AVISPA工具的分析表明该协议是安全的。与同类协议相比,该协议在安全性和标签存储、计算量等性能方面具有较好的优势。

关键词：区块链 rfid认证所有权转移 BAN逻辑 AVISPA工具

基于区块链的多所有者rfid认证和所有权转移协议研究

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基于区块链的多所有者RFID认证和所有权转移协议研究

作者：李丽西安电子科技大学

学位级别：硕士

rfid(Radio Frequency IDentification)是一种无需物理接触即可实现对指定实体自动识别的技术,它通过射频信号与附着在实体上的rfid芯片建立连接,并从中获得有关的数据信息,在物流、交通运输、医疗设备管理等多个领域得到了广泛的应用... 详细信息

rfid(Radio Frequency IDentification)是一种无需物理接触即可实现对指定实体自动识别的技术,它通过射频信号与附着在实体上的rfid芯片建立连接,并从中获得有关的数据信息,在物流、交通运输、医疗设备管理等多个领域得到了广泛的应用。但是在rfid系统中标签和阅读器采用无线的方式进行会话,很容易遭遇各种非法的攻击,例如追踪、截获、信息泄露、欺骗等,而且在一些应用中标签的所有者可能不止一个,安全性更为复杂,必须研究有效的安全和隐私保护技术。另外考虑到传统的rfid系统后端数据库部署和维护成本高,基于云的后端数据库又存在信任问题,本文主要研究基于区块链实现后端数据库的rfid系统。区块链具有去中心化、存储数据无法改写以及可追溯历史数据等特点,具有更高的安全性,但依然存在安全和隐私问题需要解决。同时,随着货品的流通,标签的所有权会发生转移,这个过程中需要确保原所有者和新所有者的隐私不被泄露。另外标签的硬件资源有限,又要满足低成本要求,这又使得传统复杂的密码技术很难直接应用。针对这些问题,本文对基于区块链的多所有者rfid认证和所有权转移协议进行了研究,取得的成果如下:首先,提出了一种基于区块链的多所有者rfid认证协议。该协议通过Shamir门限方案来实现标签密钥的恢复与所有者子密钥的分发,并通过区块链中的智能合约与全同态加密相结合的方式解决了密钥管理时所导致的标签计算量较大的问题,以及rfid数据隐私问题,实现了标签和多个阅读器之间的双向认证。分别通过非形式化方法和基于BAN逻辑的形式化分析方法对协议的安全性进行了分析,同时对该协议中标签计算量、通信量等性能进行了分析,并与国内外同类协议进行了对比,结果表明该协议是安全的和有效的。其次,提出了一种基于区块链的多所有者rfid标签所有权转移协议。该协议中标签只需与新所有者实现相互认证,且在区块链中实现所有者子密钥的更新,无需其他标签所有者参与通信,同时,利用轻量级的密码算法对会话消息进行加密,可以在保障rfid数据隐私的前提下减少标签的计算量和协议的通信次数。对协议前/后向安全性、不可跟踪性和双向认证等特性进行了非形式化分析,并利用BAN逻辑和AVISPA工具对协议安全性进行了证明和验证,结果表明协议是安全的。与同类协议对比,该协议在标签计算量、协议的通信次数等性能方面都有明显优势。

关键词： rfid认证所有权转移区块链 BAN逻辑

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基于公钥的rfid认证技术研究

基于公钥的RFID认证技术研究

作者：高员西安电子科技大学

学位级别：硕士

物联网是当前国际上备受关注的研究热点,具有十分广阔的应用前景。rfid是物联网实现物品标识的一项重要技术,大规模rfid应用是未来物联网技术发展的重要方向。但是rfid在能量和计算资源上的限制使人们很难利用公钥密码的优势来解决rfid... 详细信息

物联网是当前国际上备受关注的研究热点,具有十分广阔的应用前景。rfid是物联网实现物品标识的一项重要技术,大规模rfid应用是未来物联网技术发展的重要方向。但是rfid在能量和计算资源上的限制使人们很难利用公钥密码的优势来解决rfid认证问题,而对称密码技术又很难适应大规模rfid网络认证需求。因此,rfid认证问题已经成为物联网技术进一步发展的瓶颈。本文针对能耗和计算资源受限的情况下如何实现基于公钥的rfid认证问题进行了深入研究。首次提出了一种新的签名算法,称为代理计算签名,将传统签名技术中耗能的复杂运算交给验证方或可信第三方来完成,从而实现标签对消息的签名,并仍能保持签名的安全性,以解决rfid标签很难计算数字签名的困难问题。论文基于Rabin型密码算法提出了适合rfid认证的密钥管理机制,并以代理计算签名为基础,给出了三个rfid认证方案,实现了标签与读卡器间的双向认证。对以上方案的分析表明,方案保持了很高的安全性,而标签的计算量很小,因而需要的能耗很低,适合低成本标签的使用。

关键词：物联网信息安全 rfid认证代理计算签名密码学

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基于公钥的rfid认证技术研究与实现

基于公钥的RFID认证技术研究与实现

作者：陈峙屹西安电子科技大学

学位级别：硕士

rfid(Radio Frequency Identification)技术作为非接触式自动识别技术，其使用范围越来越广泛，由此带来的安全隐患也越来越引起人们的重视。rfid安全隐患包括跟踪、窃听、非法访问、数据演绎、篡改、重放和物理攻击等。基于IP组网的大... 详细信息

rfid(Radio Frequency Identification)技术作为非接触式自动识别技术，其使用范围越来越广泛，由此带来的安全隐患也越来越引起人们的重视。rfid安全隐患包括跟踪、窃听、非法访问、数据演绎、篡改、重放和物理攻击等。基于IP组网的大规模rfid应用是未来的发展方向，其需要灵活有效的密钥管理方案和认证技术作为保障，然而现有的公钥密码技术因其复杂的耗能计算而难以应用在rfid认证中，传统的基于对称密码的认证技术又无法满足大规模rfid的需求。因此本文针对rfid标签的能量和计算资源均比较受限制，以及大规模组网的认证需求，对可行的基于公钥的rfid认证技术进行了研究，并获得了如下结果：给出了基于Rabin型数字签名和ECDSA的混合公钥证书方案，基于该方案，标签对证书的验证仅需要几次乘法和HASH运算，适合于低成本标签的应用。设计了一种委托对端计算的rfid认证协议，将签名中的复杂计算委托给验证方处理，通过不断更新掩蔽因子，保证了签名的安全性设计了一种基于预计算的rfid认证解决方案。在存储空间和计算能耗方面的折衷使得其既具有可行性又不降低安全性。以上方案中标签主要进行的是大数乘法运算，为了测试设计方案的可行性，本文对委托对端计算的rfid认证协议进行了硬件实现的设计，对系统的各个子模块进行了功能验证，进一步的得到了其面积报告和功耗报告。最后，使用改进后的点乘算法，对在rfid标签上直接进行复杂的点乘运算的可行性进行了分析，验证了方案的正确性。

关键词： rfid认证公钥密码点乘数字签名信息安全

基于耦合映象格子模型的rfid认证协议设计与分析

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基于耦合映象格子模型的RFID认证协议设计与分析

作者：张啸北京化工大学

学位级别：硕士

射频识别(rfid)技术是一种无接触自动识别的技术,其本质是阅读器与附着在被识别物体上的电子标签之间的无线通信。rfid技术能够被广泛应用于交通、零售、物流等各种领域,是物联网的重要支撑技术之一。然而,rfid系统的安全问题极大地制约... 详细信息

射频识别(rfid)技术是一种无接触自动识别的技术,其本质是阅读器与附着在被识别物体上的电子标签之间的无线通信。rfid技术能够被广泛应用于交通、零售、物流等各种领域,是物联网的重要支撑技术之一。然而,rfid系统的安全问题极大地制约了rfid技术的应用,其主要的安全问题是电子标签和阅读器之间的认证问题。因此,研究适用于rfid系统的认证协议十分必要。本文利用耦合动态整数帐篷映象格子模型,设计了一种轻量级伪随机数发生器和一种轻量级Hash函数,其中轻量级体现在：(1)将耦合映象格子模型的迭代运算定义在整数集内,且涉及的运算易于实现;(2)耦合映象格子模型中的每个格点均为8bit,且输出长度可随格点数目变化而变化。然后利用伪随机数发生器和Hash函数设计了一种轻量级rfid认证协议。本文的主要工作如下：1、对于动态整数帐篷映射,给出其均匀分布性的数学证明;构造了耦合动态整数帐篷映象格子模型,然后对模型的均匀分布性、差值分布特性、相关性、信息熵进行统计分析,证明模型的密码学性能良好。2、利用耦合动态整数帐篷映象格子模型,设计了一个伪随机数发生器,并利用Monte-Carlo方法、三倍标准差检验法、以及NIST随机数测试标准对生成伪随机数序列进行测试分析,结果表明伪随机序列具有良好的随机性。3、利用耦合动态整数帐篷映象格子模型,构造了一个Hash函数,并进行了初值敏感性测试、混乱与扩散特性统计分析、碰撞测试、平均字符距离测试,结果表明提出的Hash函数能够满足rfid系统的安全需求。4、利用伪随机数发生器和Hash函数设计了一个轻量级rfid双向认证协议,该协议用伪随机数来保证标签与阅读器通信内容的新鲜性,用Hash函数来保证通信内容的机密性。分析表明,该协议能够抵御假冒攻击、重放攻击、窃听等攻击;利用BAN逻辑对协议进行形式化分析,证明其是安全的;以Visual Studio 2010为平台对协议进行了仿真模拟,分别模拟了合法、非法标签与合法、非法阅读器之间认证的情形,证明了协议的可用性。

关键词： rfid认证动态整数帐篷映射耦合映象格子模型伪随机数发生器 Hash函数整数混沌

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基于公钥的rfid认证协议的设计与实现

基于公钥的RFID认证协议的设计与实现

作者：魏丽丽西安电子科技大学

学位级别：硕士

射频识别rfid（Radio Frequency Identification）技术，无需识别系统与靶目标直接接触而通过无线信号建立连接从而进行读取数据。该技术最显著的优越性体现在非接触性，同时数据的快速扫描、可重复性、生命周期长、外型的可塑性及多样... 详细信息

射频识别rfid（Radio Frequency Identification）技术，无需识别系统与靶目标直接接触而通过无线信号建立连接从而进行读取数据。该技术最显著的优越性体现在非接触性，同时数据的快速扫描、可重复性、生命周期长、外型的可塑性及多样化等优点使得rfid技术被广泛应用到实际生活中。但是，射频识别通讯因工作环境的开放性而存在显著的安全隐患，这些主要来自攻击者对数据的伪造、跟踪和重放等。这种安全隐患使得rfid技术的使用存在明显的隐私问题。通过完善密码机制而促进rfid技术中关于认证和隐私的问题解决是目前最可行的方法。但对称密码技术的认证方案受密钥管理的影响，这严重限制了rfid的应用范围和提供服务的形式。而传统的公钥密码算法（PKC）难于适应低成本rfid系统。本文重点研究了基于PKC的低成本rfid认证技术。目前，基于ECC的cryptoGPS协议是基于PKC的消耗资源最少的认证方案，能满足低成本rfid标签的资源要求，但是，它只实现了读写器对标签的单向认证，不能保护标签和读卡器之间传输数据的保密性，且密钥管理不灵活。本文通过对cryptoGPS协议的分析与研究，提出一种低成本rfid双向认证协议。该协议采用灵活的密钥管理方法，包括低汉明重量（LHW）的模值和公钥预存储方案;设计coupons注入协议，有效解决标签读取次数受限和DOS耗尽攻击的问题;使用对随机数加密的快速Rabin加密算法和轻量级流密码算法Grain v1，并设计使用新型低成本大数乘法器完成标签上耗费资源较多的大数乘法运算，可有效降低标签的成本。使用两种FPGA平台下的仿真工具Quartus II和Modelsim对方案中的硬件设计进行了实验分析及仿真，并使用smic25CMOS工艺的Design Compiler得到了其面积报告和功耗报告，结果表明：本文所设计的认证协议只需4522个门即可完成认证，满足低成本rfid标签的资源要求。

关键词：物联网 rfid认证公钥密码 ECC cryptoGPS

基于非对称密钥和Hash函数的rfid双向认证协议

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密码学报 2014年第5期1卷 456-464页

作者：苑津莎徐扬戚银城胡岳华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室保定071003

随着rfid系统的广泛应用,系统安全问题日益突出.认证协议是一种面向应用层的协议,防止攻击者对敏感数据进行窃取,保证通信内容的完整性.由于无源rfid标签内存和容量的限制,使得目前通用的无线传感器网络中的安全协议在rfid系统不能直接... 详细信息

随着rfid系统的广泛应用,系统安全问题日益突出.认证协议是一种面向应用层的协议,防止攻击者对敏感数据进行窃取,保证通信内容的完整性.由于无源rfid标签内存和容量的限制,使得目前通用的无线传感器网络中的安全协议在rfid系统不能直接使用.本文首先分析现有的基于密码学的认证协议和基于Hash函数的4种典型的rfid认证协议,包括Hash锁协议、随机化Hash锁协议、Hash链协议、基于Hash函数的ID变化协议的特点和缺陷,针对构架于物联网开放的EPC服务环境,提出了一种新的基于非对称密钥和Hash函数的双向认证协议,并给出了标签生成数字串和读写器生成数字串两种更新方案.该协议通过私钥对读写器的身份进行验证,使读写器与数据库相互独立;利用Hash函数对随机数字串进行运算来认证标签,保证了标签的前向安全性;运用BAN逻辑的形式化分析方法,对该协议的安全性进行了推导证明.通过对几种基于Hash函数认证协议的标签计算时间、读写器计算时间、数据库计算复杂度、标签存储容量4种性能对比分析表明,该协议实现复杂度低,更适合低成本、多用户系统使用.

关键词： Hash函数非对称密钥 rfid认证 BAN逻辑

基于Hash函数的轻量级移动rfid安全认证协议的研究

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基于Hash函数的轻量级移动RFID安全认证协议的研究

作者：宋兰兰西安电子科技大学

学位级别：硕士

射频识别(rfid)技术是利用无线射频信号实现非接触式自动识别的技术,是物联网关键技术之一。与传统的识别技术相比,其具有非接触、抗干扰且能够适应苛刻环境等诸多优点,因此被广泛用于我们生活的各个领域。近年来由于无线通信技术的快... 详细信息

射频识别(rfid)技术是利用无线射频信号实现非接触式自动识别的技术,是物联网关键技术之一。与传统的识别技术相比,其具有非接触、抗干扰且能够适应苛刻环境等诸多优点,因此被广泛用于我们生活的各个领域。近年来由于无线通信技术的快速发展,且无线连接方式具有可移动性好、使用便利等优点,对于rfid系统,我们不再仅拘泥于传统的固定阅读器模式,而是逐渐追求具有智能性和快捷性的可移动的阅读器模式。然而rfid系统中开放的无线链路很容易遭受各种攻击,例如:窃听,伪造,跟踪,重放,去同步化等,迫使它的隐私保护问题变的十分严峻。而且重量级密码协议并不满足rfid标签的低成本需求,因此设计出一款高安全、高效率、低成本的认证协议成为一个重要的研究课题。本文针对以上问题,分别对无后台数据库和有后台数据库两种体系结构的移动rfid系统的安全认证协议问题进行了研究。首先,本文设计出了两种可行的基于轻量级哈希函数SPONGENT算法的rfid安全认证协议。其中一种是无后台数据库的移动rfid认证协议,实现了阅读器和标签之间的双向认证。此协议的标签内部没有像以往大多数协议那样装有伪随机数生成装置,而是引入随机数更新标志,利用阅读器生成的伪随机数作为标签自身的随机数使用,降低了标签的存储成本。而且使用新旧密钥保存机制和更新机制,能有效地防范多数协议不满足的去同步化攻击。另一种是有后台数据库的移动rfid认证协议,实现了后台数据库、阅读器和标签三者之间的双向认证。此协议标签内部同样不使用伪随机数生成装置,而是利用哈希函数的计算来产生随机数,有效地降低了标签的存储成本,本协议在后台数据库对阅读器和标签进行身份认证时采用新旧密钥的保存机制和更新机制,具有很强的安全防御能力。而且本协议的后台数据库在认证中采用先查询后计算的方式,避免了以往协议中遇到非法实体进行身份认证时,就需要把信息数据全都计算一遍从而造成的效率低下和无法抵抗拒绝服务攻击的问题。其次,本文对所设计的两种协议运用GNY逻辑进行形式化证明,结果表明所设计的协议是正确的、合理的。最后对rfid标签所使用的SPONGENT算法进行了硬件仿真,估计出协议在标签上所使用的的逻辑门数量为1747个,满足了低成本标签中可用于实现安全方面的组件只有200到2000个逻辑门的需求,而且所提协议也符合轻量级协议的要求。

关键词：物联网 rfid认证 GNY SPONGENT