RFID标签的安全建模及对EPC C1G2协议的改进

作为未来对于物体的识别技术,射频识别在人们生活中占有越来越重要的地位.这项技术将不断深入社会生活,在人们周围无处不在.由于这项技术的广泛应用,它的安全性以及涉及到个人生活的隐私问题不得不引起各界的关注.最初考虑到读卡器和标签之间通讯的可视性以及因特网络潜在的诸多攻击,研究者主要针对读卡器和后端数据库的通讯安全问题,做出了很多的工作.随着UHF标签的推行,读卡器和射频标签通讯范围增大,它们之间的通讯不再安全.本文针对读卡器和标签之间通讯中可能受到的攻击进行分析,建立了一个保证它们通讯安全的模型,依据该模型对EPC Class1 Gen2（EPC C1G2）协议进行分析,指出了协议可能受到的攻击,并提出了具有身份验证功能的协议修改方案.     

基于PRNG的低成本RFID认证协议设计

低成本无线射频识别(RFID)的标签是被动式的,由于受成本和资源限制,系统不能提供公约加密、对称密钥加密、杂凑函数等。EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID规范定义一种低成本的标签,仅提供PRNG和CRC操作。该文遵循EPCglobal Class-1 Gen-2 RFID规范,仅使用PRNG操作设计一个认证协议,实现双向认证、标签的匿名性和前向安全性。     

基于ECC的支持标签所有权转移的RFID认证协议

针对射频识别（RFID）标签认证及其所有权转移过程的隐私泄露等安全问题,以及认证协议通常与标签所有权转移协议单独设计的现状,基于支持椭圆曲线加密（ECC）的标签,提出了一个适用于开放环境的兼具标签认证和所有权转移的协议。该协议结构类似于Diffie-Hellman密钥交换算法结构,协议的标签隐私保护基于椭圆曲线上的计算性Diffie-Hellman问题的难解性。经证明,该协议满足标签隐私保护要求及认证协议的其他安全需求。与近年来其他基于标签支持ECC的RFID认证协议相比,从支持标签所有权转移、标签计算开销、协议通信开销和标签隐私保护等多方面综合评估,所提出的认证协议优于对比协议。另外,针对较安全的应用场合,给出了阅读器单向认证标签的简化版协议。     

基于Grain-128a算法的RFID安全机制

RFID技术的安全与成本问题是阻碍其获得更进一步推广的原因。平衡安全与成本这一对矛盾,设计出安全有效的安全技术解决方案,仍然是一个具有相当挑战性的课题。讨论了RFID系统的特点,介绍了相互认证技术的工作流程并分析其安全特性。在此基础上,提出在相互认证机制中应用Grain-128a算法的安全方案并完成了Grain-128a在FPGA上的设计。     

Cryptanalysis of a novel authentication protocol conforming to EPC-C1G2 standard

In 2006, the standard EPC Class-1 Generation-2 (EPC-C1G2) was ratified both by EPCglobal and ISO. This standard can be considered as a “universal” specification for low-cost RFID tags. Although it represents a great advance for the consolidation of RFID technology, it does not pay due attention to security and, as expected, its security level is very low. In 2007, Chien et al. published a mutual authentication protocol conforming to EPC-C1G2 which tried to correct all its security shortcomings. In this article, we point out various major security flaws in Chien et al.'s proposal. We show that none of the authentication protocol objectives are met. Unequivocal identification of tagged items is not guaranteed because of possible birthday attacks. Furthermore, an attacker can impersonate not only legitimate tags, but also the back-end database. The protocol does not provide forward security either. Location privacy is easily jeopardized by a straightforward tracking attack. Finally, we show how a successful auto-desynchronization (DoS attack) can be accomplished in the back-end database despite the security measures taken against it.     

一种基于PUF的超轻量级RFID标签所有权转移协议

针对RFID标签所有权转移协议中存在的数据完整性受到破坏、物理克隆攻击、去同步攻击等多种安全隐私问题,新提出一种基于物理不可克隆函数(PUF)的超轻量级RFID标签所有权转移协议—PUROTP.该协议中标签所有权的原所有者和新所有者之间直接进行通信完成所有权转移,从而不需要引入可信第三方,主要涉及的运算包括左循环移位变换(Rot(X,Y))和异或运算($\oplus$)以及标签中内置的物理不可克隆函数(PUF),并且该协议实现了两重认证,即所有权转移之前的标签原所有者与标签之间的双向认证、所有权转移之后的标签新所有者与标签之间的双向认证.通过使用BAN(Burrows-Abadi-Needham)逻辑形式化安全性分析以及协议安全分析工具Scyther对PUROTP协议的安全性进行验证,结果表明该协议的通信过程是安全的,Scyther没有发现恶意攻击,PUROTP协议能够保证通信过程中交互信息的安全性及数据隐私性.通过与现有部分经典RFID所有权转移协议的安全性及性能对比分析,结果表明该协议不仅能够满足标签所有权转移过程中的数据完整性、前向安全性、双向认证性等安全要求,而且能够抵抗物理克隆攻击、重放攻击、中间人攻击、去同步攻击等多种恶意攻击.在没有额外增加计算代价和存储开销的同时克服了现有方案存在的安全和隐私隐患,具有一定的社会经济价值.     

EMAP: An efficient mutual authentication protocol for passive RFID tags

Radio frequency identification (RFID) system is a contactless automatic identification system, which uses small and low cost RFID tags. The primary problem of current security and privacy preserving schemes is that, in order to identify only one single tag, these schemes require a linear computational complexity on the server side. We propose an efficient mutual authentication protocol for passive RFID tags that provides confidentiality, untraceability, mutual authentication, and efficiency. The proposed protocol shifts the heavy burden of asymmetric encryption and decryption operations on the more powerful server side and only leaves lightweight hash operation on tag side. It is also efficient in terms of time complexity, space complexity, and communication cost, which are very important for practical large-scale RFID applications.     

Anti-cloning protocol suitable to EPCglobal Class-1 Generation-2 RFID systems

Radio frequency Identification (RFID) systems are used to identify remote objects equipped with RFID tags by wireless scanning without manual intervention. Recently, EPCglobal proposed the Electronic Product Code (EPC) that is a coding scheme considered to be a possible successor to bar-code with added functionalities. In RFID-based applications where RFID tags are used to identify and track tagged objects, an RFID tag emits its EPC in plaintext. This makes the tag inevitably vulnerable to cloning attacks as well as information leakage and password disclosure. In this paper, we propose a novel anti-cloning method in accordance with the EPCglobal Class-1 Generation-2 (C1G2) standard. Our method only uses functions that can be supported by the standard and abides by the communication flow of the standard. The method is also secure against threats such as information leakage and password disclosure.     

基于交叉位运算的移动RFID双向认证协议

在传统的RFID系统中,读写器与后台数据库之间通过有线方式进行通信,一般认为安全,在设计双向认证协议过程中,将两者看成一个整体;而移动支付等新兴产业的兴起,需要运用到移动的RFID系统,即读写器与后台数据库之间不再通过有线方式进行通信,而是通过无线方式通信,从而使得该通信信道不在安全可靠,故在设计认证协议中,不能再将两者看成一个整体,因此传统的RFID系统无法很好的适用于移动支付过程。为解决上述问题,提出一种超轻量的适用于移动RFID系统的认证协议。所提协议采用交叉位运算对所要传输信息进行加密,使得协议能够达到超轻量级别,同时能够一定程度上减少标签端的计算量;标签、读写器、后端数据库通信实体三方需通过认证,才可进行其他操作;加密过程中,随机数的引入,能够保障传输信息的新鲜性,同时增加攻击者的破解难度。安全性分析表明,协议具备较高的安全性,能够确保通信信息的安全;性能分析表明,所提协议具有较少的计算量,具备低成本的特性。     

一种更具实用性的移动RFID认证协议

针对Doss协议的不足,提出了一种改进的轻量级移动RFID认证协议。首先使用二次剩余混合随机数加密的方法提高后台服务器识别速度;在阅读器端添加时间戳生成器,抵御阅读器冒充及重放攻击。新协议标签端只采用成本较低的伪随机数生成、模平方以及异或运算,遵循了EPC C1G2标准,且实现了移动RFID环境下的安全认证。理论分析及实验显示了新协议提高了Doss协议后台识别速度,并满足标签和阅读器的匿名性、阅读器隐私、标签前向隐私等安全需求,更有效抵抗已有的各种攻击：重放、冒充、去同步化攻击等。与同类RFID认证协议相比,实用性更佳。     

基于混沌加密的轻量级RFID所有权转移协议

针对RFID系统在其生命周期内所有权转移的安全问题,提出一种基于混沌加密的轻量级RFID所有权转移协议（CELOTP）。采用实现代价低和随机性强的Arnold cat混沌映射产生密钥序列,提高加密的安全性。采用动态刷新随机函数来降低标签成本和保持通信过程的新鲜性。采用挑战响应机制,利用Flag标志位来表示所有权的归属,提高了协议通信的安全性。通过BAN逻辑形式化证明了协议的安全性。安全性分析和性能分析表明该协议不仅满足标签所有权转移的安全需要,而且成本较低,适用于低成本的RFID系统。     

基于EPC-C1G2标准的RFID认证机制

分析EPC-C1G2标准认证机制和现有改进方案,针对超高频射频识别(RFID)认证机制存在的安全缺陷,提出一种轻量级RFID认证方案。该方案实现了读写器和标签的双向认证,其轻量级加密算法能在一定程度上保证消息的安全传输。分析结果表明该方案具有较高安全性,能满足超高频RFID的安全需求。     

面向EPC Gen2标准的RFID标签分组多位隙并行识别协议

在分析EPCglobal UHF class1 generation2和基于DFSA协议的高速标签识别算法的基础上,采用位隙FSA协议标签响应标志位隙的设置方法,通过在标签上设置一个组位隙响应标志字,提出了一种EPC Gen2 标准下的RFID标签分组多位隙并行识别协议GMBPIP,设计了一条新的分组查询命令和基于DFSA的多组标签并行识别协议流程,从理论上了分析GMBPIP协议的性能,并使用EPC Gen2 标准协议时间参数进行了仿真实验。结果表明,GMBPIP协议在不增加标签太多计算负担的情况下,能够在EPC Gen2标准下有效降低时隙空闲率和冲突率,提高了标签的识别率、时隙利用率;平均识别率不仅突破了帧时隙ALOHA协议最高36.8%的瓶颈,而且高于目前文献所述同类算法的性能指标,达到了70.95%~81.61%。GMBPIP可以作为低成本RFID系统高速识别大量被动标签的支撑协议。     

EPC编码标签的RFID系统密钥无线生成

针对目前RFID系统的认证协议都是在事先设置好的共享密钥值基础上的,敌手可以通过一些手段获取密钥而对后续的认证造成安全威胁,提出了一种基于EPC编码标签的RFID系统密钥无线生成协议。将部分EPC加密进行通信,防止秘密信息泄露;引入标签与阅读器的安全模型,提高通信的安全性;阅读器随机数保持通信过程的新鲜性;仅采用异或运算降低标签成本与计算量。通过GNY逻辑对协议进行形式化证明,安全分析和性能分析表明,该协议符合安全模型并能够抵抗主动攻击和被动攻击,具有安全性高、低成本的特点。     

RFIDSim—A Physical and Logical Layer Simulation Engine for Passive RFID

Radio-frequency identification (RFID) poses a number of research challenges, such as interference mitigation, throughput optimization and security over the RF channel. A number of new approaches to address these issues have been proposed recently, but due to the highly integrated nature of passive RFID tags, it is difficult to evaluate them in real-world scenarios. In this paper, we present an RFID simulation engine, RFIDSim, which implements the ISO 18000-6C communication protocol and supports pathloss, fading, backscatter, capture, and tag mobility models. This paper also shows that our implementation of RFIDSim that relies on a discrete event simulator can be used to simulate large populations featuring thousands of RFID tags. RFIDSim also simulates the deep fades that lead to frequent power losses of the battery-less RFID tags by modeling the multipath effects statistically.     

基于Hash链的RFID改进协议

由于RFID技术的特殊性和局限性带来了很多安全问题,针对这些安全问题,本文提出了一种Hash链的改进认证协议,以解决假冒攻击、重传攻击、跟踪、前向安全性等安全问题,并基于BAN逻辑给出了形式化的分析,说明改进的协议在BAN逻辑分析下是安全的。由于在RFID标签中仅使用了Hash函数,因此改进的协议更适合于低成本的RFID系统。     

基于Rabin算法的可扩展RFID双向认证协议

针对现有的无线射频识别（RFID）安全认证协议存在安全缺陷、标签成本较高以及后台数据库需要进行大量的计算来搜索匹配符合要求的标签信息来进行认证等问题,提出了一种基于Rabin算法和交叉位运算的可扩展RFID双向认证协议。并基于BAN逻辑形式化分析方法,证明了该协议的正确性与安全性。安全分析和性能评估表明该协议不仅具有防假冒、防重放、防跟踪、可扩展性等特点,而且减少了标签的计算花费和门电路数,使得其成本大大降低,适用于低成本的RFID系统。     

基于循转函数的RFID标签所有权转移协议

针对现有无线射频识别低成本无源标签在其生命周期中所有权不断转移的安全性问题,设计了一种新的基于循转函数的RFID标签所有权转移协议。在随机预言机模型下,定义标签所有权转移攻击模型、安全模型,利用攻击游戏证明协议的安全性。协议设计了完整三方认证过程,利用循转函数算法、交叉位运算以及二次剩余算法等加密通信数据并实现轻量级标准,而后新所有者和标签之间秘密信息的二次同步更新机制,保证了协议的前、后向隐私安全。最后给出多协议之间的标签计算量、通信量、存储量成本对比,表明协议满足安全、低成本特性。     

一种抗计数攻击的RFID双向安全认证协议

射频识别(RFID)系统是物联网的重要组成部分,它的安全问题直接制约着物联网产业的发展.现有的RFID安全认证协议很少有考虑到RFID系统的计数攻击问题,也大都不符合EPC Class1 Generation2 (EPC C1G2)标准.通过对RFID系统的安全需求和现有协议的分析,提出一种抗计数攻击的RFID双向认证协议,该协议基于EPC C1G2标准,具有前向安全性及抗追踪性,除了能抵抗计数攻击之外,还能有效抵抗常见的安全问题,此外,它在阅读器中设有过滤功能,这些保证了协议的安全性及高效性.     

适用于低成本标签的移动RFID认证协议

移动RFID系统中,阅读器与服务器之间的通道安全假设不再成立,针对这种情况,分析了当前移动RFID认证协议的安全及性能问题,建立了移动RFID安全隐私模型;基于该模型,在兼容EPC Class-1 Generation-2低成本标签系统的基础上,提出了一种能够抵抗假冒攻击、去同步化攻击,且提供前向安全隐私保护的双向认证协议;通过安全性证明与性能比较分析,表明该协议达到了设计目的,可适用于较大规模的低成本标签移动RFID系统。