Scalable RFID security protocols supporting tag ownership transfer

We identify privacy, security and performance requirements for radio frequency identification (RFID) protocols, as well as additional functional requirements such as tag ownership transfer. Many previously proposed protocols suffer from scalability issues because they require a linear search to identify or authenticate a tag. In support of scalability, some RFID protocols, however, only require constant time for tag identification, but, unfortunately, all previously proposed schemes of this type have serious shortcomings. We propose a novel scalable RFID authentication protocol based on the scheme presented in Song and Mitchell (2009) [1], that takes constant time to authenticate a tag. We also propose secret update protocols for tag ownership and authorisation transfer. The proposed protocols possess the identified privacy, security and performance properties and meet the requirements for secure ownership transfer identified here.     

一种RFID标签所有权完全转移协议

针对射频识别（RFID）标签所有权不能完全转移及系统安全性问题,提出一种RFID标签所有权完全转移安全协议．该协议通过引入原所有者与新所有者间交易关系及身份比对保证标签所有权转移给合法身份的新所有者,利用密钥二次同步更新保证RFID标签所有权完全转移．为了确保标签和阅读器认证不被恶意干扰,采用双向认证保证RFID系统通信安全．形式化证明及分析结果表明,该协议满足标签所有权完全转移要求,可抵御多种攻击,实际应用价值高.     

基于Hash函数的移动双向认证协议

针对移动射频识别(RFID)系统中因无线传输所带来的信道不安全问题,充分考虑到协议的复杂程度和标签的硬件成本,提出一种低成本的移动双向认证协议,实现了标签、读写器和后端服务器三者的相互认证。该协议使用模平方运算动态更新标签标识符,引入读写器标识符,并利用伪随机函数和哈希函数强化读写器和后端服务器之间的身份认证,提高系统移动性。与基于哈希函数的经典协议和标签所有权转移协议相比,该协议可抵抗跟踪、假冒、重放、中间人、拒绝服务器攻击等,能保证标签所有权安全转移,并从计算量和存储量分析效率,结果表明标签计算量减少,存储量较低。     

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.     

RFID标签所有权转换模式及协议设计

针对射频识别标签所有权转换过程的安全隐私问题,提出一种“先授权后更新”的所有权转换模式,并设计相应的实现协议。在密钥协商后,把标签的全部相关信息安全地转交给新的所有者。在相互认证的基础上,安全更新标签秘密,使得原所有者无法再对标签进行查询。该方案保证所有权转换过程中新用户的隐私安全。     

一种改进的超轻量级RFID所有权转移协议

针对RFID所有权转移协议中存在的拒绝服务攻击漏洞,提出了一种改进的超轻量级RFID所有权转移协议,并给出了基于GNY逻辑的协议安全性证明。通过改进协议的交互方式,实现了阅读器和标签的双向认证功能,解决了攻击者重放消息造成的拒绝服务攻击漏洞等问题,提高了阅读器和标签在开放环境中通信的保密性。对协议的安全性分析和性能比较分析表明,该协议不仅满足所有权转移的安全要求,而且具有超轻量的特点,适合于移动身份认证环境中的实际应用。     

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。     

A novel mutual authentication scheme based on quadratic residues for RFID systems

In 2004, Ari Juels proposed a Yoking-Proofs protocol for RFID systems. Their aim is to permit a pair of tags to generate a proof which is verifiable off-line by a trusted entity even when the readers are potentially untrusted. However, we found that their protocol does not possess the anonymity property but also suffers from both known-plaintext attack and replay attack. Wong et al. [Kirk H.M. Wong, Patrick C.L. Hui, Allan C.K. Chan, Cryptography and authentication on RFID passive tags for apparel products, Computer in Industry 57 (2005) 342–349] proposed an authentication scheme for RFID passive tags, attempting to be a standard for apparel products. Yet, to our review, their protocol suffers from guessing parameter attack and replay attack. Moreover, both of the schemes have the common weakness: the backend server must use brute search for each tag’s authentication. In this paper, we first describe the weaknesses in the two above-mentioned protocols. Then, we propose a novel efficient scheme which not only achieve the mutual authentication between the server and the tag but also can satisfy all the security requirements needed in an RFID system.     

适用于低成本的标签所有权转移协议

标签在使用过程中,标签的所有权归属者经常会发生变化。为了确保相关通信实体隐私信息的安全性,提出一种成本较低的标签所有权转移协议。为保障通信实体各方隐私信息的安全,所提出的协议采用循转函数及二次剩余定理对信息进行加密;采用标签新所有者与标签之间共享密钥二次同步更新机制,来保证所有权转移协议的前后向安全性。给出所提协议与其他此类相关协议之间的安全性比较分析,以及性能比较分析,突出所提协议的安全性高、成本低特性。     

基于异或运算的低成本RFID双向认证协议

为降低无线射频识别(RFID)的标签成本,解决后台数据库与标签间更新不同步的问题,提出一种基于异或运算的RFID双向认证协议。通过改变数据库与标签更新次序,实现标签和数据库之间的同步更新,在标签中仅使用异或运算和随机数生成器,使其适用于低成本RFID系统。实验结果表明,该协议的运算量、标签硬件成本开销较小,能保证数据传输安全。     

云计算中基于可转换代理签密的可证安全的认证协议

云用户与公有云之间的双向认证是云计算中用户访问公有云的重要前提.2011年,Juang等首次提出了云计算环境下采用代理签名的认证协议,其优点是用户只需到私有云中注册,然后在私有云的帮助下通过公有云的认证.但是,该方案存在3个缺陷:1)为保护用户的隐私,每次会话都需更新用户公钥;2)当私有云中的许多用户同时登录不同的公有云时,私有云会遭遇网络拥堵;3)用户的私有云与访问的公有云之间需要预先共享秘密.为弥补上述不足,提出了一种保护用户隐私的可证安全的可转换代理签密方案,基于该方案设计了一种一轮云计算认证协议.新方案的优点在于用户向私有云注册后,就能通过公有云的认证,而不需要私有云的帮助,并且它还能保护用户的隐私性、抗抵赖性.协议不需要在每次会话开始前更新用户公钥,同时私有云与访问的公有云之间不再需要预先共享秘密.在随机谕言机模型下证明了新协议的安全性,并且比较说明新协议在效率方面优于Juang等的协议.     

一种全新的RFID标签所有权转移协议

RFID标签在所有权转移过程中面临安全和隐私泄露的风险。针对这一问题,提出了一种带有转移开关并基于Hash函数的新型标签所有权转移协议。原所有者和新所有者分别拥有不同的通信密钥,前者的密钥用于原所有者与标签之间的认证,后者的密钥用于标签与新所有者之间的所有权转移。由于存在转移开关(Ownership Transfer Switch,OTS),因此可以通过对OTS的设置来实现抵抗去同步化攻击。对该协议的安全性分析结果表明,该协议能够满足标签所有权转移的安全需要,并能抵抗常见的主被动攻击,使标签的所有权实现完全转移。最后对协议进行了性能分析,结果表明所提协议在效率性能方面比已有的RFID标签所有权转移协议有明显提高。     

Securing against brute-force attack: A hash-based RFID mutual authentication protocol using a secret value

Radio Frequency IDentification (RFID ) system is a contactless automatic identification system using small, low-cost RFID tags. It enables recognition of the tag information via radio frequency communication, by attaching an RFID tag to an animate or inanimate object. Since an RFID system has the advantage of simultaneously recognizing massive amounts of information, it is expected to replace the bar-code system. The most important problem with an RFID system is that an adversary can access the tag information, which gives rise to privacy and forgery problems. This paper presents a hash-based mutual authentication protocol as a solution. The proposed protocol is designed to send a random number generated by a tag to a back-end server without disclosure. Moreover it substitutes a random number with a secret value, which is employed in a response message. The properties of the proposed protocol enable constant creation of distinct response messages without interferences from intended or meaningless requests generated by an adversary, while the secret value is not directly transmitted. Our proposed protocol make is difficult for an attacker to launch successful brute-force attacks against our approach.     

供应链环境下的RFID标签所有权转换方案

针对供应链环境中存在的企业数据安全问题,提出了一个供应链环境下的RFID标签所有权转换方案.该方案由标签通信协议和标签所有权转换协议两部分组成.当标签处于节点实体内部时,对标签进行查询认证,保证了通信的安全.当标签在节点实体间进行所有权转换时,执行所有权转换协议,通过标签密钥的更新保护了新所有者的安全隐私.该方案满足供应链的可视性需求,可以抵抗内部攻击,具有较好的通信健壮性,且通信成本较低,具有一定的可行性.     

供应链环境下UC安全的RFID所有权转移协议*

针对供应链环境下无线射频识别(RFID)标签流动所涉及的节点隐私和供应链可见性管理问题,定义了供应链环境下RFID标签所有权转移的安全需求,提出了通用可组合安全模型,并基于所提出的RFID认证协议,设计了一个能实现该模型的RFID标签所有权转移协议。安全性证明和效率分析表明该协议通过利用授权机制和哈希函数的单向性,很好地解决了可见性和不可追踪性问题,采用索引机制和标签端轻量级的计算方式提高了执行效率。与同类方案相比,该协议降低了标签端的计算量且安全性更高。     

抗去同步化的高效RFID双向认证协议

安全认证协议是解决RFID系统前向信道安全及身份识别问题的重要手段，针对常见协议中存在的标签检索效率不高和隐私泄漏问题，提出了一种抗去同步化的高效RFID双向认证协议。利用基于Sponge结构的Hash函数单向性及随机性实现双向认证并保证协议新鲜性。采用非对称加密的公钥对ID值进行预加密，并对该密值进行处理可有效抵抗重放攻击，更新机制可使协议抵抗去同步化攻击。利用解密后的ID为索引值以提高后台数据库检索效率，设置标志位可有效过滤无去同步化攻击条件下的重复计算。与现有协议进行仿真对比，结果表明该协议具有较高的认证效率。     

A lightweight anti-desynchronization RFID authentication protocol

Radio frequency identification (RFID) technology has been widely used in ubiquitous infrastructures. However, resource constraint in the low-cost RFID systems has posed potential risks such as privacy and security problems, becoming adoption barrier for RFID-based applications. In this paper, current security issues in RFID are introduced firstly. Then, we propose a lightweight Anti-desynchronization privacy preserving RFID authentication protocol. It is particularly suitable for the low-cost RFID environment for only the capacity of one-way hash function and XOR operation is needed. In this lightweight Anti-desynchronization RFID authentication protocol, the back-end server keeps the history of the random key update to prevent the active attackers from de-synchronizing the shared secret between the tag and the back-end server. The security and the performance of the proposed protocol are analyzed as well.     

可穿戴设备拥有者转换协议的设计

近年来,可穿戴设备作为一类新型的智能设备正在改变着人们的生活方式。当这类设备处在多用户环境下时,应该考虑拥有者转换这一场景。为了解决可穿戴设备在拥有者转换场景下面临的安全隐私问题,设计了一个安全的可穿戴设备拥有者转换协议。该协议包括初始化、相互认证和密钥更新3个阶段。安全性分析表明本协议能够抵御传统的信道攻击和拥有者转换场景下的特殊攻击。实验分析表明所提方案具有较高的效率,能够适用于可穿戴设备环境。     

一种超轻量级移动射频识别的双向认证协议

针对移动射频识别中读写器与后端服务器之间因无线传输带来的安全问题,提出了一种超轻量级移动射频识别的双向认证协议。该协议通过级联运算动态更新标签假名和标签密钥,可有效隐藏标签真实身份,并利用循环校验函数进行标签以及读写器与后端服务器之间的身份认证,实现了系统的双向认证。安全性分析表明,该协议可抵抗跟踪攻击、假冒攻击、重放攻击、中间人攻击等多种恶意攻击。与现有的几种协议相比,该协议降低了标签端的计算开销和通信开销,具有安全性较高、成本低的优点。