基于隨機(jī)數(shù)和Hash函數(shù)的RFID安全協(xié)議

◆陳文雄

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基于隨機(jī)數(shù)和Hash函數(shù)的RFID安全協(xié)議

◆陳文雄

（廣州汽車集團(tuán)股份有限公司汽車工程研究院信息與數(shù)字化部 廣東 511434）

RFID無需經(jīng)過物理接觸就可以在開放的環(huán)境中進(jìn)行對(duì)像的識(shí)別，使得RFID容易遭受攻擊。本文通過分析兩種經(jīng)典的RFID協(xié)議，提出了基于隨機(jī)數(shù)和Hash函數(shù)結(jié)合的新協(xié)議。本協(xié)議能夠避免非法閱讀、標(biāo)簽跟蹤、消息竊聽、偽裝授權(quán)、消息重放和哈希函數(shù)遭破解等問題。

RFID；隨機(jī)數(shù)；安全協(xié)議

0 引言

無線射頻識(shí)別(RFID)，作為一個(gè)新無需接觸的信息識(shí)別技術(shù)，得到廣泛使用。而很多無線通信的安全問題也隨之出現(xiàn)了，一些攻擊者針對(duì)RFID的弱點(diǎn)進(jìn)行攻擊。Sarma等人提出了Hash-Lock[2]協(xié)議，該協(xié)議中metaid保持不變，而且id也是通過明文進(jìn)行傳輸，這很容易受到攻擊和跟蹤。Weis等人提出了隨機(jī)化Hash-Lock[3]協(xié)議，它主要是采用“咨詢-應(yīng)答”的隨機(jī)數(shù)機(jī)制。該協(xié)議中的idk也是以明文的形式進(jìn)行傳輸，容易受到攻擊和跟蹤。本文中，我們采用了基于隨機(jī)數(shù)和Hash函數(shù)加密的方法來減少標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)的復(fù)雜性，同時(shí)確保RFID的協(xié)議安全。

1 相關(guān)工作

目前的RFID安全協(xié)議主要是采用加密的安全性來提高數(shù)據(jù)的傳輸，采用“詢問-響應(yīng)”的模式來驗(yàn)證標(biāo)簽和閱讀器。其中典型的方法包括Hash-Lock協(xié)議和隨機(jī)化Hash-Lock協(xié)議。在本節(jié)，我們將對(duì)這兩種協(xié)議進(jìn)行分析。

1.1 Hash-Lock協(xié)議

Hash-Lock是Sarma提出來的，該協(xié)議的重點(diǎn)是使用metaid代替真實(shí)的標(biāo)簽id來響應(yīng)標(biāo)簽閱讀器。該協(xié)議的流程圖如圖1所示。

圖1 Hash-Lock協(xié)議流程圖

1.2隨機(jī)化Hash-Lock協(xié)議

Weis等人提出了隨機(jī)化Hash-Lock協(xié)議。它主要是采用“咨詢-應(yīng)答”的隨機(jī)數(shù)機(jī)制。其協(xié)議流程圖如圖2所示。

圖2 隨機(jī)哈希函數(shù)認(rèn)證協(xié)議示意圖

在隨機(jī)化Hash-Lock協(xié)議中，idk也是在不安全的信道中以明文的形式進(jìn)行傳輸，很容易受到攻擊者的跟蹤和攻擊。此外，該協(xié)議也不能進(jìn)行標(biāo)簽重傳攻擊。

2 擬定協(xié)議

前面我們分析了兩種經(jīng)典RFID協(xié)議，現(xiàn)在我們主要是找一個(gè)能夠平衡協(xié)議的安全性和標(biāo)簽復(fù)雜度的協(xié)議。基于這個(gè)目的，我們提出了基于隨機(jī)數(shù)和加密哈希函數(shù)實(shí)現(xiàn)的安全的RFID協(xié)議。

2.1協(xié)議假設(shè)

在描述協(xié)議過程中，我們提出了兩種基本假設(shè)：

（1）在標(biāo)簽和閱讀器之間的無線信道，攻擊者能夠竊聽到所有的消息；

（2）在標(biāo)簽和閱讀器之間的無線信道是安全的，攻擊者不能獲取到任何消息。

2.2 協(xié)議描述

在擬定的協(xié)議中，我們令標(biāo)簽認(rèn)證信息為id，共享密鑰為k，生成的隨機(jī)數(shù)為R。閱讀器在每次認(rèn)證標(biāo)簽時(shí)產(chǎn)生一個(gè)新的隨機(jī)數(shù)R。服務(wù)器將每個(gè)標(biāo)簽的k和id保存起來。該協(xié)議的流程圖如圖3所示。

[參數(shù)]

-query：請(qǐng)求響應(yīng)標(biāo)簽

-id：標(biāo)簽認(rèn)證信息

-k：標(biāo)簽和服務(wù)器的共享密鑰

-R：閱讀器生成的隨機(jī)數(shù)

-⊕：邏輯異或

-H(A)：A的哈希值

-Hk(A)：H(A)和k構(gòu)成的密鑰

圖3 擬定協(xié)議流程圖

該協(xié)議的認(rèn)證過程如下：

（1）閱讀器生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)R，并向標(biāo)簽發(fā)送一個(gè)query認(rèn)證請(qǐng)求；

（2）在標(biāo)簽成功接收到認(rèn)證請(qǐng)求后，將接收到的R與上次接收到的R進(jìn)行比較，如果兩個(gè)相等的話，則表示重復(fù)讀取標(biāo)簽，認(rèn)證失敗，否則，計(jì)算id⊕Hk(R)，并將R和id⊕Hk(R)發(fā)送給閱讀器；

（3）如果閱讀器成功接收到標(biāo)簽的反應(yīng)，則比較接收到的R和上次存儲(chǔ)的R，如果它們相等的話則把R和id⊕Hk(R)轉(zhuǎn)發(fā)給服務(wù)器，否則，認(rèn)證失敗；

（4）服務(wù)器從閱讀器成功接收到消息后，服務(wù)器計(jì)算idx⊕Hk(R)，并且比較id⊕Hk(R)和id⊕Hk(R’)，如果兩者相等，則表示認(rèn)證成功。假設(shè)認(rèn)證的id為idx，服務(wù)器將idx，k和R發(fā)送到閱讀器。如果不相等，則認(rèn)證失敗；

（5）如果閱讀器成功從服務(wù)器接收到消息，則計(jì)算Hk(idx⊕R)并且把它發(fā)送到標(biāo)簽，否則，沒有反應(yīng)；

（6）標(biāo)簽成功得地從閱讀器接收到消息后，通過存儲(chǔ)的id和R計(jì)算Hk(idx⊕R’)。如果他們相等的話，則閱讀器將被授權(quán)，否則是非法的。

3 結(jié)束語

RFID技術(shù)廣泛應(yīng)用于各行各業(yè)中，其安全和可靠的信息傳輸時(shí)一個(gè)重要的問題。在分析前人提出了各種安全協(xié)議后，提出了一個(gè)基于隨機(jī)數(shù)和哈希函數(shù)的RFID安全協(xié)議。它能夠避免非法閱讀、標(biāo)簽跟蹤、消息竊聽、偽裝授權(quán)、消息重放和哈希函數(shù)遭破解等問題，而且能夠使認(rèn)證過程中的大量運(yùn)算集中在服務(wù)器中，減少了標(biāo)簽的電路復(fù)雜，從而降低了系統(tǒng)的成本。

[1]魏棉裕, 歐毓毅.改進(jìn)的抗去同步化攻擊RFID安全協(xié)議[J].計(jì)算機(jī)工程與設(shè)計(jì), 2017.

[2]黃斌, 張金鴻, 胡忠奎等.基于動(dòng)態(tài)ID的RFID安全協(xié)議研究及設(shè)計(jì)[J].現(xiàn)代計(jì)算機(jī), 2016.

[3]楊元原, 陸臻, 顧健等.RFID安全協(xié)議追蹤攻擊的形式化分析[C].//第30次全國計(jì)算機(jī)安全學(xué)術(shù)交流會(huì)論文集, 2015.