无线身份认证系统及抗碰撞算法研究

论文摘要

随着近年来军事信息通信任务的日益繁重,采用密码设备对通信数据加密处理作为保障涉密信息安全传输的重要手段越来越多地应用到了军事领域的各个部门,密码设备身份认证模块的安全管理与稳定可用性显得更加重要。但随着军事保障任务的多样化,传统接触式IC卡认证模块逐渐暴露出其在湿热环境下和车载环境下稳定可用性不高的不利因素以及大量IC卡管理上的难度。目前射频技术已趋于成熟,采用非接触式射频卡作为身份认证模块相比于传统接触式IC卡,虽然存在着成本高和数据安全传输的问题,但由于其在数据存储方面具有较高的安全性和传输方面具有较高的稳定可靠性,将其作为传统接触式IC卡的补充,能提高认证模块数据存储安全,对特殊环境下执行保密通信任务给予稳定可靠的技术支持。本课题通过深入学习掌握现阶段近距离无线射频通信各项技术标准和非接触身份认证模块的实用技术,提出无线射频身份认证方案。以解决射频身份认证模块数据存储过程中安全管理、数据传输过程中的安全保密和多标签环境下的抗碰撞协议设计为目标,对射频身份认证系统组成结构和传输协议进行分析与设计。本文的主要工作包括:1.对当前广泛使用的射频识别协议和非接触身份认证模块的实用技术进行研究与分析,结合密码装备射频身份认证模块在存储和传输方面的安全保密需求,提出了保密系统身份认证系统的组成结构。2.在数据存储的安全管理方面,对认证标签的存储器进行逻辑分区设计,阅读器与认证标签之间共享不同权限的访问口令,以获得不同的访问权限,认证标签根据访问权限执行相关存储分区的操作。增强了认证系统的存储安全与可管理性。3.传输数据的安全保密方面,在协议设计中增加了阅读器与认证标签的双向认证机制,在阅读器与标签之间安全分发会话密钥,使用会话密钥对传输的数据进行加密,有效地保证了无线数据传输中的安全保密问题。4.设计了一种基于动态随机时隙接入抗碰撞算法,通过估计未识别标签数量来动态改变系统总时隙数,采用统计碰撞点数量机制来判定和解决两点碰撞问题。并对算法采用C#.NET进行编程仿真,分析仿真数据得出本文提出的算法识别效率保持在55%以上,验证本文算法在识别效率上的优势。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 研究内容
• 1.3 文章结构安排
• 第二章 无线射频技术综述
• 2.1 射频技术基本概念与发展历史
• 2.1.1 射频识别技术基本概念
• 2.1.2 射频识别技术的发展历史
• 2.2 射频识别系统组成和工作原理
• 2.2.1 阅读器
• 2.2.2 射频标签
• 2.2.3 工作原理
• 2.3 射频识别系统的分类
• 2.3.1 有源系统和无源系统
• 2.3.2 低频、高频及超高频和微波系统
• 2.3.3 只读系统和读写系统
• 2.3.4 单标签系统、多标签系统和多阅读器系统
• 2.4 射频识别技术标准化研究及其进展
• 2.4.1 主要国际标准
• 2.4.2 标准间比较
• 2.4.3 国内标准化进展
• 2.5 射频识别标准基本结构
• 2.6 本章小结
• 第三章 射频认证系统组成结构
• 3.1 系统结构概述
• 3.2 认证系统工作流程
• 3.3 认证系统关键技术分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 射频认证系统传输协议设计与分析
• 4.1 现有射频识别标准的传输协议
• 4.1.1 ISO/IEC 18000-6A 传输协议
• 4.1.2 ISO/IEC 18000-6B 传输协议
• 4.2 射频认证系统传输协议设计
• 4.2.1 协议概述
• 4.2.2 认证标签状态转移设计
• 4.3 阅读器命令设计
• 4.3.1 标签识别命令
• 4.3.2 数据操作命令
• 4.4 双向认证与会话密钥交换过程
• 4.5 认证标签存储结构及存储管理设计
• 4.5.1 存储管理设计
• 4.5.2 认证标签存储结构
• 4.6 本章小结
• 第五章 射频系统中的冲突及其抗碰撞算法设计
• 5.1 射频系统中的冲突
• 5.2 无线通信技术中常用的抗碰撞算法
• 5.3 时分多址抗碰撞法的分析与研究
• 5.3.1 时分多址法在标签抗碰撞中的应用
• 5.3.2 二进制搜索法
• 5.3.3 随机延时传输法
• 5.3.4 抗碰撞算法分析
• 5.4 一种改进的动态随机时隙接入算法
• 5.4.1 相关术语概念
• 5.4.2 关键问题解析
• 5.4.3 抗碰撞算法设计
• 5.5 本章小结
• 第六章 抗碰撞算法的仿真实现
• 6.1 二进制搜索法
• 6.2 动态随机时隙接入法
• 6.3 改进的动态随机时隙接入法
• 6.4 仿真结果
• 6.4.1 二进制搜索法仿真结果
• 6.4.2 时隙随机接入法仿真结果
• 6.4.3 本文改进算法的仿真结果
• 6.5 仿真结果分析
• 6.5.1 本文算法与二进制搜索法比较
• 6.5.2 本文算法与随机时隙接入法比较
• 6.6 本章小结
• 第七章 结束语
• 7.1 主要工作总结
• 7.2 有待进一步研究的问题
• 参考文献
• 作者简历 攻读硕士学位期间完成的主要工作
• 致谢