RFID安全认证协议的研究与设计

论文摘要

射频识别技术(Radio Frequency Identification,简称RFID)是一项继条形码技术、生物识别技术之后的自动识别技术,它利用射频信号通过空间耦合(交变磁场和电磁场)实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别的目的。RFID技术具有许多突出的优点,例如不需人工干预,不需直接接触,不需光学可视即可完成信息的输入和处理,可工作在各种恶劣环境中,可同时识别多个电子标签,操作方便快捷等。如今,RFID技术已经被世界公认为21世纪十大重要技术之一,在生产、零售、物流、交通等方面有着广阔的应用前景。目前,射频识别技术仍存在着许多的技术问题,例如：安全隐私问题,标签防碰撞问题,中间件问题,网络部署问题等。本文中主要研究了RFID系统中的安全隐私问题。因为随着射频识别技术的广泛应用,其安全隐私问题日益得到人们的重视。如果RFID系统中的安全隐私问题得不到很好的解决,其应用会有很大的局限性。本文首先介绍了RFID的研究背景和研究现状等,描述了RFID系统的组成和基本原理,然后分析了RFID系统中所存在的安全隐私问题。针对RFID系统中最为重要的安全隐私问题,对现有的几种常用的RFID安全认证协议进行了分析,有hash锁协议、随机hash锁协议、hash链协议和基于hash认证的"Good Reader"协议等,并分别指出这些协议中的不足。针对这些不足,结合RFID系统中的安全隐私需求,提出了一个改进的RFID安全认证协议,改进协议同样是基于Hash函数的,此协议在一定程度上保证阅读器和标签之间所传输的信息的安全。其次,通过分析可以得出改进协议满足安全和性能要求。然后通过从安全性、计算量和存储容量三方面进行对比,得出改进协议的综合性能优于其他的协议。为了更好地证明协议的安全性,本文利用BAN逻辑对改进协议进行逻辑证明。在证明完成后给出一个具体的实例来更加清楚的说明整个协议认证过程。最后,本文在Visual Studio 2005环境下,实现了对改进协议的软件模拟。通过假设各种合法的和不合法的标签,阅读器来模拟不同的输出结果,以此说明改进协议的可用性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 研究背景及意义
• 1.2 国内外研究情况
• 1.2.1 研究历史
• 1.2.2 研究现状
• 1.2.3 研究的进展
• 1.3 本文的主要工作及结构安排
• 第2章 RFID系统概述
• 2.1 RFID系统的组成
• 2.1.1 电子标签
• 2.1.2 阅读器
• 2.1.3 后台数据库
• 2.2 RFID系统的工作原理和工作频率
• 2.2.1 工作原理
• 2.2.2 工作频率
• 2.3 RFID系统的安全与隐私分析
• 2.3.1 RFID系统中的威胁模型
• 2.3.2 RFID系统中安全隐私问题分析
• 2.4 现有的安全对策优劣分析
• 2.4.1 物理方法优劣分析
• 2.4.2 基于密码的安全协议优劣分析
• 2.5 小结
• 第3章 认证协议的改进设计
• 3.1 系统的安全需求
• 3.2 函数的选取
• 3.3 改进的认证协议
• 3.3.1 初始条件
• 3.3.2 协议的认证过程
• 3.4 改进协议的安全性和性能分析
• 3.4.1 安全性分析
• 3.4.2 性能分析
• 3.5 小结
• 第4章 改进协议的安全性证明
• 4.1 BAN逻辑
• 4.1.1 BAN逻辑概况
• 4.1.2 BAN逻辑的语法
• 4.1.3 BAN逻辑的主要推理规则
• 4.2 协议证明过程
• 4.3 数值实例
• 4.4 小结
• 第5章 RFID系统的软件设计
• 5.1 基本架构
• 5.1.1 控制器和读写器之间的通信
• 5.1.2 协议栈结构
• 5.2 认证过程和TCP会话
• 5.3 报文设计和编码
• 5.3.1 报文设计
• 5.3.2 消息类型
• 5.3.3 消息参数
• 5.4 IRAP的实现
• 5.4.1 IRAP类设计
• 5.4.2 SHA1哈希算法
• 5.5 软件模拟
• 5.5.1 读写器
• 5.5.2 控制器
• 5.5.3 标签
• 5.6 小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录1
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研成果