一种RFID隐私保护认证协议及其应用研究

论文摘要

无线射频识别（Radio Frequency Identification,RFID）是一种自动识别技术。与条形码技术相比,RFID系统可以被更广泛地使用,因为RFID系统可以通过无线射频（RadioFrequency,RF）快速识别多个标签,而不需要物理或可见的接触。目前RFID系统被用于许多领域,比如:身份识别、防伪技术、供应链管理、公共交通管理和军事等,给人们的工作和生活带来诸多便利。然而,如果不能提供有效的访问控制机制,RFID系统会引起一些安全和隐私问题。因为RFID标签的数据通过无线射频进行传送,可能引起企业信息和个人隐私的泄露。例如:利用标签的响应,不诚实的企业可以试图收集竞争企业的信息,攻击者可以获得个人携带产品的信息或跟踪用户。随着应用领域的拓展,RFID安全和隐私问题成为该技术进一步发展和应用的障碍,人们对这些问题也越来越关注。由于大部分RFID标签在成本、存储和计算能力等方面的限制,无法应用传统的密码算法来解决这些问题,因此必须考虑采用轻量级的密码算法。本文就如何加强RFID系统安全性和隐私性,以及RFID标签的创新性应用,做了一些研究。主要工作及创新点如下:1、分析了RFID系统的特点和存在的安全与隐私威胁,分析并定义了RFID安全性和隐私性要求。研究总结了现有解决RFID安全和隐私问题的三种机制:物理机制、密码机制和政策机制。2、利用零知识证明的思想,设计了一种RFID隐私保护双向认证协议（Privacy-preservingMutual Authentication Protocol,PMAP）。利用协议组合逻辑（Protocol Composition Logic,PCL）对提出的协议进行了形式化安全性证明。该协议在计算量和存储量上适合于RFID系统,在安全性上达到了RFID系统的安全性和隐私性要求。3、应用PMAP协议,提出了RFID标签组中的可验证秘密共享方案,分析了方案的安全性,并利用PCL给出了形式化安全性证明。根据RFID系统的特点,提出“先认证后读取”的实现原则。4、采用PMAP协议中零知识认证消息的构造思想,提出一种基于认证的RFID多标签共存证明方案和该方案的两个扩展。与现有方案相比,在计算量和通信量没有增加的情况下提供了更好的安全性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的研究背景与意义
• 1.1.1 RFID技术的发展现状和趋势
• 1.1.2 RFID技术研究的重点方向
• 1.1.3 研究RFID安全性和隐私性的意义
• 1.2 RFID安全性和隐私性研究现状
• 1.3 本文研究的内容
• 1.4 本文的组织结构
• 第二章 RFID的安全性和隐私性
• 2.1 RFID系统的组成和工作原理
• 2.2 RFID系统的典型应用
• 2.3 RFID系统的特点
• 2.4 RFID系统安全性和隐私性要求
• 2.4.1 安全性要求
• 2.4.2 隐私性要求
• 2.5 安全和隐私威胁
• 2.6 现有安全性和隐私性解决方案
• 2.6.1 物理机制
• 2.6.2 密码机制
• 2.6.3 政策机制
• 2.7 本章小结
• 第三章 RFID隐私保护双向认证协议的设计与分析
• 3.1 密码学背景
• 3.1.1 Hash函数
• 3.1.2 随机数发生器
• 3.1.3 双向认证
• 3.1.4 零知识证明身份认证
• 3.2 PMAP协议主要思想和假设
• 3.2.1 协议主要思想
• 3.2.2 假设
• 3.2.3 协议的构建机制
• 3.3 PMAP协议描述
• 3.4 PMAP协议安全性及抗攻击性分析
• 3.4.1 安全性分析
• 3.4.2 抗攻击性分析
• 3.4.3 与相关安全协议的比较
• 3.5 PMAP协议安全性证明
• 3.5.1 协议组合逻辑PCL
• 3.5.2 PMAP协议的形式化描述
• 3.5.3 PMAP协议的安全目标及证明
• 3.6 PMAP协议仿真分析
• 3.7 本章小结
• 第四章 RFID标签组中可验证门限秘密共享方案
• 4.1 RFID标签组中秘密共享
• 4.1.1 问题的提出
• 4.1.2 方案的基本思想
• 4.2 方案描述
• 4.2.1 参数选取
• 4.2.2 标签注册和密钥分发
• 4.2.3 组成员标签认证阶段
• 4.2.4 子密钥传递和GK恢复阶段
• 4.3 方案安全性分析
• 4.4 SKTP协议安全性证明
• 4.4.1 SKTP协议的形式化描述
• 4.4.2 SKTP协议的安全目标及证明
• 4.5 方案安全性证明
• 4.6 本章小结
• 第五章 基于认证的可扩展多标签共存证明方案
• 5.1 现有多标签共存证明方案
• 5.1.1 共轭证明（Yoking-Proof）
• 5.1.2 群组证明（Grouping-Proof）
• 5.1.3 存在性证明（Existence-Proof）
• 5.1.4 安全时间戳证明（Sec TS-Proof）和时间戳链证明（TS Chaining-Proof）
• 5.2 基于认证的共存证明
• 5.3 基本方案的的两个扩展
• 5.3.1 多标签共存证明
• 5.3.2 多群组多标签共存证明
• 5.4 方案抗攻击性分析
• 5.5 与现有方案的比较
• 5.6 本章小结
• 第六章 论文总结与展望
• 6.1 本文总结
• 6.2 需要进一步研究的问题
• 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