一種射頻識別系統(tǒng)安全認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種射頻識別系統(tǒng)安全認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法，該方法簡化了通信雙方公開值的傳遞，將其交由認(rèn)證服務(wù)器來傳達(dá)，而且這對安全性沒有影響，因?yàn)榧幢惴?wù)器被攻破，那么其必定無法通過后面的認(rèn)證。認(rèn)證過程中每生成一個(gè)會話密鑰，需要執(zhí)行3輪通信，7步運(yùn)算，相比同類方法，效率有很大提高。該發(fā)明的主要特點(diǎn)是安全，具有低存儲成本、低通信成本、方法新穎、易于實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn)。本發(fā)明能夠有效抵御服務(wù)器泄露攻擊、中間者攻擊、離線猜測攻擊和不可察覺的在線猜測攻擊,同時(shí)提供雙向認(rèn)證、強(qiáng)安全性的會話密鑰以及前向安全性，非常適合于必須提供隱私保護(hù)的RFID應(yīng)用系統(tǒng)。
【專利說明】一種射頻識別系統(tǒng)安全認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于信息安全【技術(shù)領(lǐng)域】，特別涉及一種基于射頻識別系統(tǒng)的安全認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法。
【背景技術(shù)】
[0002]射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標(biāo)對象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID系統(tǒng)一般由RFID標(biāo)簽、RFID讀寫器和后臺服務(wù)器三部分組成，標(biāo)簽和讀寫器之間采用非接觸方式通信。RFID技術(shù)的出現(xiàn)，解決了數(shù)據(jù)自動識別的難題，處理信息更為快速、準(zhǔn)確，減少了人工干預(yù)，避免了繁瑣的手工輸入等流程，從而降低了生產(chǎn)成本，無線射頻識別目前已廣泛應(yīng)用于國內(nèi)外企業(yè)的供應(yīng)鏈中，在各行業(yè)都有所運(yùn)用，不過因?yàn)樾畔踩珕栴}的存在，RFID應(yīng)用尚未普及到至為重要的關(guān)鍵任務(wù)中。認(rèn)證與密鑰協(xié)商機(jī)制是保護(hù)RFID系統(tǒng)安全的核心技術(shù)之一，當(dāng)下我國亟需設(shè)計(jì)出安全可靠的RFID認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法，促進(jìn)國內(nèi)各行各業(yè)實(shí)施RFID系統(tǒng)，提高勞動生產(chǎn)率。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]技術(shù)問題:本發(fā)明的目的是提供一種射頻識別系統(tǒng)安全認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法。認(rèn)證與密鑰協(xié)商在RFID系統(tǒng)中是一道核心安全屏障，也是實(shí)施訪問控制的基礎(chǔ)，信息通信安全幾乎總是開始于認(rèn)證的握手過程，因此，認(rèn)證與密鑰協(xié)商機(jī)制對整個(gè)系統(tǒng)的安全具有十分重要的作用。隨著RFID系統(tǒng)的大量推廣應(yīng)用，RFID系統(tǒng)的規(guī)模也在逐漸變大變復(fù)雜，系統(tǒng)所承載的敏感信息越來越多，迫切需要得到安全保障。
[0004]技術(shù)方案:本發(fā)明方案中有一些技術(shù)符號，說明如下:
[0005]l)〈G、E、P、Q、q>:G表示運(yùn)算為乘法的階為素?cái)?shù)q的有限循環(huán)群，E為G上的橢圓曲線，P為選取的基元，保證ηΡ=0的最小η值是一個(gè)很大的素?cái)?shù)，P、Q e E ;
[0006]2)L，R，S:L表示RFID標(biāo)簽的電子編碼，R表示RFID閱讀器的身份標(biāo)識號，S是RFID系統(tǒng)認(rèn)證服務(wù)器的身份標(biāo)識號；
[0007]3)pwL,pwE,pwLQ,pwEQ:前兩個(gè)分別表示電子標(biāo)簽和RFID閱讀器的口令,且pwL,pwK均選自字典D ;后兩個(gè)分別表示認(rèn)證服務(wù)器對應(yīng)電子標(biāo)簽和RFID閱讀器的口令驗(yàn)證元；
[0008]4) t1； t2, x, y, r:從Zq*中選取的隨機(jī)值；
[0009]5)//..:丨0.1} -!0.1r:表示哈希函數(shù)，i e {I, 2}，Ii是一個(gè)安全參數(shù)，用于RFID系統(tǒng)認(rèn)證服務(wù)器對電子標(biāo)簽和閱讀器的認(rèn)證(MAC)。
[0010]本發(fā)明的目的是解決標(biāo)簽、閱讀器和認(rèn)證服務(wù)器之間的身份認(rèn)證安全與密鑰協(xié)商問題，具體方法如下:
[0011]步驟1:電子標(biāo)簽發(fā)送身份標(biāo)識<L>給后臺認(rèn)證服務(wù)器，
[0012]步驟2:閱讀器發(fā)送身份標(biāo)識<R>給認(rèn)證服務(wù)器，請求認(rèn)證開始，
[0013]步驟3:認(rèn)證服務(wù)器選取隨機(jī)值& e是乘法群，計(jì)算tiP，P e E，E是橢圓曲線，并用T1表示，即tiP = T1,使用PiQ對T1加密以便之后認(rèn)證服務(wù)器能對標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證，pwL e D，D是字典，QeE ;設(shè)加密后結(jié)果為T1' T1* = T^pwlQ,向標(biāo)簽發(fā)送<T\*、L、R、S〉，其中S是認(rèn)證服務(wù)器的身份標(biāo)識，
[0014]步驟4:認(rèn)證服務(wù)器選取隨機(jī)值t2 e Zq*,計(jì)算t2P，P同上，并用T2表示，即t2P =T2，使用pwKQ，pwE e Dj^T2加密以便之后認(rèn)證服務(wù)器能對閱讀器進(jìn)行認(rèn)證，設(shè)加密后結(jié)果為 T2% T2* = T2+pwEQ,向閱讀器發(fā)送 <T2' L、R、S〉，[0015]步驟5:閱讀器選取隨機(jī)值y e Z:，計(jì)算yP，P同上，并用V表示，即yP = V,計(jì)算出V用于之后協(xié)商出共享秘密值，使用pwK，pwE同上，對T/進(jìn)行解密，得到T2,計(jì)算yT2，并用K2表示，即yT2 = K2,計(jì)算出K2作為認(rèn)證服務(wù)器對閱讀器進(jìn)行認(rèn)證的密鑰，計(jì)算H1 (L, R, S，T2, V, K2)，Hx: {O4彳0，1丨;是哈希函數(shù)，Ii是安全參數(shù)，并用Auth1Y表示，即H1 (L, R, S，T2, V, K2) = Auth1Y,計(jì)算出 Auth1Y 用作 MAC 碼，向認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送〈V、Auth1Y>,
[0016]步驟6:標(biāo)簽選取隨機(jī)值X e Zq*,計(jì)算xP, P同上，并用U表示，即xP = U,計(jì)算出U用于之后協(xié)商共享秘密值，使用PA對T1*進(jìn)行解密，得到T1，計(jì)算XT1 = Xt1P,并用K1表示，即XT1 = K1,計(jì)算出K1作為認(rèn)證服務(wù)器對電子標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證的密鑰，計(jì)算H1 (L, R, S，T1, U, K1)，并用 Authix 表示，即 H1 (L, R, S，T1, U, K1) = Authix,計(jì)算出 Authix 作為 MAC碼，向認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送〈U、Authlx>,
[0017]步驟7:認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算i^U, U同上，因此有hU = t^P = K1,由橢圓曲線的⑶H (Gap Diffie-Hellman,間隙迪菲-赫爾曼)困難性假設(shè)可知該密鑰只有標(biāo)簽、認(rèn)證服務(wù)器知道，從而可以用于后面認(rèn)證服務(wù)器對標(biāo)簽的認(rèn)證；認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算H1 (L, R, S，T1, U, K1)，如果H1 (L，R, S，T1, U, K1)與接收到的Authix不等，則說明對方不是標(biāo)簽或消息被篡改過，認(rèn)證服務(wù)器終止認(rèn)證過程；否則，則完成了對標(biāo)簽的認(rèn)證；類似地，認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算t2V，t2、V同上，因此有t2V = t2yP = K2,同樣由橢圓曲線的⑶H困難性假設(shè)可知該密鑰只有閱讀器、認(rèn)證服務(wù)器知道，從而可以用于后面認(rèn)證服務(wù)器對閱讀器的認(rèn)證；認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算H1 (L, R, S，T2, U, K2)，如果H1 (L, R, S，T2, U, K2)與接收到的Authiy不等，則說明對方不是閱讀器或消息被篡改過，認(rèn)證服務(wù)器終止認(rèn)證過程；否則，則完成了對閱讀器的認(rèn)證；當(dāng)完成了對標(biāo)簽、閱讀器的認(rèn)證之后，認(rèn)證服務(wù)器選取一個(gè)隨機(jī)值r e Z/，計(jì)算rU，并用Y*表示，SPrU = Y*，計(jì)算出Y*用于之后協(xié)商共享的秘密值，計(jì)算H2 (L, R, S，Y*, K1)，//,:!0,?] {0,1}(是哈希函數(shù)，Ii是安全參數(shù)，并用Auth2x表示，即H2 (L, R, S，Y*, K1) = Auth2x,計(jì)算出Auth2x作MAC碼，向標(biāo)簽發(fā)送< Y*，Auth2x >，
[0018]步驟8:認(rèn)證服務(wù)器選取一個(gè)隨機(jī)值r e Zq*,計(jì)算rV，并用X*表示，即rV = X*,計(jì)算出X*用于之后協(xié)商共享秘密值，計(jì)算H2 (L, R, S，X*，K2)，并用Auth2Y表示，即H2 (L, R, S，X*，K2)=Auth2Y,計(jì)算出Auth2Y作為MAC碼，向閱讀器發(fā)送< X*，Auth2y >,
[0019]步驟9:標(biāo)簽計(jì)算H2 (L, R, S，Y*, K1)，與收到的Auth2x進(jìn)行比較，如果不等，說明對方不是認(rèn)證服務(wù)器或者消息已被篡改，標(biāo)簽終止認(rèn)證過程；否則，標(biāo)簽完成對認(rèn)證服務(wù)器的認(rèn)證，
[0020]步驟10:閱讀器計(jì)算4仏，1?，5，乂*，1(2)，與收到的4此1%進(jìn)行比較，如果不等，說明對方不是認(rèn)證服務(wù)器或者消息已被篡改，閱讀器終止認(rèn)證過程；否則，閱讀器完成對認(rèn)證服務(wù)的認(rèn)證，
[0021]步驟11:標(biāo)簽計(jì)算共享秘密值cs = X.Y* = xryP,閱讀器計(jì)算共享秘密值cs =y.X* = xryP,
[0022]步驟12:標(biāo)簽與閱讀器取CS為會話密鑰，保障后續(xù)通信安全。
[0023]有益效果:本認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法簡化了通信雙方公開值的傳遞，將其交由認(rèn)證服務(wù)器來傳達(dá)，而且這對安全性沒有影響，因?yàn)榧幢惴?wù)器被攻破，那么其必定無法通過后面的認(rèn)證。認(rèn)證過程中每生成一個(gè)會話密鑰，需要執(zhí)行3輪通信，7步運(yùn)算，相比同類方法，效率有很大提高。由于沒有使用公鑰，同樣也不會加大運(yùn)算開銷。另外，在本方法的會話密鑰生成中不僅僅使用了隨機(jī)值X，y，服務(wù)器端也提供了隨機(jī)值r ;會話密鑰和臨時(shí)認(rèn)證密鑰的生成使用了不同的哈希函數(shù)。存儲開銷上，對于每個(gè)認(rèn)證實(shí)體(標(biāo)簽和閱讀器)，只需存儲一個(gè)口令；對于認(rèn)證服務(wù)器，只需存儲每個(gè)認(rèn)證實(shí)體相對應(yīng)的口令驗(yàn)證元。
[0024]抵御服務(wù)器泄露攻擊:由于認(rèn)證服務(wù)器端并沒有直接存儲用戶的口令，而是存儲了驗(yàn)證元，這樣即使服務(wù)器泄露了驗(yàn)證元，由橢圓曲線的GDH困難性假設(shè)可知，攻擊者無法在多項(xiàng)式時(shí)間內(nèi)計(jì)算出用戶口令。因而，該方法能夠抵御服務(wù)器泄露攻擊。
[0025]實(shí)現(xiàn)了相互認(rèn)證:因?yàn)檎J(rèn)證服務(wù)器分別發(fā)送給標(biāo)簽、閱讀器使用口令驗(yàn)證元加密了的T1* = T^pwlQ和T/ = T2+pwEQ,標(biāo)簽和閱讀器必須用自己的口令來解密，從而分別計(jì)算出一次認(rèn)證密鑰K1和K2 ;相應(yīng)地，認(rèn)證服務(wù)器通過使用K1和K2來計(jì)算Authix =H1 (L, R, S，T1, U, K1)，Auth1Y = H1 (L, R, S，T2, V, K2)可以實(shí)現(xiàn)對標(biāo)簽、閱讀器的認(rèn)證。除此之外，通過分別計(jì)算Auth2x = H2 (L, R, S，Y*, K1)和Auth2y = H2 (L, R, S，X*, K2)，從而標(biāo)簽和閱讀器還能實(shí)現(xiàn)對認(rèn)證服務(wù)器的認(rèn)證。由于實(shí)現(xiàn)了對認(rèn)證服務(wù)器的認(rèn)證，那么標(biāo)簽和閱讀器有理由相信從后臺認(rèn)證服務(wù)器發(fā)來的Y*和X*的有效性。
[0026]抵抗中間者攻擊:中間者攻擊指的是攻擊者截獲一條消息，用自己的消息代替其截獲的消息，使得通信方無察覺地生成錯(cuò)誤的會話密鑰。然而，認(rèn)證直接阻止了這種攻擊。由于在該方法中，MAC 值 Authix = H1 (L, R, S，T1, U, K1)，Authiy = H1 (L, R, S，T2, V, K2)向認(rèn)證服務(wù)器提供了對標(biāo)簽、閱讀器的認(rèn)證，因而可以抵抗中間者攻擊。
[0027]會話密鑰的強(qiáng)安全性:給定X* = rU, Y`* = rV,由于尚未發(fā)現(xiàn)能夠解決橢圓曲線的⑶H問題的多項(xiàng)式算法,且隨機(jī)值X，y, r是未知的，因此攻擊者無法獲取cs = y ?X* = xryP或者cs = x.Y* = xryP,即會話密鑰的安全性是基于橢圓曲線的⑶H問題，可以被認(rèn)為是計(jì)算上不可行的。
[0028]抵抗離線猜測攻擊:在離線口令猜測攻擊中，攻擊者對口令進(jìn)行猜測，然后離線地證實(shí)其猜測。在該方法中，由于A、t2都是隨機(jī)值，因而沒有任何信息能幫助直接證實(shí)猜測的口令的正確性。因而，該方法能夠抵抗離線猜測攻擊。
[0029]抵抗不可察覺的在線猜測攻擊:在在線猜測攻擊中，攻擊者嘗試在在線的方法執(zhí)行中證實(shí)其猜測的口令的正確性。在本方法中，認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送出T1* = TJpiQ和T/ =T2+pwEQ,并從標(biāo)簽、閱讀器處接收Authix = H1 (L, R, S，T1, U, K1) ,Authiy = H1 (L, R, S，T2, V, K2)，因而服務(wù)器可以通過計(jì)算出K1和K2，檢查Authix = H1 (L, R, S，T1, U, K1)，Authiy =H1 (L, R, S, T2,V, K2)來實(shí)現(xiàn)對標(biāo)簽、閱讀器的認(rèn)證。顯然，如果攻擊者A猜測標(biāo)簽的口令Pw^，如果猜測失敗，即Pi'古PI，那么A就不能正確解密得到T1，從而無法正確地計(jì)算出認(rèn)證密鑰K1,由哈希函數(shù)的碰撞性可知A無法通過認(rèn)證服務(wù)器的認(rèn)證，即會被認(rèn)證服務(wù)器察覺。
[0030]前向安全性:在該方法中，由于臨時(shí)乘數(shù)x、y、r是隨機(jī)挑選的，因而獨(dú)立于方法的執(zhí)行，所以口令泄露并不能得出之前協(xié)商的會話密鑰。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0031]圖1是實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的基于RFID的物資管理系統(tǒng)框圖，
[0032]圖2是實(shí)現(xiàn)了本發(fā)明的基于RFID的物資管理系統(tǒng)軟件體系結(jié)構(gòu)圖，
[0033]圖3是本發(fā)明的認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法的過程圖。
【具體實(shí)施方式】
[0034]一、實(shí)施環(huán)境
[0035](I) RFID信息采集終端
[0036]RFID信息采集終端主要包括附著于物品上的EPC電子標(biāo)簽和RFID讀寫器。
[0037]對于65位、96位和256位三種EPC序列長度，AUTO-1D中心將其定義為7種EPC版本結(jié)構(gòu)。基于96bits序列的EPC-96是當(dāng)前最流行的命名方案，本系統(tǒng)采用EPC-96實(shí)現(xiàn)對單一物品的編碼標(biāo)識。
[0038]RFID讀寫器用于激活標(biāo)簽，讀取電子標(biāo)簽EPC存儲區(qū)數(shù)據(jù)。
[0039]GEN-2EPC標(biāo)簽通信在RFID讀寫器的UHF頻段(800_960MHz)，其通信距離可以達(dá)到2~10米。本系統(tǒng)采用的DT9051-UHF藍(lán)牙低頻短距離RFID讀寫器讀寫距離為I~2米，DT9020-UHF超高頻中距離RFID讀寫器讀寫距離為I~6米。
[0040]主要硬件設(shè)備詳細(xì)參數(shù)如下:
[0041]RFID
[0042]讀寫器是遠(yuǎn)程無線射頻識別系統(tǒng)的關(guān)鍵部件，讀寫器適用于讀和寫符合EPCIS018000-6C, IS018000-6B國際標(biāo)準(zhǔn)通信協(xié)議的EM，Philips的電子卷標(biāo)，廣泛應(yīng)用于車輛自動識別管理、高速公路不停車收費(fèi)、海關(guān)車輛自動識別、鐵路車號識別與調(diào)度、物流管理、門禁管理等領(lǐng)域。
[0043]讀寫器的性能特點(diǎn):
[0044]籲工作頻率:902~928MHz，跳頻工作模式(HFSS)；
[0045]?微波輸出功率:+ 40dbm (Iff)；
[0046]?識別閱讀距離達(dá)大于12m，單卡讀取時(shí)間小于IOms ；
[0047]?具有防碰撞讀取功能，可識別多個(gè)標(biāo)簽；
[0048].CRC碼檢測技術(shù)，協(xié)議處理簡單、快速、高；
[0049]?動態(tài)連接庫采用標(biāo)準(zhǔn)API接口，簡化PC機(jī)高端程序；
[0050]?標(biāo)準(zhǔn)的通信接口:Wiegand26bit / RS242 / RS585 ；
[0051]?電源:220V / 50Hz ;
[0052]?外形尺寸:550MMX550MM X50MM ;
[0053]?工作溫度:-20 ~85°C ;
[0054]RFID 卡片:
[0055]?標(biāo)準(zhǔn)薄卡尺寸:86*55*5.5mm ;
[0056]?識別距離:2—80米可調(diào)；
[0057]?識別速度:200公里/小時(shí)以內(nèi)；[0058]?防沖突性:可同時(shí)識別200張卡；
[0059]?只讀型:ID號全球唯一；
[0060]籲工作頻率:2.5GHz-2.5GHz λ ISM微波段，128個(gè)頻道，頻道帶寬8MHz ；
[0061]?數(shù)據(jù)速率:1Mbps;
[0062]籲射頻功率:小于_4dBm，可編程；
[0063]籲工作電流:小于5uA;
[0064]?接收靈敏度:不小于_90dBm，可編程；
[0065]?工作環(huán)境溫度:_5(TC -85°C ；
[0066]?使用壽命:6_8年。
[0067](2)信息網(wǎng)絡(luò)終端
[0068]信息網(wǎng)絡(luò)終端主要包括EPC中間件、對象名稱解析服務(wù)器(ONS)、EPC信息服務(wù)器(EPC IS)和后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器。
[0069]EPC中間件是加工和處理來自讀寫器的所有信息和事件流的軟件，是連接讀寫器和應(yīng)用程序的紐帶。在數(shù)據(jù)送往應(yīng)用程序之前，實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽數(shù)據(jù)校對、讀寫器協(xié)調(diào)、數(shù)據(jù)傳送、數(shù)據(jù)存儲和任務(wù)管理的功能。
[0070]本地對象名稱解析服務(wù)(ONS)是一個(gè)自動的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)系統(tǒng)，類似于域名解析服務(wù)(DNS)，ONS為EPC中間件指明了存儲產(chǎn)品相關(guān)信息的服務(wù)器。
`[0071]EPCIS實(shí)現(xiàn)一個(gè)模塊化、可擴(kuò)展的數(shù)據(jù)和服務(wù)的接口，使EPC的相關(guān)數(shù)據(jù)可以在企業(yè)內(nèi)部或者企業(yè)之間實(shí)現(xiàn)共享。
[0072]在Auto-1D Center提出的EPC網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)中，在零售商處不設(shè)置ONS和EPCIS服務(wù)器，因此本系統(tǒng)不包括ONS和EPCIS服務(wù)器，但需通過Internet訪問ONS和EPC IS獲取和上傳物品信息。
[0073]后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器用于備份EPC物品信息，對于在本地流通的物品，無需通過Internet訪問生產(chǎn)商或供貨商的ONS服務(wù)器。
[0074](3)控制終端
[0075]控制終端包括安裝有智能物資管理平臺的上位機(jī)、道閘和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)。
[0076]智能物資管理平臺作為應(yīng)用程序，接收EPC中間件發(fā)送的數(shù)據(jù)，根據(jù)程序的預(yù)先定義，對每一獨(dú)立事件進(jìn)行響應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對道閘和網(wǎng)絡(luò)攝像機(jī)的控制。
[0077]基于本發(fā)明方法的系統(tǒng)主要基于Visual Studio2008開發(fā)，運(yùn)用SQLServer2005Developer實(shí)現(xiàn)后臺數(shù)據(jù)庫訪問，采用C#語言編程實(shí)現(xiàn)智能物資管理平臺的設(shè)計(jì)。智能物資管理平臺通過EPC中間件獲取EPC標(biāo)簽信息、視頻信息等，將EPC對應(yīng)的物品信息實(shí)時(shí)上傳至信息網(wǎng)絡(luò)終端，實(shí)現(xiàn)對物資的有效管理。
[0078]二、方法流程
[0079]圖3是本發(fā)明的認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法的過程圖，現(xiàn)將具體方法描述如下。
[0080]本發(fā)明的RFID系統(tǒng)安全認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法包括如下步驟:
[0081]步驟I)、電子標(biāo)簽發(fā)送身份標(biāo)識<L>給后臺認(rèn)證服務(wù)器，
[0082]步驟2)、閱讀器發(fā)送身份標(biāo)識<R>給認(rèn)證服務(wù)器，請求認(rèn)證開始，
[0083]步驟3)、認(rèn)證服務(wù)器選取隨機(jī)值e Z；, Z；是乘法群，計(jì)算tiP，P e E，E是橢圓曲線，并用T1表示，即tiP = T1,使用？#對1\加密以便之后認(rèn)證服務(wù)器能對標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證，PWl e D，D是字典，Q e E ;設(shè)加密后結(jié)果為T1' T1* = T^pwlQ,向標(biāo)簽發(fā)送〈1\' L、R、S〉，其中S是認(rèn)證服務(wù)器的身份標(biāo)識，
[0084]步驟4)、認(rèn)證服務(wù)器選取隨機(jī)值& e Zt;，計(jì)算t2P，P同上，并用T2表示，即t2P =T2，使用PWkQ (pwE e D)對T2加密以便之后認(rèn)證服務(wù)器能對閱讀器進(jìn)行認(rèn)證，設(shè)加密后結(jié)果為 T2% T2* = T2+pwEQ,向閱讀器發(fā)送 <T2' L、R、S〉，
[0085]步驟5)、閱讀器選取隨機(jī)值y e Z:，計(jì)算yP，P同上，并用V表示，即yP = V,計(jì)算出V用于之后協(xié)商出共享秘密值，使用pwK (pwK同上)對T/進(jìn)行解密，得到T2，計(jì)算yT2，并用K2表示，即yT2 = K2,計(jì)算出K2作為認(rèn)證服務(wù)器對閱讀器進(jìn)行認(rèn)證的密鑰，計(jì)算H1 (L, R, S，T2, V, K2)，II1: |0,1 ->彳0，屮是哈希函數(shù)，Ii是安全參數(shù)，并用Auth1Y表示，即H1 (L, R, S，T2, V, K2) = Auth1Y,計(jì)算出 Auth1Y 用作 MAC 碼，向認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送〈V、Auth1Y>,
[0086]步驟6)、標(biāo)簽選取隨機(jī)值X e Zq*,計(jì)算xP, P同上，并用U表示，即xP = U,計(jì)算出U用于之后協(xié)商共享秘密值，使用(pwL同上)對T1*進(jìn)行解密，得到T1,計(jì)算XT1 =Xt1P，并用K1表示，即XT1 = K1，計(jì)算出K1作為認(rèn)證服務(wù)器對電子標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證的密鑰，計(jì)算 H1 (L, R, S，T1, U, K1)，并用 Authix 表示，即 H1 (L, R, S，T1, U, K1) = Authix,計(jì)算出 Authix 作為MAC碼，向認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送<U、Authlx>,
[0087]步驟7)、認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算切,t^U同上，因此有t# = t^P = K1,由橢圓曲線的gapDiffie-Hellman (⑶H)困難性假設(shè)可知該密鑰只有標(biāo)簽、認(rèn)證服務(wù)器知道，從而可以用于后面認(rèn)證服務(wù)器對標(biāo)簽的認(rèn)證；認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算H1 (L, R, S，T1, U, K1)，如果H1 (L, R, S，T1, U, K1)與接收到的Authix不等，則說明對方不是標(biāo)簽或消息被篡改過，認(rèn)證服務(wù)器終止認(rèn)證過程；否則，則完成了對標(biāo)簽的認(rèn)證；類似地，認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算t2V，t2、V同上，因此有t2V =t2yP = K2,同樣由橢圓曲線的GDH困難性假設(shè)可知該密鑰只有閱讀器、認(rèn)證服務(wù)器知道，從而可以用于后面認(rèn)證服務(wù)器對閱讀器的認(rèn)證；認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算H1 (L, R, S，T2, U, K2)，如果H1 (L, R, S，T2, U, K2)與接收到的Auth1Y不等，則說明對方不是閱讀器或消息被篡改過，認(rèn)證服務(wù)器終止認(rèn)證過程；否則，則完成了對閱讀器的認(rèn)證；當(dāng)完成了對標(biāo)簽、閱讀器的認(rèn)證之后，認(rèn)證服務(wù)器選取一個(gè)隨機(jī)值r e Zq*,計(jì)算rU，并用Y*表示，即rU = Y*,計(jì)算出Y*用于之后協(xié)商共享的秘密值，計(jì)算H2 (L, R, S，Y*, K1)，H2:{0，1 P,妒是哈希函數(shù)，Ii是安全參數(shù)，并用Auth2x表示，即H2 (L, R, S，Y*, K1) = Auth2x,計(jì)算出Auth2x作MAC碼，向標(biāo)簽發(fā)送< Y*, Auth2x >,
[0088]步驟8)、認(rèn)證服務(wù)器選取一個(gè)隨機(jī)值r e Zq*,計(jì)算rV，并用X*表示，即rV=X%計(jì)算出X*用于之后協(xié)商共享秘密值，計(jì)算H2 (L，R，S，X*，K2)，并用Auth2y表示，即H2 (L, R, S，X*, K2) = Auth2Y,計(jì)算出 Auth2y 作為 MAC 碼，向閱讀器發(fā)送 < X*, Auth2y >,
[0089]步驟9)、標(biāo)簽計(jì)算H2 (L，R, S，Y*, K1)，與收到的Auth2x進(jìn)行比較，如果不等，說明對方不是認(rèn)證服務(wù)器或者消息已被篡改，標(biāo)簽終止認(rèn)證過程；否則，標(biāo)簽完成對認(rèn)證服務(wù)器的認(rèn)證，
[0090]步驟10)、閱讀器計(jì)算H2 (L, R, S，X*, K2)，與收到的Auth2Y進(jìn)行比較，如果不等，說明對方不是認(rèn)證服務(wù)器或者消息已被篡改，閱讀器終止認(rèn)證過程；否則，閱讀器完成對認(rèn)證服務(wù)的認(rèn)證，
[0091]步驟11)、標(biāo)簽計(jì)算共享秘密值cs = X.Y* = xryP,閱讀器計(jì)算共享秘密值cs =y.X* = xryP,[0092]步驟12)、標(biāo)簽與閱讀器取CS為會話密鑰，保障后續(xù)通信安全。本認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法簡化了認(rèn)證公開信息的傳遞，將其交由認(rèn)證服務(wù)器來傳達(dá)，而且這對安全性沒有影響，因?yàn)榧幢惴?wù)器被攻破，那么其必定無法通過后面的認(rèn)證。認(rèn)證過程中每生成一個(gè)會話密鑰，需要執(zhí)行3輪通信，7步運(yùn)算。由于沒有使用公鑰，同樣也不會加大運(yùn)算開銷。另外，在本方法的會話密鑰生成中不僅僅使用了隨機(jī)值X，y，服務(wù)器端也提供了隨機(jī)值r ;會話密鑰和臨時(shí)認(rèn)證密鑰的生成使用了不同的哈希函數(shù)。存儲開銷上，對于每個(gè)認(rèn)證實(shí)體(標(biāo)簽和閱讀器)，只需存儲一個(gè)口令；對于認(rèn)證服務(wù)器，只需存儲每個(gè)認(rèn)證實(shí)體相對應(yīng)的口令驗(yàn)證元。
【權(quán)利要求】
1.一種射頻識別系統(tǒng)安全認(rèn)證與密鑰協(xié)商方法，其特征在于該方法具體包括以下步驟: 步驟1:電子標(biāo)簽發(fā)送身份標(biāo)識<L>給后臺認(rèn)證服務(wù)器， 步驟2:閱讀器發(fā)送身份標(biāo)識<R>給認(rèn)證服務(wù)器，請求認(rèn)證開始，步驟3:認(rèn)證服務(wù)器選取隨機(jī)值，是乘法群，計(jì)算Z1PE是橢圓曲線，并用表示，即〖#= T1,使用對加密以便之后認(rèn)證服務(wù)器能對標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證，e D , D是字典，;設(shè)加S后結(jié)果為，= Α,向標(biāo)簽發(fā)送〈、L、R、S〉，其中S是認(rèn)證服務(wù)器的身份標(biāo)識， 步驟4:認(rèn)證服務(wù)器選取隨機(jī)值，計(jì)算, P同上，并用ζ表示，即化=% ,使用,PA e￡),對加密以便之后認(rèn)證服務(wù)器能對閱讀器進(jìn)行認(rèn)證，設(shè)加密后結(jié)果為，?' =T2 +pwMQ ,向閱讀器發(fā)送〈、L、R、S〉， 步驟5:閱讀器選取隨機(jī)值，計(jì)算, P同上，并用f.表示，即yP= V ,計(jì)算出F用于之后協(xié)商出共享秘密值，使用PwJi , PwR同上，對進(jìn)行解密，得到，計(jì)算#2 ,并用K2表示，即>% = K2 ,計(jì)算出K1作為認(rèn)證服務(wù)器對閱讀器進(jìn)行認(rèn)證的密鑰，計(jì)算H1(L^SJHK2),^1:是哈希函數(shù)，是安全參數(shù)，并用表示，即HZ2) =計(jì)算出▲Ar用作MAC 5馬，向認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送〈V、>， 步驟6:標(biāo)簽選取隨機(jī)值，計(jì)算f7, P同上，并用表示，即;rP =E/ ,計(jì)算出用于之后協(xié)商共享秘密值，使用對進(jìn)行解密，得到，計(jì)算成=^kP ,并用K1表示，即^T1 = K1,計(jì)算出Ki作為認(rèn)證服務(wù)器對電子標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證的密鑰，計(jì)算/^(眾足,并用AiAle表示，即Hl(LtRJHK1): Auihix，計(jì)算出AiAiz作為MAC碼，向認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送〈U、>， 步驟7:認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算識Λ、υ同上，因此有研= VP= & ,由橢圓曲線的間隙迪菲-赫爾曼GDH困難性假設(shè)可知該密鑰只有標(biāo)簽、認(rèn)證服務(wù)器知道，從而可以用于后面認(rèn)證服務(wù)器對標(biāo)簽的認(rèn)證；認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算巧(4足￡^￡/,Z1),如果與接收到的不等，則說明對方不是標(biāo)簽或消息被篡改過，認(rèn)證服務(wù)器終止認(rèn)證過程；否則，則完成了對標(biāo)簽的認(rèn)證；類似地，認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算&7，h、V同上，因此有I2F=^yP = K2 ,同樣由橢圓曲線的GDH困難性假設(shè)可知該密鑰只有閱讀器、認(rèn)證服務(wù)器知道，從而可以用于后面認(rèn)證服務(wù)器對閱讀器的認(rèn)證；認(rèn)證服務(wù)器計(jì)算,如果/Z1(IilAttZ1Z2)與接收到的HAif不等，則說明對方不是閱讀器或消息被篡改過，認(rèn)證服務(wù)器終止認(rèn)證過程；否則，則完成了對閱讀器的認(rèn)證；當(dāng)完成了對標(biāo)簽、閱讀器的認(rèn)證之后，認(rèn)證服務(wù)器選取一個(gè)隨機(jī)值，計(jì)算rU，并用廣表示，即rU= 計(jì)算出疒用于之后協(xié)商共享的秘密值，計(jì)算4(4足及廣A),馬:是哈希函數(shù)，是安全參數(shù)，并用表示，即況2(￡, R,S,Y*,K1) = Authm ,計(jì)算出作MAC碼，向標(biāo)簽發(fā)送， 步驟8:認(rèn)證服務(wù)器選取一個(gè)隨機(jī)值，計(jì)算#，并用JT表示，即rV^X\計(jì)算出JT用于之后協(xié)商共享秘密值，計(jì)算馬(4H(K2),并用表示，即K.L, R,S, X ,K2) = MtPi2Y ,計(jì)算出Autkvi作為MAC碼，向閱讀器發(fā)送， 步驟9:標(biāo)簽計(jì)算H2(i,足及; ,與收到的進(jìn)行比較，如果不等，說明對方不是認(rèn)證服務(wù)器或者消息已被篡改，標(biāo)簽終止認(rèn)證過程；否則，標(biāo)簽完成對認(rèn)證服務(wù)器的認(rèn)證， 步驟10:閱讀器計(jì)算/Z2(UAZVi2),與收到的進(jìn)行比較，如果不等，說明對方不是認(rèn)證服務(wù)器或者消息已被篡改，閱讀器終止認(rèn)證過程；否則，閱讀器完成對認(rèn)證服務(wù)的認(rèn)證， 步驟11:標(biāo)簽計(jì)算共享秘密值，閱讀器計(jì)算共享秘密值， 步驟12:標(biāo)簽與閱讀器取cs為會話密鑰，保障后續(xù)通信安全。
【文檔編號】G06K7/00GK103560881SQ201310484464
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年10月16日 優(yōu)先權(quán)日:2013年10月16日
【發(fā)明者】林巧民, 王汝傳, 楊金文, 葉寧, 李鵬, 孫力娟, 肖甫, 黃海平, 徐鶴 申請人:南京郵電大學(xué)