專利名稱：一種rfid數(shù)據(jù)加密方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于射頻識別和保密通信領(lǐng)域，具體涉及一種RFID數(shù)據(jù)加密方法。
背景技術(shù)：
無線射頻識別(Radio Frequency Identification, RFID)是一種利用無線射頻信號耦合(電磁或者電感耦合)或者雷達(dá)反射的傳輸特性，在讀寫器和標(biāo)簽之間進(jìn)行非接觸雙向數(shù)據(jù)傳輸，以達(dá)到目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)交換的目的的技術(shù)。這種識別技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)之一就是無需任何物理接觸或者其他任何可見的接觸。RFID技術(shù)帶來便利的同時，也存在諸如標(biāo)簽信息泄漏、竊取、追蹤等安全隱患問題。一個最基本的RFID系統(tǒng)主要由3部分組成:標(biāo)簽(Tag)，讀寫器(Reader)和后臺數(shù)據(jù)庫(backend)。按照能量供給原理,標(biāo)簽Tag可以分為主動(Active)標(biāo)簽和被動(Passive)標(biāo)簽。主動標(biāo)簽又被稱為智能標(biāo)簽，能運(yùn)行一些復(fù)雜的算法，比如ECC、RSA，安全性較高；被動標(biāo)簽則只能靠與讀寫器之間切割磁感線產(chǎn)生感應(yīng)電流來供給能量，內(nèi)部只有基本的邏輯門電路，可以被不停的訪問，直到有回應(yīng)為止，因此也被稱為邏輯卡，現(xiàn)階段只能運(yùn)行一些硬件成本低的算法，因此安全性相對較低。主動標(biāo)簽天生的優(yōu)勢，使得它得以繼承在移動通信等其它場景中得到認(rèn)可的優(yōu)秀的安全算法和方案；被動標(biāo)簽雖然有著極大的成本限制，導(dǎo)致其安全方面存在很多弊端，但也正是它的廉價使得其擁有極其廣大的用戶。為了解決RFID系統(tǒng)的安全問題，最大限度地降低其面臨的安全風(fēng)險，必須為RFID系統(tǒng)構(gòu)造一個可靠的安全機(jī)制，用于Tag與Reader間的相互認(rèn)證和傳輸數(shù)據(jù)。在提升安全機(jī)制方面，近幾年國內(nèi)外RFID方面的研究學(xué)者提出了不少的解決辦法，目前提出的方案中采用的協(xié)議大多是詢問/應(yīng)答的協(xié)議模式，不同之處在于所采取的算法不同。主要有基于單向Hash函數(shù)和基于傳統(tǒng)加密算法兩大類?；趩蜗騂ash函數(shù)的安全協(xié)議主要包括Hash Lock協(xié)議、隨機(jī)化Hash Lock協(xié)議、Hash鏈協(xié)議、基于雜湊的ID變化協(xié)議、分布式RFID詢問/響應(yīng)認(rèn)證協(xié)議、LCAP協(xié)議等。這些協(xié)議有各自的缺點(diǎn)，國內(nèi)外對這方面已經(jīng)研究的比較透徹，在此不再贅述?；趥鹘y(tǒng)的加密算法的安全協(xié)議中，有學(xué)者提出基于ECC的公鑰認(rèn)證方案和基于零知識的認(rèn)證思想。這類協(xié)議需要較強(qiáng)的計算能力和較大的存儲空間，而一般的Tag所擁有的邏輯門數(shù)量大約為5000到10000個，遠(yuǎn)不能滿足傳統(tǒng)加密機(jī)密算法的需求，因此不適合于低成本的被動標(biāo)簽。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了解決現(xiàn)有的加密算法不適合于被動標(biāo)簽問題，提出了一種RFID數(shù)據(jù)加密方法。本發(fā)明的技術(shù)方案為:一種RFID數(shù)據(jù)加密方法，包括如下步驟:S1.讀寫器隨機(jī)產(chǎn)生兩個數(shù)rl與r2，使用rl和r2作為輸入?yún)?shù)分別產(chǎn)生一個m*n階矩陣N1和一個n*k階矩陣M1，得出M1的一個廣義逆矩陣Mh，然后將M W N1分別存放在讀寫器的私有存儲空間，同時讀寫器將i和隨機(jī)數(shù)rl與r2傳送給標(biāo)簽；
S2.標(biāo)簽根據(jù)接收到的參數(shù)rl和r2，使用與讀寫器一樣的矩陣生成方式得到與讀寫器相同的矩陣N1和M1,同時計算出N1的一個廣義逆矩陣Arlj,并將MpN1和Ilj分別存放在標(biāo)簽的私有存儲空間；對接收到的右乘M1得到TV1MlMnM1，即N1M1，然后將運(yùn)算結(jié)果存放在標(biāo)簽的動態(tài)密鑰區(qū),再對MM1AiuM1左乘Ilj并傳送給讀寫器；
S3.讀寫器收到乂JV1M1MhM1之后,對其左乘N1得到,即N1M1，然后將其傳送給標(biāo)簽；
S4.標(biāo)簽收到N1M1之后將其與存儲在標(biāo)簽動態(tài)密鑰區(qū)里的值進(jìn)行比較，如果二者一致則通過第一輪安全認(rèn)證，否則，第一輪安全認(rèn)證失敗，終止本次通信，第一輪安全認(rèn)證成功后，根據(jù)矩陣M1的列數(shù)k將存儲在標(biāo)簽存儲區(qū)中的動態(tài)密鑰生成序列K轉(zhuǎn)換為k行矩陣P，；對矩陣N1M1右乘矩陣P，相乘的結(jié)果記為Q，將矩陣Q中的所有元素按列抽取為一串序列記為Key，然后將Key作為動態(tài)密鑰并使用固化在標(biāo)簽中的動態(tài)密鑰加密算法對標(biāo)簽ID號進(jìn)行加密，加密后的結(jié)果為En (Key, IDl)，并將其傳送給讀寫器。
S5.讀寫器收到標(biāo)簽發(fā)來的En (Key, IDl)之后將其與矩陣N1M1 —起發(fā)送給后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存儲著與標(biāo)簽中相同的動態(tài)密鑰生成序列K和動態(tài)密鑰加密和解密算法，采用與步驟S4相同的方式得到動態(tài)密鑰Key，并通過對密文En (Key,IDl)解密得到標(biāo)簽序列號ID1，然后將解密得到標(biāo)簽序列號IDl在后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中進(jìn)行驗(yàn)證，如果找到與其相匹配的ID號，則說明所讀的標(biāo)簽是合法標(biāo)簽，并通過第二輪安全認(rèn)證，否則，立即終止本次會話；
S6.第二輪安全認(rèn)證通過后，后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器根據(jù)矩陣N1的行數(shù)m將動態(tài)密鑰生成序列K轉(zhuǎn)換為m列矩陣S，接下來對矩陣N1M1左乘矩陣S，相乘的結(jié)果記為T，將矩陣T中的所有元素按行抽取為一串序列記為Key’，然后將Key’作為動態(tài)密鑰并使用動態(tài)密鑰加密算法對標(biāo)簽ID號進(jìn)行加密，加密后的結(jié)果為En (Key’，IDl)，并將其與動態(tài)密鑰Key’一起傳送給讀寫器；
S7.讀寫器收到Key’和En (Key’，IDl)之后將Key’存入動態(tài)密鑰區(qū)，用于安全認(rèn)證通過以后與標(biāo)簽通信的加密密鑰，然后將密文En (Key’，IDl)傳送給標(biāo)簽，標(biāo)簽收到En(Key’，IDl)之后，采用與步驟S6相同的方式得到動態(tài)密鑰Key’，并將Key’存入動態(tài)密鑰區(qū)，接下來使用固化在標(biāo)簽存儲區(qū)中的動態(tài)密鑰解密算法解出ID1，將IDl與標(biāo)簽自身的ID號進(jìn)行比對，如果比對結(jié)果完全一致則通過第三輪安全認(rèn)證，否則立即終止本次會話。
進(jìn)一步的，步驟SI至S7所述的傳送均以明文的形式進(jìn)行傳送。
本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明的方法以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，由于一個矩陣的廣義逆矩陣不是唯一的，因此根據(jù)矩陣的一個廣義逆矩陣很難破譯出矩陣，從而可以用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密；同時，本發(fā)明的方法引入動態(tài)密鑰的思想，采用雙密鑰三重認(rèn)證機(jī)制，這樣可以在更大程度上確保數(shù)據(jù)的保密性和通信的安全性。本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)不需要很強(qiáng)勁的硬件作支撐，可以在有限硬件資源上實(shí)現(xiàn)RFID數(shù)據(jù)加密，使得采用低成本的被動標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)較高安全性的數(shù)據(jù)通信成為可能。


圖1本發(fā)明的RFID數(shù)據(jù)加密方法流程示意圖。
圖2實(shí)施例中RFID標(biāo)簽存儲空間組織結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施例對本發(fā)明做進(jìn)一步的說明。由矩陣的理論和性質(zhì)可知:一個矩陣A的廣義逆矩陣不是唯一的，因而由A_很難破譯出A。本方法就是基于矩陣的這種特性來實(shí)現(xiàn)對通信信息的加密，這樣即便信息被非法竊取也很難被破解；同時，本方法還引入動態(tài)密鑰的思想，采用雙密鑰三重認(rèn)證的機(jī)制來實(shí)現(xiàn)較高強(qiáng)度的加密功能。由于每次通信密鑰的選取都是隨機(jī)的，即使在某一次的通信中密鑰被破解也很難再重現(xiàn)，這樣保密性就得到了大大增強(qiáng)。下面進(jìn)行具體說明:(I)如圖1所示，首先Reader隨機(jī)產(chǎn)生兩個數(shù)rl與r2，使用rl和r2作為輸入?yún)?shù)分別產(chǎn)生一個m*n階矩陣N1和一個n*k階矩陣M1,通過矩陣運(yùn)算單元計算得出M1的一個廣義逆矩陣M1由于矩陣M1的廣義逆矩陣不唯一，這里的M1:代表M1的多個廣義逆矩陣中的一個，然后將M,，M N1分別存放在讀寫器的私有存儲空間，以備后續(xù)認(rèn)證時使用。同時，Reader將MMiMh和隨機(jī)數(shù)rl與r2分別以明文的形式傳送給標(biāo)簽Tagl。這里表示矩陣大小的行或列的m、n、k可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行具體設(shè)置。下面給出一種矩陣的生成方式。為了便于說明，設(shè)定這里的m=k，設(shè)矩陣N1為m*n階矩陣，M1為n*k階矩陣，m和η中最大的取為4，最小的取為3，不妨設(shè)m=4，η=3，輸入?yún)?shù)為X，那么矩陣M1的一種生成方式
為
權(quán)利要求
1.一種RFID數(shù)據(jù)加密方法，包括如下步驟: 51.讀寫器隨機(jī)產(chǎn)生兩個數(shù)rl與r2，使用rl和r2作為輸入?yún)?shù)分別產(chǎn)生一個m*n階矩陣N1和一個n*k階矩陣M1，得出M1的一個廣義逆矩陣然后將M1, Afh,Nl分別存放在讀寫器的私有存儲空間，同時讀寫器將和隨機(jī)數(shù)rl與r2傳送給標(biāo)簽； 52.標(biāo)簽根據(jù)接收到的參數(shù)rl和r2，使用與讀寫器一樣的矩陣生成方式得到與讀寫器相同的矩陣N1和M1,同時計算出N1的一個廣義逆矩陣并將MpN1和％分別存放在標(biāo)簽的私有存儲空間；對接收到的Mm1mU右乘M1得到MM1MliM1,即N1M1，然后將運(yùn)算結(jié)果存放在標(biāo)簽的動態(tài)密鑰區(qū)，再對左乘JVlj并傳送給讀寫器； 53.讀寫器收到之后，對其左乘N1得到AyV1ViM1MuAi1,即N1M1，然后將其傳送給標(biāo)簽； 54.標(biāo)簽收到N1M1之后將其與存儲在標(biāo)簽動態(tài)密鑰區(qū)里的值進(jìn)行比較，如果二者一致則通過第一輪安全認(rèn)證，否則，第一輪安全認(rèn)證失敗，終止本次通信，第一輪安全認(rèn)證成功后，根據(jù)矩陣M1的列數(shù)k將存儲在標(biāo)簽存儲區(qū)中的動態(tài)密鑰生成序列K轉(zhuǎn)換為k行矩陣P，；對矩陣N1M1右乘矩陣P，相乘的結(jié)果記為Q，將矩陣Q中的所有元素按列抽取為一串序列記為Key，然后將Key作為動態(tài)密鑰并使用固化在標(biāo)簽中的動態(tài)密鑰加密算法對標(biāo)簽ID號進(jìn)行加密，加密后的結(jié)果為En (Key, IDl)，并將其傳送給讀寫器。
55.讀寫器收到標(biāo)簽發(fā)來的En(Key, IDl)之后將其與矩陣N1M1—起發(fā)送給后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器，后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存儲著與標(biāo)簽中相同的動態(tài)密鑰生成序列K和動態(tài)密鑰加密和解密算法，采用與步驟S4相同的方式得到動態(tài)密鑰Key，并通過對密文En (Key, IDl)解密得到標(biāo)簽序列號ID1，然后將解密得到標(biāo)簽序列號IDl在后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中進(jìn)行驗(yàn)證，如果找到與其相匹配的ID號，則說明所讀的標(biāo)簽是合法標(biāo)簽，并通過第二輪安全認(rèn)證，否則，立即終止本次會話； 56.第二輪安全認(rèn)證通過后，后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器根據(jù)矩陣N1的行數(shù)m將動態(tài)密鑰生成序列K轉(zhuǎn)換為m列矩陣S，接下來對矩陣N1M1左乘矩陣S，相乘的結(jié)果記為T，將矩陣T中的所有元素按行抽取為一串序列記為Key’，然后將Key’作為動態(tài)密鑰并使用動態(tài)密鑰加密算法對標(biāo)簽ID號進(jìn)行加密，加密后的結(jié)果為En (Key’，IDl)，并將其與動態(tài)密鑰Key’ 一起傳送給讀寫器； 57.讀寫器收到Key’和En(Key’，IDl)之后將Key’存入動態(tài)密鑰區(qū)，用于安全認(rèn)證通過以后與標(biāo)簽通信的加密密鑰，然后將密文En (Key’，IDl)傳送給標(biāo)簽，標(biāo)簽收到En (Key’，IDl)之后，采用與步驟S6相同的方式得到動態(tài)密鑰Key’，并將Key’存入動態(tài)密鑰區(qū)，接下來使用固化在標(biāo)簽存儲區(qū)中的動態(tài)密鑰解密算法解出ID1，將IDl與標(biāo)簽自身的ID號進(jìn)行比對，如果比對結(jié)果完全一致則通過第三輪安全認(rèn)證，否則立即終止本次會話。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的RFID數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，步驟SI至S7所述的傳送均以明文的形式進(jìn)行傳送。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的RFID數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，產(chǎn)生矩陣的具體過程如下:設(shè) m=k=4, n=3~r2 r 2 + I r2 + 3 r2 + 5 " 那么矩陣M1的生成方式為:r2 + I r2 + 3 r2 + 5 r2 + Ir2 + 3 r2 + 5 r2 + 7 r2 + 9r\rl + Irl + 3rl + Irl + 3rl + 5 矩陣N1的生成方式為:rl + 3rl + 5rl + 7 。rl + 5rl + 7rl + 9_
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2或3所述的RFID數(shù)據(jù)加密方法，其特征在于，讀寫器通過WiFi網(wǎng)絡(luò)或者GSM無線 網(wǎng)絡(luò)與后臺數(shù)據(jù)庫服務(wù)器通信。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種RFID數(shù)據(jù)加密方法，具體通過公有密鑰、廣義逆矩陣運(yùn)算、標(biāo)簽ID號三輪安全認(rèn)證實(shí)現(xiàn)。本方法以矩陣運(yùn)算為基礎(chǔ)，由于一個矩陣的廣義逆矩陣不是唯一的，因此根據(jù)矩陣的一個廣義逆矩陣很難破譯出矩陣，從而可以用來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)加密；同時引入動態(tài)密鑰的思想，采用雙密鑰三重認(rèn)證機(jī)制，這樣可以在更大程度上確保數(shù)據(jù)的保密性和通信的安全性。本發(fā)明的方法的實(shí)現(xiàn)不需要很強(qiáng)勁的硬件作支撐，可以在有限硬件資源上實(shí)現(xiàn)的RFID數(shù)據(jù)加密，使得采用低成本的被動標(biāo)簽實(shí)現(xiàn)較高安全性的數(shù)據(jù)通信成為可能。
文檔編號H04L9/32GK103152181SQ20131007349
公開日2013年6月12日 申請日期2013年3月8日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月8日
發(fā)明者李建, 文光俊, 馬玉林 申請人:電子科技大學(xué)