物聯(lián)網(wǎng)RFID技術(shù)所面臨的問題
RFID標簽里面是有很多計算單元和一個小型存儲器。但是出于成本考慮,當然是越少計算單元越好啦。因為這種電子標簽里面的計算資源相對那些“龐大的”加密算法來說,可是相當?shù)霓讚?jù)啊。如果加多計算單元,可是會讓成本驟增的呀。

2、RFID讀寫器方面
由于RFID讀寫器相對RFID標簽的數(shù)量來說,算是比較少的了,所以可以擁有普通PC的計算能力。
3、服務(wù)器方面
數(shù)據(jù)服務(wù)器,其計算資源可是很強大的哦,尤其是現(xiàn)在的云計算,更是讓服務(wù)器計算能力幾近“無限”。
4、通信安全方面
真正的通信安全問題出現(xiàn)在RFID標簽和RFID讀寫器的雙向認證方面。RFID讀寫器和服務(wù)器的連接通路,認為是安全的,暫不需要考慮其安全問題。
由于數(shù)據(jù)通路是無線的,所以RFID電子標簽是可以偽造的,RFID讀寫器也是可以偽造的。RFID電子標簽偽造很好理解,就是黑客想進行未授權(quán)的訪問。RFID讀寫器就是黑客們想拿到電子標簽的數(shù)據(jù)進而偽造RFID標簽。
基于密碼技術(shù)的軟件安全機制
由于RFID技術(shù)所采用的物理安全機制存在種種缺點,人們先后提出了許多基于密碼技術(shù)的安全機制。
1、Hash-Lock協(xié)議
Hash-Lock協(xié)議是由Sarma等人提出,使用metalID來代替真實的標簽ID以避免信息的泄漏和被追蹤,每個標簽擁有自己的訪問密鑰key,且metalID=Hash(key),簡寫為metalID=H(key) 。
協(xié)議的通信過程如下圖:

協(xié)議的本質(zhì)是讓標簽回傳metalID來代替ID,避免將ID直接通過不安全信道傳送給RFID標簽讀寫器。
該協(xié)議能夠提供訪問控制和標簽數(shù)據(jù)隱私保護。但是由于ID沒有使用動態(tài)刷新機制,metalID保持不變,標簽易被跟蹤定位。(Key,ID)以明文形式發(fā)送,容易被竊聽者獲取。也就是說,這個協(xié)議無法抗拒中間人攻擊。
2、隨機Hash-Lock協(xié)議
由于Hash-Lock協(xié)議使用metalID可能被隱私侵犯者追蹤定位,為了解決該協(xié)議中的RFID標簽跟蹤性的問題,Weis等人提出了隨機Hash-Lock協(xié)議。
該協(xié)議中,對于RFID標簽讀寫器的不同詢問,電子標簽將回傳隨機數(shù)形態(tài)的回傳值給RFID讀寫器以避免追蹤。
協(xié)議的通信過程如下圖:

該協(xié)議中,對于RFID讀寫器的訪問請求,RFID標簽是隨機響應(yīng)的,解決了依據(jù)相同響應(yīng)對電子標簽進行跟蹤定位的問題。但由于IDk仍然以明文方式傳輸,獲取了該信息就可以對RFID標簽進行假冒。
此外每次RFID標簽的認證,后臺數(shù)據(jù)庫都要將所有電子標簽的標識發(fā)送給RFID標簽讀寫器,兩者之間的通信量很大,同時也難以快速處理突發(fā)的信息,該協(xié)議不實用。
3、Hash-Chain協(xié)議(中期)
NTT實驗室提出了一種Hash-Chain協(xié)議,本質(zhì)上,此協(xié)議是基于共享秘密的詢問-應(yīng)答協(xié)議,但對兩個使用不同Hash函數(shù)的RFID標簽發(fā)起認證時,RFID標簽總是發(fā)送不同的應(yīng)答。

在Hash-Chain協(xié)議中,電子標簽是個具有自主ID更新能力的主動式標簽,避免了電子標簽定位隱私信息的泄漏。又由于單向的Hash函數(shù),不可能從St,j+1獲得St,j,具有前向安全性。
但為了盡量降低RFID電子標簽的制作成本,該協(xié)議降低了RFID標簽的存儲空間和計算能力,只是單向的認證協(xié)議,電子標簽在協(xié)議的最后沒有實現(xiàn)對RFID讀寫器的認證,標簽未確認RFID讀寫器的合法性。
同時,Hash-Chain協(xié)議非常容易受到重傳和假冒攻擊。只要隱私侵犯者截獲了at,j,它就可以進行重傳攻擊,偽裝電子標簽通過認證。
4、分布式RFID詢問-應(yīng)答安全協(xié)議
Rhee等人提了一種適用于分布式數(shù)據(jù)庫環(huán)境的RFID認證協(xié)議,它是典型的詢問-應(yīng)答型雙向認證協(xié)議 。到目前為止,還沒有發(fā)現(xiàn)該協(xié)議有明顯的安全漏洞或缺陷。

但是,在本方案中,執(zhí)行一次認證協(xié)議需要標簽進行兩次Hash運算。標簽電路中自然也需要集成隨機數(shù)發(fā)生器和散列函數(shù)模塊,因此它也不適合用于低成本RFID系統(tǒng)。
5、LCAP協(xié)議
LCAP協(xié)議也是詢問-應(yīng)答協(xié)議,但是與前面的同類其他協(xié)議不同,它每次執(zhí)行之后都要動態(tài)刷新標簽的ID。LCAP協(xié)議的后臺數(shù)據(jù)庫保存兩類信息:更新前的信息Prev和更新后的信息。

6、再次加密機制
由于RFID標簽的計算資源和存儲資源都十分有限,因此極少有人設(shè)計使用公鑰密碼體制的RFID安全機制。
到目前為止,公開發(fā)表的基于公鑰密碼機制的RFID安全方案只有兩個:Juels等人提出的用于歐元鈔票上Tag標識的建議方案;Golle等人提出的可用于實現(xiàn)RFID標簽?zāi)涿δ艿姆桨浮?/p>
物理安全方案
1、Kill命令機制
Kill命令機制采用從物理上銷毀RFID標簽的方法,一旦對標簽實施了銷毀Kill命令,RFID標簽將不再可用。
2、靜電屏蔽機制
靜電屏蔽的工作原理是使用Faraday Cage來屏蔽電子標簽,使之不能接受來自任何RFID讀寫器的信號,以此來保護消費者個人隱私。
3、主動干擾
主動干擾的基本原理是使用一個設(shè)備持續(xù)不斷地發(fā)送干擾信號,以干擾任何靠近RFID標簽的RFID讀寫器所發(fā)出的信號。
最新的研究成果及方向
1、基于超輕量級的加密算法的RFID認證
既然降低成本的關(guān)鍵在于芯片,芯片的關(guān)鍵又在于加密算法,那么降低加密算法的復(fù)雜度不就可以了嗎?
沒錯,這就是最簡單直接的做法,雖然想做到這個并不簡單。
現(xiàn)在超輕量級的加密算法的研究非常火熱,但是其設(shè)計難度也大大增加了。原因在于,大型加密算法重復(fù)的循環(huán)操作比較多所以造成速度慢,如果要做超輕量級的加密算法的話,需要對加密的每一步都做出合適合理的設(shè)計才行,這是典型的增加腦力勞動來減少體力勞動啊。
下面將給出一個應(yīng)用于RFID的超輕量級加密算法的例子:

其中,Rot(A, B)表示A向左旋轉(zhuǎn)n bit(就是移位啦),且n是B中1的個數(shù)。
例如,Rot(111000,1110)=000111。
2、基于PUF的高效低成本RFID認證協(xié)議
PUF即是物理不可克隆(Physical Unclonable Function,PUF),是一種硬件技術(shù),它有一組微型延遲電路,當收到一個隨機的二進制輸入口令之后,會生成一個唯一的、隨機的二進制序列作為響應(yīng),而這個響應(yīng)是利用芯片制造過程中的光刻、摻雜等環(huán)節(jié)所產(chǎn)生的差異來生成的。由于芯片制造過程中產(chǎn)生的差異本身具有不可模仿和復(fù)制的特性,所以每個芯片中的PUF電路可以生成無限多個、唯一的、不可復(fù)制的口令/響應(yīng)序列。即使是芯片的制造廠商也不可能從另外一個芯片上復(fù)制出一套一模一樣的口令/響應(yīng)序列。
同時,PUF電路所需的硬件開銷很小,一個 64 位的PUF電路大概需要545個門電路。而根據(jù)標簽特點而簡化設(shè)計的Hash運算和高級加密標準(Advanced Encryption Standard,AES)運算分別需要1700和3400個門電路。
協(xié)議的具體認證過程如下圖所示:

這里用到了LSRF(線性反饋移位寄存器,Linear Feedback Shift Register),LFSR 是用來生成二進制序列的一種機制,如果LFSR的種子保持機密,LFSR就可作為偽隨機數(shù)產(chǎn)生器。同時,對于相同的密鑰種子,兩個相同結(jié)構(gòu)的LFSR會產(chǎn)生相同的偽隨機數(shù),這個特點也用來對RFID讀寫器和電子標簽的共享密鑰進行同步更新。
參考文獻:
RFID認證協(xié)議的安全性分析_王明輝
安全的RFID認證協(xié)議研究設(shè)計_杜治國
基于PUF的高效低成本RFID認證協(xié)議_賀章擎
一個超輕量級的RFID認證協(xié)議_馬巧梅
(圖文來源于博客園,侵刪)
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