基于DES算法的RFID安全系統(tǒng)設計

（文章來源：電子工程網）

射頻識別技術是20世紀90年代興起的一項非接觸式的自動識別技術，已經廣泛應用于日常生活的各個方面，如商品和證件的防偽、航空包裹管理和門禁等。由于缺乏可靠的信息安全機制，RFID系統(tǒng)無法有效地保護射頻標簽中的數(shù)據(jù)信息。如果標簽中的信息被竊取，甚至被惡意篡改，將可能帶來無法估量的損失。另外，不具有可靠的信息安全機制的射頻標簽，還存在易向鄰近的讀寫器泄漏敏感信息、易被干擾和易被跟蹤等安全隱患。如果RFID的安全性不能得到充分保證，RFID系統(tǒng)中的個人信息和工業(yè)機密都有可能被不法分子盜竊。目前，RFID的安全性已成為制約RFID廣泛應用的重要因素之一。

RFID系統(tǒng)一般由電子標簽（Tag）、讀寫器（Read—er）和后端數(shù)據(jù)庫（Database）三部分組成，如圖l所示。電子標簽是物品識別的載體， 它由天線、射頻電路、存儲器以及數(shù)字電路組成。電子標簽與傳統(tǒng)的條碼技術相比最大的優(yōu)點是可以對其中的數(shù)據(jù)進行反復擦寫，從而可以實現(xiàn)重復利用。讀寫器是 一個帶有天線的無線發(fā)射與接收設備，用于讀取標簽中攜帶的信息并且對標簽寫入數(shù)據(jù)。后端數(shù)據(jù)庫中保存了標簽與讀寫器的所有信息，通過與讀寫器的相互通信實 現(xiàn)對整個RFID系統(tǒng)運作的管理。

標簽與讀寫器之間的工作頻率分為低頻、中高頻、超高頻等，現(xiàn)有的電子標簽大多工作在13．56 MHz，而工作在超高頻（UHF）915 MHz的標簽傳輸距離更長。依據(jù)其能量來源，標簽可以分為有源和無源兩類，前者內置電池；后者的能量則是來自于讀寫器，其工作原理是當標簽進入讀寫器的磁 場后由天線獲得感應電流轉換為芯片的電源，從而完成信息的發(fā)送接收和數(shù)據(jù)的處理。因此915 MHz無源電子標簽成本低廉，使用壽命長，傳輸距離遠，具有更好的應用前景。

目前尚未有全球統(tǒng)一的RFID規(guī)范，主要有ISO18000系列標準，歐美的EPC規(guī)范和日本的UID規(guī)范等。在EPCglobal Class一1 Generation一2協(xié)議中，讀寫器采用選擇（Select）、盤存（Inventory）、訪問（Access）三個基本操作管理標簽群，同時標簽 根據(jù)閱讀器的操作有就緒（Ready）、仲裁（Arbitrate）、應答（Reply）、確認（Acknowledge）、開放（Open）、保護 （Secured）、殺死（Ki11）七種狀態(tài)，如圖2所示。

上電后標簽處于就緒狀態(tài)，接收到讀寫器發(fā)出的請求時通過防碰撞算法選擇惟一的標簽進行訪問，并進入仲裁狀態(tài)；此時如果讀寫器再次發(fā)起有效的命令請求，標簽 將會返回一個隨機數(shù)（RN），同時進入應答狀態(tài)；讀寫器將會發(fā)送包含有RN*的命令，標簽比較接收到的RN*與自身的RN，如果相等則反向散射其存儲的 PC、EPC等信息，進入仲裁狀態(tài)。讀寫器可以繼續(xù)向標簽發(fā)送請求使之進入開放狀態(tài)，通過Read，Write等命令對標簽進行讀寫，如果讀寫器持有者擁 有訪問密碼還可以使標簽進入保護狀態(tài)，或者通過殺死命令使標簽進入永久失效的狀態(tài)。

在EPC協(xié)議中存在著若干安全問題，從標簽中讀取的信息是以明文方式傳送，會輕易向周圍的攻擊者泄漏標簽中保存的信息。讀寫器在對標簽進行寫操作時會使用 一個句柄RN與待寫入的數(shù)據(jù)異或后傳送，這樣避免了明文傳輸，但是攻擊者可以很容易截獲作為命令句柄的RN，從而分析出要寫入標簽的信息，甚至冒充合法讀 寫器對標簽的數(shù)據(jù)任意篡改。

根據(jù)系統(tǒng)結構和協(xié)議分析，RFID系統(tǒng)的安全性應從以下方面來改進：（1）采用標簽與讀寫器相互認證的機制，防止非法的讀寫器獲取標簽信息或篡改標簽數(shù)據(jù)，或者偽造的標簽哄騙讀寫器。（2）避免通信過程中使用明文傳輸，由于RFID標簽成本低、功耗小、資源少的限制，應選取合適的加密算法。（3）除了讀寫器與標簽之間的通信，后端數(shù)據(jù)庫的管理在RFID系統(tǒng)的安全中也起到了重要的作用，該部分受到攻擊會導致系統(tǒng)中大量標簽的數(shù)據(jù)、密鑰等信息泄漏，造成無法估計的損失，所以應加強數(shù)據(jù)庫管理。

RFID安全機制研究多是基于密碼技術的研究，目前已經提出了多種安全協(xié)議，例如Hash—Lock協(xié)議、隨機化Hash—Lock協(xié)議、分布式RFID 詢問一應答認證協(xié)議等，這些方法彌補了RFID協(xié)議中的一些安全漏洞，在一定程度上提高了系統(tǒng)安全性，但是仍有明顯的安全弱點。在Hash—Lock協(xié)議中存在著標簽ID的明文傳輸，攻擊者很容易獲得該ID進行偽造，而且容易對標簽進行跟蹤。

針對以上問題，采用讀寫器與標簽相互認證的機制，在系統(tǒng)的認證過程中加入了讀寫器對標簽的認證，防止非法讀寫器通過攻擊標簽獲取信息或者未授權的讀寫器跟 蹤標簽。同時在標簽中加入了密文信息，通過數(shù)字簽名技術保護標簽中的秘密信息不被非法讀取。后端數(shù)據(jù)庫和標簽包含的數(shù)據(jù)信息如圖3所示。
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