基于動態重載的RFID標簽所有權轉換協議研究

甘勇　李天豹　賀蕾　許允倩

摘要：針對RFID標簽在認證授權及所有權轉換過程中存在的安全隱私問題，結合類編程思想和重載原理，提出一種基于動態重載的RFID標簽所有權轉換協議.其要點為：在PUF部件的基礎上改進偽隨機序列生成器的迭代機制，以芯片產生的自編譯擴展因子增強輸出的隨機性；為通信雙方構建輕量級候選函數集，利用面向對象編程中的“重載”原理實現所有權轉換過程中算法的動態執行.協議安全性及計算開銷分析對比結果表明，新協議在認證授權的基礎上提供標簽所有權的安全轉移，與同類協議相比具有較高的安全性和較低的計算開銷.

Abstract：Aiming at security and privacy issues existing in the process of authentication and authorization of RFID tags ownership transfer，combining with the principles of Class＼|Programming and overload，a RFID tag ownership transfer protocol based on dynamic overload was presented.It improved iterative mechanism of pseudo＼|random sequence generator on the basis of an PUF component，utilized self＼|compiling extension factor generated by chips to enhance randomness of output，constructed lightweight set of candidate functions for both communication sides so as to achieve dynamic execution of algorithms in ownership transfer process which via the overload principle in Object＼|Oriented programming.The security and computing cost of protocol analysis results showed that the new protocol provided tag with secure ownership transfer on the basis of authentication efficiency and authorization， and it had higher security and lower computation cost compared with similar protocols.

0引言

RFID（radio frequency identification）是一種非接觸式的目標自動識別技術，有著廣泛的應用前景.RFID標簽具有成本低、體積小、可重復使用等諸多優點，可在供應鏈環境中有效控制管理成本.跟蹤產品來源、質量、售后等環節出現的問題，會涉及標簽所有權的轉移，而標簽設計的特點和局限性帶來的潛在問題也使標簽所有者的信息安全受到威脅，同時隨著RFID的產業化，系統的安全性及隱私性要求也越來越高.

現階段RFID系統的安全與隱私問題主要體現在以下兩個方面：標簽與讀寫器的數據交互基于無線信道，攻擊者可能會對通信過程進行各種被動攻擊或主動攻擊；標簽對讀寫器發起的訪問請求作被動響應，而響應信息可能會泄露所有者個人隱私信息，同時會暴露所有者物理位置，從而使標簽存在被跟蹤的危險.

國內外學者對標簽所有權轉換的安全隱私問題進行了多方面的研究.K.Osaka等[1]提出了基于Hash函數和對稱密碼體制的RFID安全協議，通過改變對稱密鑰保護原所有者和新所有者隱私，該協議運算量適中，但標簽存在遭受跟蹤和DoS攻擊的隱患；L.Kulseng等[2]提出了采用物理不可克隆功能（PUF）和線性反饋移位寄存器（LFSR）的所有權轉移協議，該協議效率較高但需可信第三方參與，且協議未明確指出如何抵御重傳攻擊、異步攻擊等；B.Song等[3]提出了一個基于Hash鏈標簽標識符的所有權轉移協議，但該協議在所有權轉移過程中有可能會遭到上一個所有者的竊聽；G.Kapoor等[4]

提出了改進的所有權可轉移的RFID協議，但其在實現安全目標時忽略了標簽端的存儲運算承載力，在低成本標簽上不易實現；

B.R.Ray等[5]提出的通用組合安全的RFID通信協議安全性較好，但是每輪會話標簽所有權前節點實體都要向可見性管理中心獲取標簽密鑰，成本過高，不適用于低成本標簽.

鑒于此，本文對原有用于輕量級標簽的所有權安全轉換理論進行創新性的移植，提出基于動態重載的標簽所有權的安全轉換協議，以期在降低計算量的同時解決供應鏈環境下標簽所有權轉換的安全問題.

1協議設計

1.1設計思路

在標簽與讀寫器的通信過程中，對算法進行動態重載可使結構不同的算法具有一致的表述形式.在以往協議采用隨機數作為算法隨機輸入的基礎上[6]，新協議為標簽設置了兩個bit的狀態位，用于服務器和標簽在不同階段的同步標識，同時本文協議重點從以下兩方面加強標簽所有權轉移過程中的安全隱私保護.

1.1.1構建輕量級偽隨機數發生器

在標簽中PUF部件的基礎上，進一步加強偽隨機序列輸出的隨機性.利用標簽物理芯片唯一特性產生的自編譯擴展因子改進偽隨機序列生成器的迭代機制，使偽隨機數發生器的輸出隨芯片而異.

偽隨機序列通常情況下通過設置數學亂源產生，其周期足夠長時可擁有隨機序列的良好特性，同時種子很大程度上決定了偽隨機序列的安全性.本文為隨機序列算法采用元件例化語句，采用自編譯語言為標簽物理芯片生成唯一的擴展因子m，對簡單的線性同余及迭代方式進行改進.

趙士林認為，“中國詩性文化，它有兩個系統，一個是以政治倫理為深層結構的‘北國詩性文化，另一個是以審美自由為基本理念的‘江南詩性文化”[3]。筆者認為，江南詩性文化濫觴于魏晉文化，光大于兩宋文化，其實質是在傳統儒學所提倡的實現群體生命價值之外，更多地凸顯了一些與個體生命存在相關聯的審美創造與詩性氣質，以及追求個體生命在更高層次上自我實現的需要。揚州古民居建筑文化空間所展示的開放包容性，就體現在兩者兼而有之。揚州古民居建筑文化空間中大量出現以楹聯、匾額和中堂條幅為主的書法藝術，其中有宣示祖訓家風、家庭管理與教育，做人修養與處世，以及家道稱譽與希冀的“北國詩性文化”影像；也有聊借“壺中天地”寄情山水大隱于市者，也有享受生活，迎接上下左右以示標榜，或有因鹽業發達感而發之的“江南詩性文化”影像。這兩種詩性文化一起共同建構起揚州古民居建筑詩性文化空間。

明清時期，文化專制達登峰造極之勢，導致文人士子不問國事，樸學應運而生。雖先有王（陽明）陸（九淵）對程朱理學的批判和對儒學重新闡釋，繼之有王（艮）李（摯）對傳統道德弊端的抨擊和對日用民生哲理的宣傳，后繼有黃（宗羲）顧（炎武）對君主專制的筆伐和思想啟蒙，但文化專制導致儒家正統回歸、成為文化主流則是一個不爭事實。以阮元、焦循為代表的揚州學派在此文化背景下，提倡“以禮代理”修身治國、仁愛、“絜矩”和“改過遷養”的理想人格，從客觀上促成了揚州地域文化中儒學正統的回歸。以鹽商為代表的新興勢力在正統儒家觀念和資本催生的自由沖動之間，形成了鹽商文化的基本樣態。正是在這一文化背景下，揚州古民居建筑文化空間具有了政治倫理和詩性的雙重特征。人們通過對建筑詩性文化空間仰觀俯察和遠觀近察，在凝神“自省”和自在“想象”這種矛盾的心理交織中完成了“禮”“樂”的統一，創造出具有明顯地域特色的審美文化空間。

建筑界內文化空間、建筑詩性文化空間和審美文化空間共同構成了建筑文化空間。在古民居建筑文化空間中，建筑界內文化空間反映了那個時代人們對中國傳統知識、思想和信仰的共有認知，由此形成古民居建筑文化空間的背景和建筑裝飾文化的載體。詩性文化空間和審美文化空間則是在建筑文化空間背景下，宅園主人因個人人生經歷和對時代文化認知和審美觀念的不同，在空間生產中所作出的個性化選擇，是每一個古民居建筑文化空間差異化的根源所在。

二、古民居建筑詩性文化空間與書法藝術

書法藝術的時空性由兩部分構成。就書法本體而言，線條的筆墨意象和整體結構形式構成了書法藝術的空間意象，而書法線條本身的自由變化與游動中所展露的節奏感則構成了內在的時間性品格。“時間性是書法發生的原因和過程，空間性是書法展開的結果，時空交叉是書法‘合時、空特征的表現形態。”[4]而書法藝術的載體離不開詩詞章句，中國古典詩詞的時空性建構有三種基本形式：一是以某種特定的地理空間為框架，將詩人的情感、歷史感和社會因素投射進去；二是以詩人的意向和心象來創造一個多元空間而形成的一個完整的審美空間；三是通過時間的轉換，將現實中的空間與想象或回憶中的空間交織在一起，形成詩詞審美空間的多重意蘊及靈動感。[5]可見，一件完美的書法藝術作品是詩詞章句的時空張力與書法家通過線條筆墨意象和整體章法所建筑的時空意象的高度契合。

在古民居建筑詩性文化空間營構中，書法藝術與空間意匠是一種互生的關系。一方面，宅園主人根據自身的人生經歷、價值取向選擇合適的詩詞章句，通過書法藝術形式對建筑界內文化空間進行詩性化再創造。這對書法創作而言具有三個方面的限定條件：詩詞章句在空間中的優先性；創作形式以楹聯、匾額或中堂條幅為主，二次制作對筆墨意象的減弱作用；于多數欣賞者來說了解空間屬性所需的可讀性。另一方面，書法藝術又是建筑文化空間詩性化意匠和其后審美文化空間創造中一個不可或缺的要素。所以，書法家在上述互為生成的條件下需選取易于識讀的書體，盡量避免純藝術創作中所倚重的筆墨意象，來凸顯詩詞章句張力以達到對空間的詩性化表達效果。例如，黃至筠個園正廳高懸隸書匾額“漢學堂”，兩側楹聯以漢簡書寫“三千年上下古；一十七家文字奇”來標榜黃氏家族文質彬彬、精研漢學、亦商亦儒的文化形象；汪氏小苑女廳，為家庭女輩活動場所，嚴格按照倫理秩序，安排在西路，以板橋體書“秋嫮廳”來表現女性的柔美之態。上述界內文化空間，其恰當的文字和合適的書體選擇，使人能夠順利地解讀到該空間所具備的文化感和道德倫理秩序感，從而使該空間具有了較為明顯的北國詩性文化特征。個園東路中進堂屋懸金農（“揚州八怪”之一）漆書“飲量豈止于醉，雅懷乃游乎仙”（見圖1），以“酒”為題直接提示人的感性生存與實踐活動。個園“四季山”名揚于世，其前“聽雨軒”明柱懸行書楹聯“朝宜調琴，暮宜鼓瑟；舊雨適至，今雨初來”（見圖2），把原來屬于文人專有的“時間體驗”

轉向詩性化的“空間意識”。汪氏小苑后院小苑，一南北矮墻將其隔成兩地，向西有靜瑞館，向東有廚房和儲糧區，月洞門朝東刻有“迎曦”額，意早晨太陽從東邊升起，陽光最先灑向小苑。越過月門進入小苑西部，回頭見月洞門上題“小苑春深”，苑內小徑通幽，花木蔥郁。月洞門東西兩小額，通過“曦”“春”的時空意象將一個局促的小苑空間詩意化地拓展到大自然宇宙之中，從而向世人展現出江南詩性文化所崇

尚的詩意化生活和生活的詩意化。也有像何廉昉壺園那種兩種詩性文化特征兼具的空間，如其正廳高懸“陶朱遺范”，從明柱至廳內楹柱上依次懸“籍花木培生氣，避塵囂作散人”，“泛萍十年，宦海抽帆，小隱遂平生，拋將冠冕簪纓，幸脫牢籠如敝屣；明月二分，官梅留約，有家歸不得，且筑樓臺花木，愿茲草創作莬裘”，“千傾太湖，鷗與陶朱同泛宅；二分明月，鶴隨何遜共移家”。前兩副楹聯出自何氏自撰，以時間為主線敘說自己宦海沉浮，自被革職之后，有家不能歸，無奈客居揚州以花木相伴，聊作出世的散人，發出“有家歸不得”的感慨和以此為“菟裘”（告老退隱之處）。后一副則是其師曾國藩書贈，上聯“陶朱”，指春秋時范蠡輔佐勾踐滅吳后，知勾踐難與同安樂，毅然棄官。他先到齊國，后又到了當時的商業中心陶（今山東定陶縣）定居，自稱“朱公”，因仗義疏財人稱“陶朱公”。下聯說在二分明月之夜，你像南朝的何遜，伴仙鶴移家揚州。雖過于用典，也足證曾公對這位后學的憫愛之情。何氏壺園正廳空間局促雖屬壺中天地，但書法藝術的介入，給人展現出一個巨大的地理空間和與之關聯的歷史性事件，以及由此形成的心象空間。正是書法楹聯的這一詩性化時空對建筑空間的塑造和對居者心理空間的展示，貼切地傳達出何氏對詩性文化功能與本質的領會與現實的實踐。

總之，揚州古民居建筑詩性文化空間在建構過程中，無論是從注重道德倫理的“北國詩性文化”來說，還是從崇尚生命自由的“江南詩性文化”而言，書法藝術均是書法家通過對詩詞章句的深刻領悟和高度的筆墨技法，將可把握或不可把握的、有限或無限的空間，通過筆墨意象變成一個有限的、具體可感的空間存在和時間顯現形式。居者或觀賞者的視點雖落腳在空間上，但由書法藝術中的詩詞章句內容和線條筆墨意象所引發的時間性體驗，迫使空間向蘊涵在時間經驗中的生命意識開放，從而建立起對個體生命價值感和強烈認同感的體驗。這恰恰是中國式的將時間節奏化入空間方位以產生審美化宇宙意識和天人合一的思維方式，正如李澤厚先生所言，這種詩性化空間能使人“感受到生活的安適和對環境的和諧”，“實際已把空間意識轉化為時間進程”[6]。詩性文化空間將人對界內文化空間的生存性體驗上升到對生命價值意義的追問，這一“空間的人化”或“人化的空間”因具有生存性體驗的特征，從而打開了審美文化空間創造的大門。

三、古民居建筑審美文化空間與書法藝術

古民居建筑審美文化空間是在詩性文化空間創造的基礎上，在書法藝術作品特有的時空場域的介入與牽引下，參與者在具體空間中對書法藝術作品通過仰觀俯察、遠觀近察這種“流觀”的觀照，即像韓林德所言的“在特定的審美活動中，主體觀照客體對象，其身體是盤桓移動的，其目光是上下往復推移的”[7]，再以凝神自省和暢神想象等一系列審美心理活動，所形成的意與境高度契合的空間再創造。

書法藝術的時空性在建筑審美文化空間建構中對參與者審美意象的牽引作用，具體表現在如下幾個方面：一是以既有的建筑空間作為觸發點或感知基礎，通過書法本體線條筆墨意象所建構的空間性的介入，加之參與者的想象、虛構、情感生發所創造的審美文化空間，如以匾、額來喻示空間屬性時，書體的選擇和筆墨情趣占據主導地位；二是以書法藝術作品中詩詞章句所喻示的詩人的意向和心象的牽引，誘導觀者來創造一個多元空間而形成一個完整的審美文化空間，如廳堂、園林建筑中大量的楹聯對觀者心象的干預；三是通過書法藝術時間性的牽引，使觀者通過時間的轉換，將現實空間與想象或回憶中的空間相交織而創造出一個時間性色彩濃烈的審美文化空間，如上述何廉昉壺園正廳一組楹聯，將歷史空間、地理空間引入觀者的心象空間之中，來觸發觀者的記憶與想象，從而建構起一個新的審美文化空間意象，即屬此類。需要強調的是，書法藝術作品的這種有效介入，往往是綜合性的，只是在不同空間中各有側重而已。但無論以何種方式為主導介入或牽引觀者審美文化空間的創造，都表現出國人根深蒂固的空間主導時間、時間空間化這一特有的時空觀和宇宙觀，這也是中國傳統藝術詩性化表達和審美關照有別于西方藝術的主要思維方式。

正是由于揚州古民居建筑文化空間兼具“北國詩性文化”和“江南詩性文化”雙重影像特征，故在審美文化空間建構中觀者的審美心理活動自然具有明顯的差異性。

建筑界內文化空間對天道觀和詩性文化空間對政治倫理關注的空間生產實踐，符合正統儒學在道德修養中所倡導的通過自我意識來不斷省察自己的言行，并將其作為知行合一惟一途徑的文化精神。這是一種凝神自省的審美心理活動與意識，在宅園一體的建筑審美文化空間建構中，至少沿著如下路徑進入審美狀態和審美文化空間的再生產：首先，將建筑界內文化空間和詩性文化空間的空間構成語言確立為空間美的基礎；其次，在人與上述時空的交流中始終以“仁”即孔子“踐仁以知天”和孟子“盡心知性以知天”為旨歸，在此建構起一個將天道、天命、仁、性打成一片而貫通為一，圓滿地展示天道性命相融匯的生生不息的生命境界。這種依“仁”為歸一的凝神自省式審美活動，創造了一個超越現實客觀世界的空間，克服了人與人的距離，進入了一個主客融合、物我齊一的審美文化空間，完成了審美的意象或意境的創造。同時，這種凝神自省也并非單純的傳統意義的審美心理活動，“而是人的生命體全身心的一種體悟與操作，其實質乃是生命對生命的啟動、生命與生命的擁抱、生命向生命的超越”[8]38。

對生命存在自由的沖動則是暢神想象審美活動的源泉和詩性文化空間創造的基礎。江南詩性文化的一個重要特征就是人對自身生命“樂”的高度關注，就是將肉體的形下之樂和精神的形上之樂相統一、相調和，超越高雅文化與大眾文化、出世性和入世性的歷史鴻溝，達到物我、時空、精神與肉體的合一。如果說自宋以來的園林文化完成了人對現世世界的超越，那么揚州古民居建筑中的園林文化則是強調了人對現世世界本真的回歸。“藝術意境的結構同時是藝術的美感結構，中國藝術之于它的欣賞、詮釋者而言的美感價值，同時也就是藝術意境創構、誕生中的結構價值，它們之間存在著一種同構關系。”[8]177所以，考察揚州古民居建筑美感特征與價值的思維起點，也可被看做是其意境即審美文化空間創造的自覺起點。揚州鹽商群體雖通過鹽業積累了大量的財富，但在“商不入仕”的封建專制時代政治上仍處于邊緣地位，這迫使其在商業成功后依然需要通過正統途徑進入權貴階層，所以就有了鹽商賈而好儒、商而兼士、崇尚宗法、封建正統的文化人格傾向。同時，受江南詩性文化影響，揚州鹽商極盡所能地追求物質上的享樂，構成了其文化人格的另一面。于是在園林中，有諸如“暗水流花徑，清風滿竹林”“秋從夏于聲中入，春在寒梅蕊上尋”（個園）這樣的以經驗性的物質性空間作為觸發點或感知基礎的審美空間，也有“竹宜著雨松宜雪，花可參禪酒可仙”，盧氏宅園淮海廳外明柱小篆書聯“物外閑身超世綱，人間真樂在天倫”（見圖3），以現實空間與想象或回憶空間交織在一起而形成的審美空間。再如汪氏小苑正廳“春暉室”懸小篆長聯“既肎構，亦肎堂，丹雘塈茨，喜見梓材能作室；無相猶，式相好，竹苞松茂，還從雅什詠斯干”，通過意向和心象來創造一個極富時間色彩的家庭兄弟和睦一起吟詠著《斯干》造屋的多元空間，從而形成一個冀期當下和未來汪氏家族和諧興旺的完整審美空間。也有像盧紹緒宅正廳“淮海廳”所懸“熬霜煮雪利豐盈，屑玉披沙品清潔”，將鹽業的“熬霜煮雪”“屑玉披沙”時間化、空間化為商道與人道。