UHF RFID射頻通信的加密技術(shù)研究

摘?要：隨著科技的不斷發(fā)展和進(jìn)步，RFID的廣泛應(yīng)用于物流、制造及公共信息服務(wù)等。RFID技術(shù)與網(wǎng)絡(luò)通信、大數(shù)據(jù)分析等技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)全世界范圍內(nèi)的指定物品信息共享、關(guān)鍵環(huán)節(jié)跟蹤、信息驗(yàn)證。一些非法分子趨于利益誘惑，利用其技術(shù)的算法弱點(diǎn)非法復(fù)制、偽造和變?cè)鞓?biāo)簽，使RFID系統(tǒng)全面受到了潛在的安全威脅。許多應(yīng)對(duì)方案應(yīng)運(yùn)而生，然而，這些方案中多數(shù)以更新系統(tǒng)或者更換硬件為代價(jià)，提高系統(tǒng)的安全性。研究UHF?RFID射頻通信加密技術(shù)，不影響RFID技術(shù)性能、標(biāo)簽成本卻更加安全可靠;同時(shí)增加了多種應(yīng)用，卻使用現(xiàn)有硬件資源;用技術(shù)解決安全、防偽、識(shí)別、管理等應(yīng)用領(lǐng)域。RFID的核心是RF射頻通信和加密技術(shù)，以下將簡(jiǎn)要描述UHF?RFID射頻通信加密技術(shù)的內(nèi)容。

關(guān)鍵詞：UHF?RFID;射頻通信;加密

1?關(guān)于UHF?RFID技術(shù)背景

射頻識(shí)別（Radio?Frequency?Identification，RFID）技術(shù)是通過(guò)無(wú)線射頻通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)非接觸式自動(dòng)識(shí)別。RFID電子標(biāo)簽具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)大、標(biāo)簽體積小、信息安全保密、標(biāo)簽重復(fù)利用、工作壽命長(zhǎng)等特點(diǎn)，支持多數(shù)量同時(shí)識(shí)別、移動(dòng)過(guò)程快速識(shí)別、非可視化信息識(shí)別、物體定位及物品長(zhǎng)期跟蹤和管理等特征。

RIDD技術(shù)在二十世紀(jì)中期開(kāi)始，基于雷達(dá)技術(shù)原理的改進(jìn)和應(yīng)用，射頻識(shí)別技術(shù)就開(kāi)始逐步使用，此后便開(kāi)始逐步發(fā)展，特別是大規(guī)模集成電路、數(shù)字通信、網(wǎng)絡(luò)通信、信息安全等技術(shù)的發(fā)展，RFID技術(shù)應(yīng)用已有半個(gè)多世紀(jì)的歷史，RFID技術(shù)在國(guó)內(nèi)外的發(fā)展凸顯，很多國(guó)家在服裝、醫(yī)藥、食品、車輛交通等均有較為成熟和先進(jìn)的RFID系統(tǒng)，由于RFID技術(shù)具有高速移動(dòng)目標(biāo)識(shí)別、多目標(biāo)同時(shí)識(shí)別和非接觸識(shí)別等特點(diǎn)，RFID技術(shù)顯示發(fā)展?jié)摿εc應(yīng)用空間的優(yōu)勢(shì)，被認(rèn)為是最具有發(fā)展優(yōu)勢(shì)的信息技術(shù)之一。??RFID技術(shù)涉及信息、制造、材料、通信等諸多高技術(shù)領(lǐng)域，包括無(wú)線通信、芯片設(shè)計(jì)與加工制造、射頻天線設(shè)計(jì)與制造、標(biāo)簽封裝、系統(tǒng)集成和信息安全等技術(shù)。射頻標(biāo)簽有不同的分類方式，RFID標(biāo)簽分為有源、無(wú)源和半有源三種能源供電方式分類;RFID標(biāo)簽分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）和微波頻段（MW）四種工作頻率的分類。UHF標(biāo)簽由于其具有可遠(yuǎn)距離識(shí)別和低成本的優(yōu)勢(shì)，可廣泛應(yīng)用于各種惡劣環(huán)境、高速運(yùn)動(dòng)物體、固定場(chǎng)景，并能夠同時(shí)識(shí)別多個(gè)電子標(biāo)簽，RFID標(biāo)簽具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長(zhǎng)、讀取距離遠(yuǎn)以及存儲(chǔ)容量大等優(yōu)點(diǎn)。廣泛應(yīng)用于商業(yè)物流領(lǐng)域和交通運(yùn)輸領(lǐng)域。UHF?RFID是目前最受關(guān)注的RFID應(yīng)用方向。

但是在高安全性要求的應(yīng)用中，射頻傳輸?shù)哪Ｊ讲捎妹魑膫鬏敚瑫?huì)使用戶信息被盜取等不堪設(shè)想的后果。因此RFID讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的安全傳輸是限制其發(fā)展和應(yīng)用的主要原因之一。

2?UHF?RFID系統(tǒng)組成及射頻通信流程

UHF?RFID系統(tǒng)主要由RFID讀寫(xiě)器、天線、標(biāo)簽三部分組成。RFID讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。RFID讀寫(xiě)器模塊的發(fā)射端中振蕩單元產(chǎn)生系統(tǒng)本振振蕩信號(hào)，本振信號(hào)經(jīng)過(guò)載波單元的信號(hào)處理輸出射頻載波信號(hào)，載波信號(hào)再經(jīng)過(guò)射頻調(diào)制單元疊加通信信息，由功率放大單元將信號(hào)放大為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，通過(guò)天線單元輸出RFID射頻通信信號(hào)，在識(shí)別工作區(qū)域的電子標(biāo)簽，感應(yīng)到讀寫(xiě)器的射頻通信信號(hào)，一部射頻載波信號(hào)用于產(chǎn)生電能為激活標(biāo)簽自身工作提供能量，一部分射頻信號(hào)用于標(biāo)簽與讀寫(xiě)器之間的射頻通信，標(biāo)簽根據(jù)射頻通信協(xié)議將帶有通信信息的信號(hào)經(jīng)過(guò)特定編碼、調(diào)制后由標(biāo)簽天線發(fā)送給RFID讀寫(xiě)器天線。RFID讀寫(xiě)器再將接收到的射頻信號(hào)傳送給射頻解調(diào)單元進(jìn)行信號(hào)轉(zhuǎn)換操作，然后解碼單元再進(jìn)行相應(yīng)射頻通信協(xié)議解碼操作和驗(yàn)證。

3?對(duì)UHF?RFID射頻通信技術(shù)框架結(jié)構(gòu)及加密技術(shù)研究

UHF?RFID讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽射頻通信過(guò)程加密的技術(shù)，包括無(wú)源UHF頻段RFID電子標(biāo)簽和信息通訊的RFID讀寫(xiě)器。RFID讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)傳輸?shù)倪^(guò)程中可能會(huì)受到攻擊，比如試圖竊聽(tīng)傳輸線路以發(fā)現(xiàn)秘密信息而達(dá)到非法目的，或者操縱傳輸數(shù)據(jù)并修改。密文傳輸?shù)哪Ｊ骄褪怯脕?lái)防止這些攻擊，因此射頻通信在傳輸前對(duì)數(shù)據(jù)加密，使得攻擊者不能推斷出信息的真實(shí)內(nèi)容。RFID讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽之間的射頻通信的模式為密文傳輸，即在傳輸數(shù)據(jù)前對(duì)電子標(biāo)簽的明文信息加密。UHF?RFID讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽射頻天線過(guò)程加密技術(shù)流程如圖2所示。

第一步：采用簽名算法對(duì)RFID電子標(biāo)簽的信息進(jìn)行簽名;

第二步：對(duì)RFID電子標(biāo)簽的明文信息采用特定算法加密，形成通信密文;

第三步：RFID讀寫(xiě)器讀取的電子標(biāo)簽密文采用解密算法形成明文，并用驗(yàn)證算法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證;

射頻通信的過(guò)程為：在電子標(biāo)簽內(nèi)，明文信息通過(guò)簽名算法形成數(shù)字簽名，然后再通過(guò)加密算法形成密文。密文通過(guò)超高頻射頻傳輸?shù)絉FID讀寫(xiě)器，在讀寫(xiě)器內(nèi)，通過(guò)解密算法解密密文，形成明文，然后再通過(guò)驗(yàn)證算法驗(yàn)證數(shù)據(jù)信息。RFID讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽相互鑒別的過(guò)程如圖2所示。

① RFID讀寫(xiě)器按照固定頻率發(fā)送查詢標(biāo)簽命令和查詢口令到標(biāo)簽。

② RFID電子標(biāo)簽收到命令，主動(dòng)生成隨機(jī)數(shù)RN，并將信息返回到RFID讀寫(xiě)器。

③ RFID讀寫(xiě)器根據(jù)收到的RN，自己產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)RB，并產(chǎn)生加密的數(shù)據(jù)塊Tokenl給RFID電子標(biāo)簽，Tokenl包含隨機(jī)數(shù)RN、RB和附加的控制數(shù)據(jù)。

④ RFID電子標(biāo)簽收到Tokenl后使用密鑰信息進(jìn)行解密，從通信的明文報(bào)文中計(jì)算出隨機(jī)數(shù)RN與之前發(fā)送的隨機(jī)數(shù)RN進(jìn)行對(duì)比，如果RN數(shù)據(jù)一致，則電子標(biāo)簽驗(yàn)證完成RFID讀寫(xiě)器與其使用相同加密。

⑤ RFID電子標(biāo)簽再產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)RC，使用密鑰和密鑰算法產(chǎn)生Token2，并發(fā)送給RFID讀寫(xiě)器，Token2包含隨機(jī)數(shù)RB、RC和附加的控制數(shù)據(jù)。

⑥ RFID讀寫(xiě)器收到Token2后用密鑰解密，從通信的明文報(bào)文中計(jì)算出隨機(jī)數(shù)RB與之前發(fā)送的RB進(jìn)行對(duì)比，如果RB數(shù)據(jù)一致，則電子標(biāo)簽身份驗(yàn)證合格。

⑦ RFID讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽相互驗(yàn)證合格后，開(kāi)始進(jìn)一步的密文通信。

4?結(jié)語(yǔ)

物聯(lián)網(wǎng)、互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)分析技術(shù)的蓬勃發(fā)展，人工智能、集成電路技術(shù)也在突飛猛進(jìn)，凸顯出智能電子類設(shè)備的互聯(lián)網(wǎng)模式化，使信息安全在通信技術(shù)領(lǐng)域顯的尤為重要。RFID技術(shù)應(yīng)用在各個(gè)行業(yè)越來(lái)越廣泛，信息安全是通信技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。涉及支付、隱私、信息唯一、溯源等特性的應(yīng)用領(lǐng)域，RFID技術(shù)作為互聯(lián)化支撐基礎(chǔ)能力。在這些領(lǐng)域RFID讀寫(xiě)器與電子標(biāo)簽數(shù)據(jù)的安全傳輸是限制其發(fā)展和應(yīng)用的主要原因之一。

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作者簡(jiǎn)介：王飛（1988—??），男，漢族，內(nèi)蒙古巴彥淖爾人，本科，中級(jí)工程師，研究方向：智能網(wǎng)聯(lián)及單車智能駕駛的行業(yè)應(yīng)用。