UHF RFID射頻通信的加密技術研究

摘?要：隨著科技的不斷發展和進步，RFID的廣泛應用于物流、制造及公共信息服務等。RFID技術與網絡通信、大數據分析等技術相結合，實現全世界范圍內的指定物品信息共享、關鍵環節跟蹤、信息驗證。一些非法分子趨于利益誘惑，利用其技術的算法弱點非法復制、偽造和變造標簽，使RFID系統全面受到了潛在的安全威脅。許多應對方案應運而生，然而，這些方案中多數以更新系統或者更換硬件為代價，提高系統的安全性。研究UHF?RFID射頻通信加密技術，不影響RFID技術性能、標簽成本卻更加安全可靠;同時增加了多種應用，卻使用現有硬件資源;用技術解決安全、防偽、識別、管理等應用領域。RFID的核心是RF射頻通信和加密技術，以下將簡要描述UHF?RFID射頻通信加密技術的內容。

關鍵詞：UHF?RFID;射頻通信;加密

1?關于UHF?RFID技術背景

射頻識別（Radio?Frequency?Identification，RFID）技術是通過無線射頻通信技術實現非接觸式自動識別。RFID電子標簽具有數據存儲大、標簽體積小、信息安全保密、標簽重復利用、工作壽命長等特點，支持多數量同時識別、移動過程快速識別、非可視化信息識別、物體定位及物品長期跟蹤和管理等特征。

RIDD技術在二十世紀中期開始，基于雷達技術原理的改進和應用，射頻識別技術就開始逐步使用，此后便開始逐步發展，特別是大規模集成電路、數字通信、網絡通信、信息安全等技術的發展，RFID技術應用已有半個多世紀的歷史，RFID技術在國內外的發展凸顯，很多國家在服裝、醫藥、食品、車輛交通等均有較為成熟和先進的RFID系統，由于RFID技術具有高速移動目標識別、多目標同時識別和非接觸識別等特點，RFID技術顯示發展潛力與應用空間的優勢，被認為是最具有發展優勢的信息技術之一。??RFID技術涉及信息、制造、材料、通信等諸多高技術領域，包括無線通信、芯片設計與加工制造、射頻天線設計與制造、標簽封裝、系統集成和信息安全等技術。射頻標簽有不同的分類方式，RFID標簽分為有源、無源和半有源三種能源供電方式分類;RFID標簽分為低頻（LF）、高頻（HF）、超高頻（UHF）和微波頻段（MW）四種工作頻率的分類。UHF標簽由于其具有可遠距離識別和低成本的優勢，可廣泛應用于各種惡劣環境、高速運動物體、固定場景，并能夠同時識別多個電子標簽，RFID標簽具有條形碼所不具備的防水、防磁、耐高溫、使用壽命長、讀取距離遠以及存儲容量大等優點。廣泛應用于商業物流領域和交通運輸領域。UHF?RFID是目前最受關注的RFID應用方向。

但是在高安全性要求的應用中，射頻傳輸的模式采用明文傳輸，會使用戶信息被盜取等不堪設想的后果。因此RFID讀寫器與電子標簽數據的安全傳輸是限制其發展和應用的主要原因之一。

2?UHF?RFID系統組成及射頻通信流程

UHF?RFID系統主要由RFID讀寫器、天線、標簽三部分組成。RFID讀寫器與電子標簽基本結構如圖1所示。RFID讀寫器模塊的發射端中振蕩單元產生系統本振振蕩信號，本振信號經過載波單元的信號處理輸出射頻載波信號，載波信號再經過射頻調制單元疊加通信信息，由功率放大單元將信號放大為標準信號，通過天線單元輸出RFID射頻通信信號，在識別工作區域的電子標簽，感應到讀寫器的射頻通信信號，一部射頻載波信號用于產生電能為激活標簽自身工作提供能量，一部分射頻信號用于標簽與讀寫器之間的射頻通信，標簽根據射頻通信協議將帶有通信信息的信號經過特定編碼、調制后由標簽天線發送給RFID讀寫器天線。RFID讀寫器再將接收到的射頻信號傳送給射頻解調單元進行信號轉換操作，然后解碼單元再進行相應射頻通信協議解碼操作和驗證。

3?對UHF?RFID射頻通信技術框架結構及加密技術研究

UHF?RFID讀寫器和電子標簽射頻通信過程加密的技術，包括無源UHF頻段RFID電子標簽和信息通訊的RFID讀寫器。RFID讀寫器與電子標簽數據傳輸的過程中可能會受到攻擊，比如試圖竊聽傳輸線路以發現秘密信息而達到非法目的，或者操縱傳輸數據并修改。密文傳輸的模式就是用來防止這些攻擊，因此射頻通信在傳輸前對數據加密，使得攻擊者不能推斷出信息的真實內容。RFID讀寫器與電子標簽之間的射頻通信的模式為密文傳輸，即在傳輸數據前對電子標簽的明文信息加密。UHF?RFID讀寫器和電子標簽射頻天線過程加密技術流程如圖2所示。

第一步：采用簽名算法對RFID電子標簽的信息進行簽名;

第二步：對RFID電子標簽的明文信息采用特定算法加密，形成通信密文;

第三步：RFID讀寫器讀取的電子標簽密文采用解密算法形成明文，并用驗證算法對數據進行驗證;

射頻通信的過程為：在電子標簽內，明文信息通過簽名算法形成數字簽名，然后再通過加密算法形成密文。密文通過超高頻射頻傳輸到RFID讀寫器，在讀寫器內，通過解密算法解密密文，形成明文，然后再通過驗證算法驗證數據信息。RFID讀寫器和電子標簽相互鑒別的過程如圖2所示。

① RFID讀寫器按照固定頻率發送查詢標簽命令和查詢口令到標簽。

② RFID電子標簽收到命令，主動生成隨機數RN，并將信息返回到RFID讀寫器。

③ RFID讀寫器根據收到的RN，自己產生隨機數RB，并產生加密的數據塊Tokenl給RFID電子標簽，Tokenl包含隨機數RN、RB和附加的控制數據。

④ RFID電子標簽收到Tokenl后使用密鑰信息進行解密，從通信的明文報文中計算出隨機數RN與之前發送的隨機數RN進行對比，如果RN數據一致，則電子標簽驗證完成RFID讀寫器與其使用相同加密。

⑤ RFID電子標簽再產生隨機數RC，使用密鑰和密鑰算法產生Token2，并發送給RFID讀寫器，Token2包含隨機數RB、RC和附加的控制數據。

⑥ RFID讀寫器收到Token2后用密鑰解密，從通信的明文報文中計算出隨機數RB與之前發送的RB進行對比，如果RB數據一致，則電子標簽身份驗證合格。

⑦ RFID讀寫器與電子標簽相互驗證合格后，開始進一步的密文通信。

4?結語

物聯網、互聯網、大數據分析技術的蓬勃發展，人工智能、集成電路技術也在突飛猛進，凸顯出智能電子類設備的互聯網模式化，使信息安全在通信技術領域顯的尤為重要。RFID技術應用在各個行業越來越廣泛，信息安全是通信技術發展的必然趨勢。涉及支付、隱私、信息唯一、溯源等特性的應用領域，RFID技術作為互聯化支撐基礎能力。在這些領域RFID讀寫器與電子標簽數據的安全傳輸是限制其發展和應用的主要原因之一。

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作者簡介：王飛（1988—??），男，漢族，內蒙古巴彥淖爾人，本科，中級工程師，研究方向：智能網聯及單車智能駕駛的行業應用。