【摘要】：無(wú)線射頻識(shí)別(Radio-frequency Identification,簡(jiǎn)稱RFID)采用非接觸的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的自動(dòng)識(shí)別,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于身份識(shí)別、支付系統(tǒng)、商業(yè)供應(yīng)鏈和超市、防偽、物品完整性檢驗(yàn)和門禁系統(tǒng)等領(lǐng)域。RFID技術(shù)的應(yīng)用給我們生活帶來(lái)了許多便利,在這些應(yīng)用中有幾個(gè)急需要解決的關(guān)鍵問(wèn)題。第一,多標(biāo)簽的識(shí)別問(wèn)題。當(dāng)一個(gè)閱讀器對(duì)多個(gè)標(biāo)簽進(jìn)行識(shí)別時(shí),這些標(biāo)簽會(huì)同時(shí)響應(yīng)閱讀器的查詢,由于標(biāo)簽的響應(yīng)信號(hào)共用一個(gè)無(wú)線信道,因而多個(gè)標(biāo)簽的響應(yīng)信號(hào)將發(fā)生碰撞。發(fā)生碰撞后,閱讀器需要重新查詢和識(shí)別標(biāo)簽,降低識(shí)別效率,因此在RFID系統(tǒng)中需要采用某種有效的方法來(lái)避免這些碰撞。第二,RFID系統(tǒng)的安全與隱私問(wèn)題。由于RFID系統(tǒng)采用無(wú)線識(shí)別技術(shù),無(wú)線傳輸是以一種廣播的方式傳播消息,廣播的消息很容易被攻擊者利用,這需要采用某些加密技術(shù)來(lái)保護(hù)RFID系統(tǒng)在使用過(guò)程中的安全與隱私。另一方面,低成本標(biāo)簽只有有限的計(jì)算能力,不能完成復(fù)雜加密技術(shù)的操作。因此,在設(shè)計(jì)RFID系統(tǒng)的安全協(xié)議時(shí)要均衡安全性和標(biāo)簽成本之間的關(guān)系。 在RFID系統(tǒng)中,閱讀器識(shí)別多個(gè)標(biāo)簽的效率與解決多標(biāo)簽碰撞的方法緊密相關(guān)。目前一個(gè)合理的解決方法是采用四叉樹(shù)防碰撞算法來(lái)減少碰撞時(shí)隙,但其不足是增加了空閑時(shí)隙。為克服四叉樹(shù)防碰撞算法空閑時(shí)隙多的缺點(diǎn),提出了一個(gè)自適應(yīng)四叉剪枝查詢樹(shù)防碰撞算法。根據(jù)碰撞位信息,采用剪枝的方式消去四叉樹(shù)所帶來(lái)的空閑時(shí)隙。理論和仿真分析表明,該算法能顯著減少識(shí)別時(shí)間,提高RFID系統(tǒng)的吞吐率。 針對(duì)RFID系統(tǒng)存在的安全和隱私問(wèn)題,提出了一個(gè)RFID系統(tǒng)的軌跡隱私模型。該模型首先形式化攻擊者模型,根據(jù)攻擊者的能力,定義了攻擊者不可分辨性隱私游戲和區(qū)間安全性隱私游戲。根據(jù)攻擊者和挑戰(zhàn)者的隱私游戲,給出了弱軌跡隱私和強(qiáng)隱私軌跡定義,最后用RFID系統(tǒng)的軌跡隱私模型分析了現(xiàn)有的RFID系統(tǒng)的隱私認(rèn)證模型的隱私保護(hù)程度,分析結(jié)果表明該模型能有效地分析和發(fā)現(xiàn)RFID安全協(xié)議中存在的隱私漏洞。 低成本標(biāo)簽應(yīng)用范圍非常廣,但其只有非常有限的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力,為了均衡RFID系統(tǒng)的安全性和可用性,提出一個(gè)輕量級(jí)強(qiáng)軌跡隱私保護(hù)的RFID認(rèn)證協(xié)議。在該協(xié)議中,標(biāo)簽只采用偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器運(yùn)算和異或運(yùn)算,在認(rèn)證過(guò)程中,標(biāo)簽一直使用假名,防止了標(biāo)簽敏感信息的泄露,并且標(biāo)簽的假名和秘密數(shù)在認(rèn)證過(guò)程中一直與后臺(tái)服務(wù)器保持同步,分析表明,該協(xié)議能有效地解決了去同步攻擊、中間人攻擊、前向安全、重放攻擊和克隆等安全問(wèn)題,同時(shí)也滿足了低成本標(biāo)簽的要求。用RFID系統(tǒng)的軌跡隱私模型也證明了該協(xié)議具有強(qiáng)軌跡隱私性和安全性,與現(xiàn)有的相關(guān)研究進(jìn)行比較,該協(xié)議在標(biāo)簽的存儲(chǔ)開(kāi)銷、計(jì)算代價(jià)和通信開(kāi)銷以及后臺(tái)服務(wù)器的搜索效率上都具有較好的性能。 群證明協(xié)議有著廣泛的應(yīng)用,但在有大量標(biāo)簽的群證明的生成過(guò)程中,標(biāo)簽信息響應(yīng)將發(fā)生碰撞,影響群證明生成的效率,為了解決這一問(wèn)題,提出了一種可擴(kuò)展輕量級(jí)RFID群證明協(xié)議。該協(xié)議中標(biāo)簽只采用偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器運(yùn)算和異或運(yùn)算,用自適應(yīng)四叉剪枝查詢樹(shù)防碰撞算法識(shí)別標(biāo)簽的響應(yīng)消息。標(biāo)簽的秘密信息的更新在群證明生成過(guò)程中一直與驗(yàn)證者保持同步,因此該協(xié)議不僅解決了低成本標(biāo)簽可擴(kuò)展性問(wèn)題,也提高了群證明生成的效率和安全性。該協(xié)議與現(xiàn)有的群證明協(xié)議進(jìn)行比較,在該協(xié)議中,標(biāo)簽只需較小的計(jì)算復(fù)雜度,達(dá)到了安全性與可用性的有效均衡。
【圖文】：

那么該算法則為最優(yōu)分裂法。假設(shè)有5個(gè)標(biāo)簽，分別是0100,1001,0010,1011和0110，分別采用二叉樹(shù)和四叉樹(shù)分裂過(guò)程如圖2.2所示。從圖2.2可以看到，，采用基于樹(shù)的防碰撞算法是用一顆樹(shù)表示一個(gè)數(shù)據(jù)喊，一個(gè)數(shù)據(jù)傾由許多時(shí)隙組成，識(shí)別一定數(shù)量的標(biāo)簽，所需總時(shí)隙越多，識(shí)別效率越低。在圖2.2(a)中，懫用二叉樹(shù)分裂方法，識(shí)別5個(gè)標(biāo)簽，所需碰撞時(shí)隙為5，空閑時(shí)隙為1，總時(shí)隙為11，在圖2.2(b)中

斷結(jié)果為XI，這樣可以剪去00和10兩個(gè)分支。按照四叉剪枝樹(shù)的方式分裂過(guò)程如圖2.3所示，其中C表示碰撞，R表示可讀，I表示空閑。表2.4 A4PQT算法識(shí)別標(biāo)簽過(guò)程Round 123456789R—T S 00 01 10 II 0100 0110 1001 1011T-^R CRCCI RRRRTag 1 0100 0100 0100Tag 2 1001 1001 1001Tag 3 0010 0010Tag 4 1011 1011 1011Tag 5 0110 0110 01100_隙資）O可讀時(shí)隙d6 GO。_圖2.3采用四叉剪枝樹(shù)的分裂過(guò)程從圖2.3可以看到，采用剪枝后，在識(shí)別5個(gè)標(biāo)簽時(shí)，需要產(chǎn)生的額外時(shí)隙為4，其中碰撞時(shí)隙為3，空隙時(shí)隙為1。而圖2.2(a)的二叉樹(shù)分裂方式總的額外時(shí)隙為6
【學(xué)位授予單位】：華中科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號(hào)】：TP391.44

【參考文獻(xiàn)】

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1 張學(xué)軍;蔡文琦;王鎖萍;;改進(jìn)型自適應(yīng)多叉樹(shù)防碰撞算法研究[J];電子學(xué)報(bào);2012年01期

2 張忠;徐秋亮;;物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下UC安全的組證明RFID協(xié)議[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2011年07期

3 馬昌社;;前向隱私安全的低成本RFID認(rèn)證協(xié)議[J];計(jì)算機(jī)學(xué)報(bào);2011年08期

4 肖鋒;周亞建;周景賢;鈕心忻;;標(biāo)準(zhǔn)模型下可證明安全的RFID雙向認(rèn)證協(xié)議[J];通信學(xué)報(bào);2013年04期

本文編號(hào)：2519885