本文關(guān)鍵詞：物聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下RFID安全協(xié)議分析與設(shè)計(jì)

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【摘要】：RFID技術(shù)是一種自動識別和數(shù)據(jù)獲取技術(shù)。只需將RFID標(biāo)簽附著或嵌入到目標(biāo)實(shí)體,無需直接接觸,RFID讀寫器即可識別該目標(biāo)實(shí)體。隨著世界各國對物聯(lián)網(wǎng)產(chǎn)業(yè)的不斷重視,作為物聯(lián)網(wǎng)感知層的關(guān)鍵技術(shù),RFID無論是在技術(shù)水平還是在應(yīng)用規(guī)模方面都有了長足的發(fā)展。目前,RFID系統(tǒng)已經(jīng)在產(chǎn)品管理、交通支付、物流管理以及票證管理等多個(gè)領(lǐng)域形成了一定規(guī)模的應(yīng)用。由于RFID標(biāo)簽的存儲資源和計(jì)算能力有限,而且RFID標(biāo)簽和讀寫器往往工作在開放的無線通信環(huán)境下,因此,RFID系統(tǒng)在通信過程中容易遭受竊聽攻擊、重放攻擊、隱私攻擊等各種安全威脅。設(shè)計(jì)并應(yīng)用高效、安全的RFID協(xié)議是實(shí)現(xiàn)RFID系統(tǒng)安全的重要保障。本文對單標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移協(xié)議、RFID標(biāo)簽組證明協(xié)議、RFID標(biāo)簽組轉(zhuǎn)移協(xié)議以及基于云的RFID標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移協(xié)議進(jìn)行了詳細(xì)的分析與設(shè)計(jì),主要研究成果如下：(1)隨著物品所有權(quán)的轉(zhuǎn)移,其上附著的RFID標(biāo)簽的所有權(quán)也需要發(fā)生轉(zhuǎn)移。安全和隱私問題是標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移過程中需要研究的重點(diǎn)。本文提出了一個(gè)新的輕量級單標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移協(xié)議。在UC(通用可組合)框架下,定義了單標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移的理想函數(shù),并證明了新協(xié)議安全地實(shí)現(xiàn)了所定義的理想函數(shù),即新協(xié)議滿足雙向認(rèn)證、標(biāo)簽?zāi)涿�、抗異步攻擊、后向隱私保護(hù)和前向隱私保護(hù)等安全屬性。與已有的單標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移協(xié)議相比,新協(xié)議中RFID標(biāo)簽的計(jì)算復(fù)雜度和存儲空間需求都較低,并且與新舊所有者的交互次數(shù)較少,能夠更加高效地實(shí)現(xiàn)低成本標(biāo)簽的所有權(quán)轉(zhuǎn)移。(2)組證明協(xié)議的功能是生成兩個(gè)或兩個(gè)以上的標(biāo)簽被一個(gè)讀寫器同時(shí)掃描的證據(jù)。安全性和效率是設(shè)計(jì)組證明協(xié)議時(shí)需要考慮的重點(diǎn)問題。本文在分析組證明協(xié)議安全模型的基礎(chǔ)上,提出了一個(gè)新的讀取順序無關(guān)的離線組證明協(xié)議,即收到讀寫器的廣播消息后,組內(nèi)標(biāo)簽可以同時(shí)進(jìn)行計(jì)算,具有較高的效率。此外,在標(biāo)簽端使用偽隨機(jī)數(shù)生成函數(shù)作為生成部分組證明的主要計(jì)算方式,使得協(xié)議適用于低成本標(biāo)簽的應(yīng)用場景。隨后,對一個(gè)典型的標(biāo)簽順序讀取組證明協(xié)議進(jìn)行了安全性分析,發(fā)現(xiàn)該協(xié)議易遭受異步攻擊和主動攻擊。本文提出了針對該協(xié)議的改進(jìn)方案,新方案在不降低原協(xié)議性能的基礎(chǔ)上,安全性有了較大的提高。(3)在某些應(yīng)用中,往往需要在一次會話中同時(shí)完成一組RFID標(biāo)簽所有權(quán)的轉(zhuǎn)移。然而,現(xiàn)有的標(biāo)簽組轉(zhuǎn)移方案大多需要可信第三方的支持,并且需要與單獨(dú)的組證明協(xié)議組合,才能實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽組所有權(quán)轉(zhuǎn)移的功能。本文設(shè)計(jì)了一個(gè)安全高效的標(biāo)簽組轉(zhuǎn)移協(xié)議,協(xié)議在無可信第三方支持的情況下實(shí)現(xiàn)了一組標(biāo)簽所有權(quán)的同時(shí)轉(zhuǎn)移。然后,定義了RFID標(biāo)簽組轉(zhuǎn)移的理想函數(shù),并在UC框架下證明了新協(xié)議的安全性。(4)隨著RFID標(biāo)簽應(yīng)用規(guī)模的不斷增長,傳統(tǒng)的RFID系統(tǒng)由于其有限的計(jì)算能力和低效的大規(guī)模數(shù)據(jù)管理模式,已經(jīng)難以支撐眾多RFID系統(tǒng)的實(shí)際應(yīng)用需求。為此,學(xué)者們提出了基于云的RFID體系架構(gòu)。本文首先分析了云計(jì)算環(huán)境下RFID標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移的安全和隱私需求,提出了一個(gè)基于云的無需可信第三方支持的標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移協(xié)議。新協(xié)議將標(biāo)簽信息存儲在半可信的云服務(wù)器上,并通過在云服務(wù)器端采用代理重加密機(jī)制來創(chuàng)建標(biāo)簽的新所有權(quán)關(guān)系。隨后,定義了基于云的標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移理想函數(shù),并在UC框架下證明了新協(xié)議實(shí)現(xiàn)了該理想函數(shù)。與傳統(tǒng)的標(biāo)簽所有權(quán)轉(zhuǎn)移方案相比,新方案在部署成本和可擴(kuò)展性方面具有較大的優(yōu)勢。
【學(xué)位授予單位】：北京交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TP391.44;TN929.5

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