CN101976365B - 一种安全射频识别*** - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种安全射频识别***,包括:天线A(4)、天线B(7)、射频通道模块(8)、控制处理模块(9),还包括:完整性存储单元(10)、验证单元B(12)、身份认证单元(17)和完整性验证单元(18)。天线A(4)分别与芯片(5)和验证单元A(6)双向连接,天线A(4)与天线B(7)无线射频连接。安全射频识别***完成后台应用***(3)、读写器(2)和标签(1)之间安全的双向身份认证,建立相互信任的射频识别网络连接,建立连接之后,由后台应用***(3)完成对标签(1)和读写器(2)信息的完整性验证。本发明提供两个层次的安全防护,信息都是以密文形式传输,保证了传输信息的真实性、完整性和机密性。
Description
技术领域
本发明涉及一种射频识别***,特别是一种安全射频识别***。
背景技术
射频识别(Radio Frequency Identification,简称“RFID”)***是一种通过射频信号来自动识别目标对象以获取相关数据、并对数据进行处理的非接触式的自动识别***。
射频识别***包括标签、读写器和后台应用***三部分。其中标签包括:天线和芯片,每个芯片都含有唯一的识别码,保持有约定的电子数据;读写器包括:射频通道模块、控制处理模块和天线,是根据需要并使用相应协议进行读取和写入标签的信息的设备,它通过网络***进行通信,从而完成对标签信息的获取、解码、识别和数据管理;后台应用***包括:数据通信单元、计算单元、存储单元和控制单元,后台应用***是运行于硬件平台的数据库***,具有强大的计算和存储能力,主要完成对数据信息的存储和管理,并可以对标签进行读写的控制。
射频识别***中的安全,主要是针对射频识别***中信息传输的安全和隐私存储的防护两方面。现有的射频识别***中,由于标签、读写器和后台应用***之间缺少有效的双向的安全认证手段,使得攻击方很容易通过假冒的手段获取目标对象的数据信息。目前,国内外提出了多种安全解决方案,主要是通过设计安全的射频识别身份认证协议,保证射频识别各个通信实体身份的可信,来应对假冒攻击的威胁。但是,这些认证协议存在以下不足之处:不具备标签、读写器和后台应用***三者之间相互认证的功能;不能抵抗有效的攻击或者只能抵抗部分攻击;协议执行成本太高,不利于应用生产。目前,尚不存在一个安全、高效、实用的低成本射频识别安全认证协议,并且,这些安全解决方案中,只提供了单层次的安全防护措施,缺少对标签和读写器中隐私信息的安全性防护措施,不能同时保证隐私信息在传递过程中的真实性、机密性和完整性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种安全射频识别***,解决目前射频识别***身份假冒、信息欺骗和数据篡改的问题。
一种安全射频识别***,包括:天线A、芯片、天线B、射频通道模块、控制处理模块、数据通信单元、存储单元、计算单元和控制单元,还包括:验证单元A、完整性存储单元、读写单元、验证单元B、身份认证单元和完整性验证单元;其中,天线A和芯片和验证单元A组成标签;天线B、射频通道模块、控制处理模块、完整性存储单元、读写单元和验证单元B组成读写器;数据通信单元、存储单元、计算单元、控制单元、身份认证单元和完整性验证单元组成后台应用***。
标签中的天线A分别与芯片和验证单元A双向连接,芯片与验证单元A双向连接;读写器中的天线B、射频通道模块和控制处理模块顺次串联,控制处理模块分别与读写单元、验证单元B和完整性存储单元连接,验证单元B和完整性存储单元分别与数据通信单元连接;后台应用***中的数据通信单元分别与身份认证单元和完整性验证单元连接,身份认证单元和完整性验证单元分别与控制单元连接,控制单元分别与计算单元和存储单元连接,计算单元与存储单元双向连接。
射频识别***进行身份认证时,验证单元B经数据通信单元发送认证请求和随机数Rr给身份认证单元;身份认证单元收到Rr后,计算Mr=G(Rr+1),并生成随机数R1,通过数据通信单元返回认证信息Mr和后台应用***对读写器与标签的认证请求和随机数R1给验证单元B;验证单元B收到Mr和R1后,计算G(Rr+1),验证Mr=G(Rr+1)是否成立,完成对后台应用***的认证。认证通过后,验证单元B生成随机数R2,把代表读写器的认证请求与随机数R2和后台应用***对标签的认证请求与随机数R1信息的电流信号,依次经控制处理模块和射频通道模块,发送给天线B,天线B将电流信号转化为电磁波发送给天线A,天线A再将接收到的电磁波转换成电流信号发送给验证单元A;验证单元A收到请求与随机数R1和R2后,计算得到M1=F(R1+1)和M2=F(R2+1),同时生成随机数R3,把代表认证信息M1、M2和标签对读写器的认证请求与随机数R3的电流信号发送给天线A,天线A将电流信号转化为电磁波发送给天线B,天线B再将接收到的电磁波转换成电流信号,并依次经射频通道模块和控制处理模块,信号进入验证单元B;验证单元B收到标签的认证信息M1、M2和R3后,计算得到M1′=G(M1)和M3=F(R3+1),并运用之前生成的随机数R2,做F(R2+1)运算,与收到的信息M2做对比,验证M2=F(R2+1)是否成立,完成对标签的身份验证。认证通过后,验证单元B把代表认证信息M3的电流信号,依次经控制处理模块和射频通道模块,发送给天线B,天线B将电流信号转化为电磁波发送给天线A,天线A再将接收到的电磁波转换成电流信号回复给验证单元A,随后验证单元B把自己的认证信息M1′和标签的认证信息M1经数据通信单元一起转发给身份认证单元;身份认证单元收到认证信息M1和M1′后,计算F(R1+1)和G(F(R1+1)),分别验证M1=F(R1+1)和M1′=G(F(R1+1))是否成立,完成对标签和读写器的认证;验证单元A在收到M3后,计算得到F(R3+1),验证M3=F(R3+1)是否成立,完成读写器的身份认证;身份认证流程结束。
身份认证过程中,Mr为后台应用***回应给读写器的认证信息,M1为标签回应后台应用***的认证信息,M1′为读写器回应后台应用***的认证信息,M2为标签回应读写器的认证信息,M3为读写器回应标签的认证信息。
完整性验证过程中标签中的信息除标示字段外,均以密文形式存储,后台应用***存储标签的加密密钥Kt与校验和生成函数,后台应用***和读写器共享一个密钥Kr。完整性验证由后台应用***发起,后台应用***的完整性验证单元,经由数据通信单元发送信息完整性验证命令R给读写器的完整性存储单元;收到命令后,完整性存储单元把代表R的电流信号,依次经控制处理模块和射频通道模块,发送给天线B,天线B将电流信号转化为电磁波发送给天线A,天线A再将接收到的电磁波转换成电流信号,转发给芯片;芯片收到R后,把代表存储信息M的电流信号发送给天线A,天线A将电流信号转化为电磁波发送给天线B,天线B再将接收到的电磁波转换成电流信号,依次经射频通道模块和控制处理模块进入完整性存储单元;完整性存储单元收到M,收集自身的完整性信息用密钥Kr加密生成信息M′后,把M和M′经数据通信单元转发给完整性验证单元;完整性验证单元收到M和M′后,用Kr解密M′,得到读写器的完整性状态信息,并与***初始化时读写器的完整性信息进行对比,完成对读写器的完整性验证,由标示字段得到密钥Kt,用Kt解密M,得到标签的完整性信息,验证标签ID的合法性,并对M中的标示字段、标签ID、产品信息、保留字段前四项做校验和运算,得到这四项的校验和,与M中的第五项校验和数据作比对,完成对标签的完整性验证;完整性验证流程结束。
完整性验证过程中,R指后台应用***对标签和读写器的完整性验证请求,M为标签的完整性信息,M′为读写器的完整性信息。
本发明提供两个层次的安全防护:一是通过设计各个通信实体之间安全的双向身份认证协议,建立相互信任的射频识别网络连接,保证信息在传输过程中的真实性;二是建立连接之后,由后台应用***完成对标签和读写器信息完整性的安全验证,且在此过程中,信息都是以密文形式传输,保证传输信息的完整性和机密性。
附图说明
图1一种安全射频识别***的组成结构示意图。
1.标签 2.读写器 3.后台应用*** 4.天线A 5.芯片 6.验证单元A 7.天线B
8.射频通道模块 9.控制处理模块 10.完整性存储单元 11.读写单元 12.验证单元B
13.数据通信单元 14.存储单元 15.计算单元 16.控制单元 17.身份认证单元
18.完整性验证单元
具体实施方式
一种安全射频识别***,包括:天线A4、芯片5、天线B7、射频通道模块8、控制处理模块9、数据通信单元13、存储单元14、计算单元15和控制单元16,还包括:验证单元A6、完整性存储单元10、读写单元11、验证单元B12、身份认证单元17和完整性验证单元18;其中,天线A4和芯片5和验证单元A6组成标签1;天线B7、射频通道模块8、控制处理模块9、完整性存储单元10、读写单元11和验证单元B12组成读写器2;数据通信单元13、存储单元14、计算单元15、控制单元16、身份认证单元17和完整性验证单元18组成后台应用***3。
标签1中的天线A4分别与芯片5和验证单元A6双向连接,芯片5与验证单元A6双向连接;读写器2中的天线B7、射频通道模块8和控制处理模块9顺次串联,控制处理模块9分别与读写单元11、验证单元B12和完整性存储单元10连接,验证单元B12和完整性存储单元10分别与数据通信单元13连接;后台应用***3中的数据通信单元13分别与身份认证单元17和完整性验证单元18连接,身份认证单元17和完整性验证单元18分别与控制单元16连接,控制单元16分别与计算单元15和存储单元14连接,计算单元15与存储单元14双向连接。
标签1的芯片5存储的内容有:标示字段、标签ID、产品信息、保留字段与校验和。标示字段用于标示标签1所使用的密钥对应的编码信息;标签ID用于标示标签1的身份;产品信息用于标示物品的信息;保留字段用于存放标签的安全标示信息,安全标示信息包括标签1的安全等级;校验和字段存放当前标签1信息的CRC码。读写器2中的完整性存储单元10,实时地完成对读写器2的完整性度量,在对读写器2完整性状态进行验证时,把度量值发送给后台应用***3中的完整性验证单元18,完成对读写器2的完整性的验证。
***初始化时,后台应用***3、读写器2和标签1各有一个伪随机数生成函数,分别存储于后台应用***3的身份认证单元17,读写器2的验证单元B12和标签1的验证单元A6中,后台应用***3、读写器2和标签1共同保存有单向运算函数F,后台应用***3和读写器2共同保存有单向运算函数G。
射频识别***进行身份认证时,验证单元B12经数据通信单元13发送认证请求和随机数Rr给身份认证单元17;身份认证单元17收到Rr后,计算Mr=G(Rr+1),并生成随机数R1,通过数据通信单元13返回认证信息Mr和后台应用***3对读写器2与标签1的认证请求和随机数R1给验证单元B12;验证单元B12收到Mr和R1后,计算G(Rr+1),验证Mr=G(Rr+1)成立时,完成对后台应用***3的认证。认证通过后,验证单元B12生成随机数R2,把代表读写器2的认证请求与随机数R2和后台应用***3对标签1的认证请求与随机数R1信息的电流信号,依次经控制处理模块9和射频通道模块8,发送给天线B7,天线B7将电流信号转化为电磁波发送给天线A4,天线A4再将接收到的电磁波转换成电流信号发送给验证单元A6;验证单元A6收到请求与随机数R1和R2后,计算得到M1=F(R1+1)和M2=F(R2+1),同时生成随机数R3,把代表认证信息M1、M2和标签1对读写器2的认证请求与随机数R3的电流信号发送给天线A4,天线A4将电流信号转化为电磁波发送给天线B7,天线B7再将接收到的电磁波转换成电流信号,并依次经射频通道模块8和控制处理模块9把信号发回给验证单元B12;验证单元B12收到标签1的认证信息M1、M2和R3后,计算得到M1′=G(M1)和M3=F(R3+1),并运用之前生成的随机数R2,做F(R2+1)运算,与收到的信息M2做对比,验证M2=F(R2+1)是否成立,完成对标签1的身份验证,认证通过后,验证单元B12把代表认证信息M3的电流信号,依次经控制处理模块9和射频通道模块8,发送给天线B7,天线B7将电流信号转化为电磁波发送给天线A4,天线A4再将接收到的电磁波转换成电流信号回复给验证单元A6,随后验证单元B6把自己的认证信息M1′和标签1的认证信息M1经数据通信单元13一起转发给身份认证单元17;身份认证单元17收到认证信息M1和M1′后,计算F(R1+1)、G(F(R1+1)),分别验证M1=F(R1+1)和M1′=G(F(R1+1))是否成立,完成对标签1和读写器2的认证;验证单元A6在收到M3后,计算得到F(R3+1),验证M3=F(R3+1)是否成立,完成读写器2的身份认证;身份认证流程结束。身份认证过程中,Mr为后台应用***3回应给读写器2的认证信息,M1为标签1回应后台应用***3的认证信息,M1′为读写器2回应后台应用***3的认证信息,M2为标签1回应读写器2的认证信息,M3为读写器2回应标签1的认证信息。
完整性验证过程中标签1中的信息除标示字段外,均以密文形式存储,后台应用***3存储标签1的加密密钥Kt与校验和生成函数,后台应用***3和读写器2共享一个密钥Kr。完整性验证由后台应用***3发起,后台应用***3的完整性验证单元18,经由数据通信单元13发送信息完整性验证命令R给读写器2的完整性存储单元10;收到命令后,完整性存储单元10把代表R的电流信号,依次经控制处理模块9和射频通道模块8,发送给天线B7,天线B7将电流信号转化为电磁波发送给天线A4,天线A4再将接收到的电磁波转换成电流信号,转发给芯片5;芯片5收到R后,把代表存储信息M的电流信号发送给天线A4,天线A4将电流信号转化为电磁波发送给天线B7,天线B7再将接收到的电磁波转换成电流信号,依次经射频通道模块8和控制处理模块9发给完整性存储单元10;完整性存储单元10收到M,收集自身的完整性信息用密钥Kr加密生成信息M′后,把M和M′经数据通信单元13转发给完整性验证单元18;完整性验证单元18收到M和M′后,用Kr解密M′,得到读写器2的完整性状态信息,并与***初始化时读写器2的完整性信息进行对比,完成对读写器2的完整性验证,由标示字段得到密钥Kt,用Kt解密M,得到标签1的完整性信息,验证标签ID的合法性,并对M中的标示字段、标签ID、产品信息、保留字段前四项做校验和运算,得到这四项的校验和,与M中的第五项校验和数据作比对,完成对标签1的完整性验证;完整性验证流程结束。完整性验证过程中,R指后台应用***3对标签1和读写器2的完整性验证请求,M,M′分别指标签1,读写器2的完整性信息。以上所有流程结束之后,射频识别***的一次安全作业过程结束。
Claims (1)
1.一种安全射频识别***,包括:天线A(4)、芯片(5)、天线B(7)、射频通道模块(8)、控制处理模块(9)、数据通信单元(13)、存储单元(14)、计算单元(15)和控制单元(16),其特征在于还包括:验证单元A(6)、完整性存储单元(10)、读写单元(11)、验证单元B(12)、身份认证单元(17)和完整性验证单元(18);其中,天线A(4)和芯片(5)和验证单元A(6)组成标签(1);天线B(7)、射频通道模块(8)、控制处理模块(9)、完整性存储单元(10)、读写单元(11)和验证单元B(12)组成读写器(2);数据通信单元(13)、存储单元(14)、计算单元(15)、控制单元(16)、身份认证单元(17)和完整性验证单元(18)组成后台应用***(3);
标签(1)中的天线A(4)分别与芯片(5)和验证单元A(6)双向连接,芯片(5)与验证单元A(6)双向连接;读写器(2)中的天线B(7)、射频通道模块(8)和控制处理模块(9)顺次串联,控制处理模块(9)分别与读写单元(11)、验证单元B(12)和完整性存储单元(10)连接,验证单元B(12)和完整性存储单元(10)分别与数据通信单元(13)连接;后台应用***(3)中的数据通信单元(13)分别与身份认证单元(17)和完整性验证单元(18)连接,身份认证单元(17)和完整性验证单元(18)分别与控制单元(16)连接,控制单元(16)分别与计算单元(15)和存储单元(14)连接,计算单元(15)与存储单元(14)双向连接;
射频识别***进行身份认证时,验证单元B(12)经数据通信单元(13)发送认证请求和随机数Rr给身份认证单元;身份认证单元(17)收到Rr后,计算Mr=G(Rr+1),并生成随机数R1,通过数据通信单元(13)返回认证信息Mr和后台应用***(3)对读写器(2)与标签(1)的认证请求和随机数R1给验证单元B(12);验证单元B(12)收到Mr和R1后,计算G(Rr+1),验证Mr=G(Rr+1)成立后,完成对后台应用***(3)的认证;认证通过后,验证单元B(12)生成随机数R2,把代表读写器(2)的认证请求与随机数R2和后台应用***(3)对标签(1)的认证请求与随机数R1信息的电流信号,依次经控制处理模块(9)和射频通道模块(8),发送给天线B(7),天线B(7)将电流信号转化为电磁波发送给天线A(4),天线A(4)再将接收到的电磁波转换成电流信号发送给验证单元A(6);验证单元A(6)收到请求与随机数R1和R2后,计算得到M1=F(R1+1)和M2=F(R2+1),同时生成随机数R3,把代表认证信息M1、M2和标签对读写器(2)的认证请求与随机数R3的电流信号发送给天线A(4),天线A(4)将电流信号转化为电磁波发送给天线B(7),天线B(7)再将接收到的电磁波转换成电流信号,并依次经射频通道模块(8)和控制处理模块(9),信号进入验证单元B(12);验证单元B(12)收到标签(1)的认证信息M1、M2和R3后,计算得到M1′=G(M1)和M3=F(R3+1),并运用之前生成的随机数R2,做F(R2+1)运算,与收到的信息M2做对比,验证M2=F(R2+1)是否成立,完成对标签(1)的身份验证;认证通过后,验证单元B(12)把代表认证信息M3的电流信号,依次经控制处理模块(9)和射频通道模块(8),发送给天线B(7),天线B(7)将电流信号转化为电磁波发送给天线A(4),天线A(4)再将接收到的电磁波转换成电流信号回复给验证单元A(6),随后验证单元B(12)把自己的认证信息M1′和标签(1)的认证信息M1经数据通信单元(13)一起转发给身份认证单元(17);身份认证单元(17)收到认证信息M1和M1′后,计算F(R1+1)和G(F(R1+1)),分别验证M1=F(R1+1)和M1′=G(F(R1+1))成立时,完成对标签(1)和读写器(2)的认证;验证单元A(6)在收到M3后,计算得到F(R3+1),验证M3=F(R3+1)成立时,完成读写器(1)的身份认证;身份认证流程结束;
身份认证过程中,Mr为后台应用***(3)回应给读写器(2)的认证信息,M1为标签(1)回应后台应用***(3)的认证信息,M1’为读写器(2)回应后台应用***(3)的认证信息,M2为标签(1)回应读写器(2)的认证信息,M3为读写器(2)回应标签(1)的认证信息,F和G为单向函数;
完整性验证过程中标签(1)中的信息除标示字段外,均以密文形式存储,后台应用***(3)存储标签的加密密钥Kt与校验和生成函数,后台应用***(3)和读写器(2)共享一个密钥Kr;完整性验证由后台应用***(3)发起,后台应用***(3)的完整性验证单元(10),经由数据通信单元(13)发送信息完整性验证命令R给读写器(2)的完整性存储单元(10);收到命令后,完整性存储单元(10)把代表R的电流信号,依次经控制处理模块(9)和射频通道模块(8),发送给天线B(7),天线B(7)将电流信号转化为电磁波发送给天线A(4),天线A(4)再将接收到的电磁波转换成电流信号,转发给芯片(5);芯片(5)收到R后,把代表存储信息M的电流信号发送给天线A(4),天线A(4)将电流信号转化为电磁波发送给天线B(7),天线B(7)再将接收到的电磁波转换成电流信号,依次经射频通道模块(8)和控制处理模块(9)进入完整性存储单元(10);完整性存储单元(10)收到M,收集自身的完整性信息用密钥Kr加密生成信息M′后,把M和M′经数据通信单元(13)转发给完整性验证单元(18);完整性验证单元(18)收到M和M′后,用Kr解密M′,得到读写器(2)的完整性状态信息,并与***初始化时读写器(2)的完整性信息进行对比,完成对读写器(2)的完整性验证,由标示字段得到密钥Kt,用Kt解密M,得到标签(1)的完整性信息,验证标签(1)ID的合法性,并对M中的标示字段、标签ID、产品信息、保留字段前四项做校验和运算,得到这四项的校验和,与M中的第五项校验和数据作比对,完成对标签(1)的完整性验证;完整性验证流程结束;
完整性验证过程中,R指后台应用***(3)对标签(1)和读写器(2)的完整性验证请求,M为标签(1)的完整性信息,M′为读写器(2)的完整性信息。
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Legal Events
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C06 | Publication | ||
PB01 | Publication | ||
C10 | Entry into substantive examination | ||
SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
C14 | Grant of patent or utility model | ||
GR01 | Patent grant | ||
CF01 | Termination of patent right due to non-payment of annual fee | ||
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Granted publication date: 20120919 Termination date: 20191105 |