CN102073838B - 一种利用rfid电磁信号差异性的防伪方法和*** - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种利用RFID电磁信号差异性的防伪方法及***，其方法包括以下步骤：向待识别的RFID射频标签发送指令，并接收该RFID射频标签反馈的信号；对接收的信号进行电磁信号物理特征识别，得到识别特征；将比对参数与数据库中的记录进行模式识别，判断该RFID的真伪。本发明利用RFID电磁信号差异性的防伪方法和***，利用RFID射频标签中物质本身的特性，即不同RFID天线模块以及IC芯片的物理特性不同，即便是两个性能完全相同的RFID射频标签也存在着电磁信号之物理特性上的差异，通过测量这个差异并区分不同RFID射频标签，保证了RFID射频标签的不可复制性。

Description

一种利用RFID电磁信号差异性的防伪方法和***

技术领域

本发明涉及一种RFID射频标签的防伪方法和***，尤其涉及的是一种利用RFID射频标签电磁信号差异性实现的防伪方法和***。

背景技术

RFID（无线射频识别技术，即Radio Frequency Identification，简称RFID）射频标签是指由IC芯片和无线通信天线模块组成的微型标签（射频标签，即Radio Frequency Tag，简称RF TAG）。RFID射频标签的能量供应分为有源、半有源和无源三种模式，本发明说明书中所称的RFID射频标签都包括有源、半有源和无源的RFID射频标签。

RFID射频标签是由IC芯片和无线通信天线模块组成的，无线通信天线模块主要是完成电磁能量的转换，将电磁能量转换为电能（接收数据）以及将电能转换为电磁能（发送数据），而IC芯片主要完成对信号的调制解调以及对数据进行处理。

现有技术中，由于RFID的使用范围越来越广泛，在一些重要的使用场合，例如涉及金融和经济领域，RFID可能存储有用户的重要身份识别数据和财产数据，RFID的防伪就需要做到更高的要求。

现有的防伪技术无法解决RFID被克隆仿制的问题，例如厂商A对其RFID射频标签上所采用的防伪技术，其它厂商（包括厂商A）可以对任何一枚RFID射频标签进行这种防伪技术的复制，从而难以做到真正的防伪。现有技术的这些防伪技术基本上是基于材料的特殊或工艺的特殊，通过对该种技术的控制来达到防伪目的。但随着科学技术的发展，任何一种材料或技术其他人是可以再现和模仿的，因此，其防伪的效果很难达到要求。

例如现有技术中，RFID标签防伪主要是使用各种加密芯片，加密芯片使得RFID的成本增加很多，并且加密算法从根本上说并不能实现防伪，只能有限的保证数据安全，在加密芯片生产商密钥泄漏或者加密算法被攻破、或者仿冒者完全克隆存储区等方法时都会导致RFID芯片被克隆。

因此，现有技术还有待于改进和发展。

发明内容

本发明的目的在于提供一种利用RFID电磁信号差异性的防伪方法和***，基于RFID天线本身的电磁信号特性识别RFID，以使他人无法克隆复制，利用物质特征防伪能够在提升安全性的同时降低RFID的成本。

本发明的技术方案如下：

一种利用RFID电磁信号差异性的防伪方法，其包括以下步骤：

A、向待识别的RFID射频标签发送指令，并接收该RFID射频标签反馈的信号；

B、对接收的信号进行电磁信号物理特征识别，得到识别特征；

C、对识别特征进行模式识别，判断该RFID的真伪。

所述步骤B还包括：

B11、对接收的信号进行时域信号提取；

B12、对提取后的时域信号进行傅里叶变换，以获取频谱特征。

所述的防伪方法，其中，所述步骤B还包括：

B21、对接收的信号进行时域信号提取；

B22、对时域信号进行循环谱方式处理，得到该RFID射频标签的循环谱零切片特征。

所述的防伪方法，其中，所述步骤B还包括：

B31、对接收的信号进行时域信号提取；

B32、对该时域信号进行模糊函数核函数方式处理，得到该RFID射频标签的模糊函数核函数零切片特征。

所述的防伪方法，其中，所述时域信号包括：辐射源载频和通信信号的瞬时包络、瞬时频率、瞬时相位中的一项或多项。

所述的防伪方法，其中，所述步骤C还包括：所述模式识别的过程还包括利用模式识别算法进行，所述模式识别算法包括采用SVM分类器、神经网络、聚类或隐马尔科夫模型等算法实现。

一种利用RFID电磁信号差异性实现防伪的***，其中，包括：

一预先设置的特征数据库，用于存储识别特征；

一RFID读卡器单元，用于对待识别的RFID射频标签进行指令发送，并接收该RFID射频标签反馈的信号；

一电磁信号物理特征识别模块，用于对反馈的信号进行处理，获取识别特征；

所述处理是对接收的信号进行时域信号提取；

对提取后的时域信号进行傅里叶变换，以获取频谱特征；

还包括对时域信号进行循环谱方式处理，得到该RFID射频标签的循环谱零切片特征；

还包括对该时域信号进行模糊函数核函数方式处理，得到该RFID射频标签的模糊函数核函数零切片特征；

一模式识别模块，用于将所获取的识别特征通过模式识别后与所述特征数据库的存储数据进行比对，并判断该RFID的真伪。

本发明所提供的一种利用RFID电磁信号差异性的防伪方法和***，与现有技术相比，本发明方案不需要基于特殊的材料或工艺进行控制来达到防伪目的，而是利用RFID射频标签中物质本身的特性，即不同RFID天线模块以及IC芯片的物理特性不同，即便是两个性能完全相同的RFID射频标签（即便同一批次同一型号），在其反馈信号中，从微观上看它们之间也存在着电磁信号之物理特性上的差异，通过测量这个差异并区分不同RFID射频标签，保证了RFID射频标签的不可复制性。

附图说明

图1为本发明利用RFID电磁信号差异性的防伪方法流程示意图。

图2为本发明利用RFID电磁信号差异性实现防伪的***构成框图。

图3为本发明利用RFID电磁信号差异性的防伪方法较佳实施例的频谱特征示意图。

图4为本发明利用RFID电磁信号差异性的防伪方法另一较佳实施例的循环谱零切片特征示意图。

图5为本发明利用RFID电磁信号差异性的防伪方法再一实施例的模糊函数核函数零切片特征示意图。

具体实施方式

以下对本发明的较佳实施例加以详细说明。

本发明利用RFID电磁信号差异性的防伪方法和***，利用了RFID射频标签个体物理的差异导致的电磁信号差异性，通过分析其电磁信号差异并提取其信号的个体特征，唯一识别个体RFID射频标签。由于RFID射频标签中具有IC芯片和无线通信天线模块，用来实现RFID的应用数据运算和处理，在该RFID射频标签与RFID读卡器之间进行数据处理时，RFID读卡器需要按照标准的信号要求发送指令，由RFID射频标签进行反馈信号，反馈的信号由RFID读卡器识别读取。

但是，由于不同的RFID射频标签由不同的IC芯片和无线通信天线模块构成，其物理特性决定了即使反馈相同的数字信号，仍然会具有不同的电磁性信号（模拟信号）特性，例如同样是1和0的高低电平，在时域特点上，例如维持高电平和低电平的时长，在微观角度上仍然是具有自己独特特点的，且这种特点唯一，也不能被复制。本发明正是利用RFID射频标签正常反馈信号中具有的中独特的指纹性特点进行防伪。

本发明防伪***可以设置在现有的RFID读卡器***上，也可以独立设置为RFID防伪和识别***。在理论上，由于不同的RFID射频标签其物理器件存在一定的差异，即使同一厂家生产的同一批次的RFID射频标签，也会因为IC芯片和天线的物理特性存在一定差异，这将导致不同的RFID射频标签在完全正常的无线电反馈信号中也存在一定差别。本发明方法和***就是利用RFID射频标签的这一特性，向待测量的RFID射频标签发送正常的指令，测量RFID射频标签的无线电反馈信号，并对该无线电信号中包含的细微且唯一的电磁信号特征进行辨识，以达到唯一识别RFID射频标签的目的。

RFID射频标签无线电信号的唯一特征可以称为RFID射频标签信号的“指纹”。从本质上说，RFID射频标签信号的“指纹”是一个在无限区域上的一维图形（波形）上重复出现的变化规律信息，这种信息是通过通信信号进行承载和表达的。通过通信信号处理技术，可以发现通信信号上所承载的通信辐射源稳定的硬件特征信息。深入挖掘该通信反馈信号内部的精细结构，对信号承载的隐含信息进行分析，就可以提取通信信号中反映RFID射频标签硬件特征的参数，并用来唯一标识特定RFID射频标签。

RFID射频标签通信反馈信号中的常规特征主要包括辐射源载频和通信信号的瞬时包络、瞬时频率、瞬时相位等时域特征。从某种意义上，RFID射频标签通信信号常规特征的准确估计结果可以考虑作为通信辐射源个体的辨识依据。除上述通信信号的常规特征外，辐射源的细微特征更多地表现为不规则的非平稳、非线性和非高斯性，因而高阶统计量方法，特别是高阶谱方法在通信信号的细微特征分析中有独特的优势。

本发明利用RFID电磁信号差异性的防伪方法，如图1所示，其包括以下步骤：首先，由RFID读卡器向待识别的RFID射频标签发送指令，并接收该RFID射频标签反馈的通信信号；其次，对接收的信号进行电磁信号物理特征识别，得到识别特征；该电磁信号物理特征的识别是指对通信信号中的频谱特征进行识别，除了信号本身对指令的承载之外，通过对指定的指令进行反馈时，在对该特定指令的正常反馈信号中所具有的电磁性物理特征进行识别，从而识别该RFID射频标签是否是之前所预先识别并存储在防伪数据库中的同一射频标签数据。最后，再对识别特征信号进行模式识别，即可判断该RFID射频标签的真伪，如果识别特征相一致，则可确定该RFID射频标签为真，否则为假。该判断结果可以通过显示或声光报警方式提示。

本发明利用RFID电磁信号差异性实现防伪的***，如图2所示的，其包括：一预先设置的特征数据库110，将同样采用本发明上述处理方法获取的识别特征数据进行存储；同时设置一硬件的RFID读卡器单元，用于对待识别的RFID射频标签进行指令发送，该指令可以预先确定符合通信规则要求的某个指令，以便所述RFID射频标签能够接受并正常反应，例如读取数据的指令，然后由该RFID读卡器接收该RFID射频标签反馈的信号；一电磁信号物理特征识别模块，用于对反馈的信号进行处理，获取识别特征，该处理过程是将接收到的电磁信号进行各种变换，例如去噪，放大，解析，等等，将跟其物理特性有关的信号特征进行放大提取，形成典型区别特征；以及一模式识别模块，对上述获取的识别特征进行模式识别后，与预先在特征数据库中存储的特征数据进行比对，此比对并非简单的比对具体数据是否完全一致，而是通过模式识别后判断关键的特征是否一致，在达到一定的拟合程度后判断是否一致，由此判断该RFID的真伪。因此，所述特征数据库中存储的特征数据实际上也是通过本发明上述处理方法所获取并预先保存的，以便用来在后续识别和防伪时使用。

在通信信号处理中，频谱特征是基本特征，对时域信号进行傅里叶变换后，可以得到不同标签的频谱特征如图3所示。对所有的RFID射频标签的频谱特征进行处理，使用各种模式识别算法，比如SVM分类器（Support Vector Machine）、神经网络、聚类或隐马尔科夫模型等都可以进行特征识别。

同样的时域信号也可以使用循环谱的方式来处理，得到RFID射频标签的循环谱零切片特征，如图4所示，对所有的RFID射频标签的循环谱零切片特征（CS零切片）进行处理，使用各种模式识别算法（比如SVM分类器、神经网络、聚类或隐马尔科夫模型等都）可以进行特征识别。

同样的时域信号也可以使用模糊函数核函数的方式来处理，得到RFID射频标签的模糊函数核函数零切片（AF零切片）特征，如图5所示，当然切片量可以变化选择，也可以多次切片；对所有的RFID射频标签的模糊函数核函数零切片特征（AF零切片）或多切片进行处理，使用各种模式识别算法（比如SVM分类器、神经网络、聚类或隐马尔科夫模型等都）可以进行特征识别。

通过一些初步数据，本发明得到一些简单的未经优化的识别数据，如下表为识别的概率：

横向首行是模式识别算法初始所采用学习数据的比例，例如可以用20个采样点数据，该百分比是指20个采样点中的比例；竖列第一列为针对某段RFID反馈信号的采样点，括号内为采样间隔；针对每一种模式识别算法，在其所在行上示出了不同学习数据下的识别真伪准确率，须注意的是，学习数据少和采用数据少时，计算量就少，相应准确度就低，在准确率达到一定程度，例如95%以上，就已经达到了实用的水准。当然，有些模式识别算法的计算量过大，在采样点分别很密，采样点过多的情况下，其计算量可能超过实用的计算能力和计算时间而放弃，如下表中后面几行中的CS零切片或AF零切片。

当然，本发明还可以增加SVM分类器的训练次数，以提高识别率，也可以通过多种特征的联合运算提高识别率。

总的说来，本发明方法及***中由于每一枚RFID射频标签在物理特征上都有细微的差别，通过对RFID射频标签在正常信号反馈时所携带的“指纹”信息提取（由预先确定的指令对应的反馈信号，以及，RFID射频标签的IC芯片及天线模块物理特性所决定的细节频谱特征），可以分辨出不同的RFID射频标签。而上面提到的频谱特征、CS零切片、AF零切片只是一些较简单算法设计，可能设计出多算法融合的特征，并设计出更快速高效的分类器，而不局限与以上提到的这些数据处理方法。

应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用RFID电磁信号差异性的防伪方法，其包括以下步骤：

A、向待识别的RFID射频标签发送指令，并接收该RFID射频标签反馈的信号；

B、对接收的信号进行电磁信号物理特征识别，得到识别特征；

C、对识别特征进行模式识别，判断该RFID的真伪；

所述步骤B还包括：

B11、对接收的信号进行时域信号提取；

B12、对提取后的时域信号进行傅里叶变换，以获取频谱特征。

2.根据权利要求1所述的防伪方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

B21、对接收的信号进行时域信号提取；

B22、对时域信号进行循环谱方式处理，得到该RFID射频标签的循环谱零切片特征。

3.根据权利要求1所述的防伪方法，其特征在于，所述步骤B还包括：

B31、对接收的信号进行时域信号提取；

B32、对该时域信号进行模糊函数核函数方式处理，得到该RFID射频标签的模糊函数核函数零切片特征。

4.根据权利要求1至3任一所述的防伪方法，其特征在于，所述时域信号包括：辐射源载频和通信信号的瞬时包络、瞬时频率、瞬时相位中的一项或多项。

5.根据权利要求1至3任一所述的防伪方法，其特征在于，所述步骤C还包括：所述模式识别的过程还包括利用模式识别算法进行，所述模式识别算法包括采用SVM分类器、神经网络、聚类或隐马尔科夫模型方法实现。

6.一种利用RFID电磁信号差异性实现防伪的***，其特征在于，包括：

一预先设置的特征数据库，用于存储识别特征；

一RFID读卡器单元，用于对待识别的RFID射频标签进行指令发送，并接收该RFID射频标签反馈的信号；

一电磁信号物理特征识别模块，用于对反馈的信号进行处理，获取识别特征；

所述处理是对接收的信号进行时域信号提取；

对提取后的时域信号进行傅里叶变换，以获取频谱特征；

还包括对时域信号进行循环谱方式处理，得到该RFID射频标签的循环谱零切片特征；

还包括对该时域信号进行模糊函数核函数方式处理，得到该RFID射频标签的模糊函数核函数零切片特征；

一模式识别模块，用于将所获取的识别特征通过模式识别后与所述特征数据库的存储数据进行比对，并判断该RFID的真伪。

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