CN108055229B - 一种超轻量级的rfid认证方法 - Google Patents

一种超轻量级的rfid认证方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种超轻量级的RFID认证方法，包含于以下步骤：读写器生成随机数r1、r2，计算M1、M2、M3，向标签发送认证请求命令及M1、M2、M3；标签根据M1、M2、M3验证读写器的真伪，为真，进行后续步骤；否则，协议终止；标签生成随机数r3，在计算M4、M5、M6，并向读写器发送M4、M5、M6；读写器根据M4、M5、M6验证标签的真伪，为真，进行后续步骤，否则，协议终止；读写器计算M7，在更新信息，向标签发送M7；标签根据M7验证读写器的真伪，为真，进行后续步骤否则，协议终止。

Description

一种超轻量级的RFID认证方法
技术领域
本发明涉及射频识别技术领域，特别涉及一种RFID***中标签与读写器之间双向认证的方法。
背景技术
当今，无处不在的信息和通信技术已经越来越被人们广泛的接收和喜爱，射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)就是无处不在的信息载体的典型代表。RFID技术是20世纪90年代末兴起的一种非接触式自动识别技术，凭借其特有的优势，已在供应链管理、身份识别、交通运输、军事物流等诸多领域中得到广泛应用。
RFID技术在广泛应用的同时，因其安全问题的因素，致使应用前景有一定程度的受限。由于RFID***中，标签的计算能力、存储空间、电源供给等诸多因素的限制，如何设计出安全、低成本、高效的RFID认证协议仍是一个具有挑战性的课题。
发明内容
本发明提出了一种超轻量级的RFID认证方法，通过此方法解决了RFID***中标签及读写器之间相互认证的问题。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案分为以下七个步骤：
(1)读写器生成随机数r1、r2，在计算M1、M2、M3，向标签发送认证请求命令及M1、M2、M3。
(2)标签根据M1、M2、M3验证读写器的真伪，为真，进行步骤(3)；否则，协议终止。
(3)标签生成随机数r3，在计算M4、M5、M6，并向读写器发送M4、M5、M6。
(4)读写器根据M4、M5、M6验证标签的真伪，为真，进行步骤(5)；否则，协议终止。
(5)读写器计算M7，在更新信息，向标签发送M7。
(6)标签根据M7验证读写器的真伪，为真，进行步骤(7)；否则，协议终止。
(7)标签更新信息，到此读写器、标签之间双向认证顺利结束。
在步骤(1)中，读写器生成随机数r1、r2，在计算M1、M2、M3，向标签发送认证请求命令及M1、M2、M3。
在步骤(2)中，标签根据M1、M2、M3验证读写器的真伪，为真，进行步骤
(3)；否则，协议终止。
在步骤(3)中，标签生成随机数r3，在计算M4、M5、M6，并向读写器发送M4、M5、M6。
在步骤(4)中，读写器根据M4、M5、M6验证标签的真伪，为真，进行步骤
(5)；否则，协议终止。
在步骤(5)中，读写器计算M7，在更新信息，向标签发送M7。
在步骤(6)中，标签根据M7验证读写器的真伪，为真，进行步骤(7)；否则，协议终止。
在步骤(7)中，标签更新信息，到此读写器、标签之间双向认证顺利结束。
附图说明
图1RFID***认证流程图
具体实施方式
下面结合实施例及附图对本发明作进一步详细的描述，但本发明的实施方式不限于此。
对协议中出现的符号进行如下说明：
R：读写器；
T：标签；
ID：标签T的标识符；
IDS：标签T的假名；
K：本轮认证的共享密钥；
Kold：上轮认证的共享密钥；
r1：读写器产生的随机数；
r2：读写器产生的随机数；
r3：标签产生的随机数；
r3_L：标签产生的随机数左半部分；
r3_R：标签产生的随机数右半部分；
Figure BDA0001429975910000021
异或运算；
&：与运算；
<<<：左移运算；
M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7：通信消息。
为了使算法具有一定的使用价值，规定该算法可以在如下场景中使用以及作出以下假设：假设标签及读写器之间共享的K、IDS、ID是安全可靠的，且攻击者事先不知晓该信息；假设标签与读写器之间的通信信道是不安全的，假设读写器与后台数据库之间的通信信道是安全的。RFID***认证算法具体过程如图1所示：
对图1中出现的符号M1，M2，M3，M4，M5，M6，M7的说明：
M1＝MIXBITS(r1,r2)；
Figure BDA0001429975910000022
Figure BDA0001429975910000023
Figure BDA0001429975910000024
Figure BDA0001429975910000025
Figure BDA0001429975910000026
Figure BDA0001429975910000027
Figure BDA0001429975910000028
Figure BDA0001429975910000029
整个RFID***认证算法步骤描述如下：
(1)读写器首先产生两个随机数，一个记为r1、另一个记为r2；接着读写器用自身生成的r1、r2来计算M1，用自身生成的r1、自身存放的ID来计算M2，用自身存放的K、自身生成的r2来计算M3；然后将认证请求命令Hello及M1、M2、M3传送给标签。
其中M1＝MIXBITS(r1,r2)，
Figure BDA00014299759100000210
(2)标签在接收到读写器发送来的信息后，首先用自身存放的ID、接收到的M2计算得到r1`，用自身存放的K、接收到的M3计算得到r2`；然后用计算得到的r1`、r2`来计算M1`；接着比对计算得到的M1`与接收到的M1的值。
若两者值相等，说明读写器为真，进行步骤3，同时表明计算得到的r1`与r1相同、计算得到的r2`与r2相同。若两者值不相等，说明读写器是伪造的，协议终止，同时表明计算得到的r1`与r1不相同、计算得到的r2`与r2不相同。
其中
Figure BDA0001429975910000031
M1`＝MIXBITS(r1`,r2`)。
(3)标签生成一个随机数，记为r3，且该随机数的左半部分记为r3_L、该随机数的右半部分记为r3_R；标签用自身存放的IDS、自身生成的r3_L来计算M4，用自身存放的K、自身生成的r3_R来计算M5，用计算得到的r1及r2、自身生成的r3来计算M6；并向标签发送M4、M5、M6。
其中
Figure BDA0001429975910000032
(4)读写器在接收到标签发送来的信息后，首先用自身存放的IDS或IDSold、接收到的M4计算得到r3_L`，用自身存放的K或Kold、接收到的M5来计算r3_R`，将计算得到的r3_L`与r3_R`做连接运算，即可得到r3`，用计算得到的r3`、自身生成的r1及r2来计算M6`；接着比对计算得到的M6`与接收到的M6的值。
若两者值相等，说明标签为真，进行步骤5，同时表明计算得到的r3_R`与r3_R相同，计算得到的r3_L`与r3_L相同。若两者值不相等，说明标签是伪造的，协议终止。
其中
Figure BDA0001429975910000033
r3`＝r3_L`||r3_R`，
Figure BDA0001429975910000034
Figure BDA0001429975910000035
(5)读写器用自身存放的ID、计算得到的r3、自身生成的r1来计算M7；然后更新信息IDSold＝IDS、IDS＝IDSnew、Kold＝K、K＝Knew；最后将M7发送给标签。
其中
Figure BDA0001429975910000036
Figure BDA0001429975910000037
(6)标签在接收到读写器发送来的信息后，首先标签用自身存放的ID、自身生成的r3、计算得到的r1`来计算M7`；然后比对计算得到的M7`与接收到的M7的值。
若两者的值相等，说明读写器为真，标签验证读写器通过，进行步骤7。若两者的值不相等，协议终止。
其中
Figure BDA0001429975910000038
(7)标签开始更新信息IDS＝IDSnew、K＝Knew；到此读写器、标签之间双向认证顺利结束。
其中
Figure BDA0001429975910000039
Figure BDA00014299759100000310

Claims (8)

1.一种超轻量级的RFID认证方法，其特征包含于以下步骤：
(1)读写器生成随机数r1、r2，计算M1、M2、M3，向标签发送认证请求命令Hello及M1、M2、M3；
(2)标签根据M1、M2、M3验证读写器的真伪，为真，进行步骤(3)；否则，协议终止；
(3)标签生成随机数r3，再计算M4、M5、M6，并向读写器发送M4、M5、M6；
(4)读写器根据M4、M5、M6验证标签的真伪，为真，进行步骤(5)；否则，协议终止；
(5)读写器计算M7，再更新信息，向标签发送M7；
(6)标签根据M7验证读写器的真伪，为真，进行步骤(7)；否则，协议终止；
(7)标签更新信息，到此读写器、标签之间双向认证顺利结束；
其中，M1＝MIXBITS(r1,r2)；
M2＝r1⊕ID；
M3＝r2⊕K；
M4＝r3_L⊕IDS；
M5＝r3_R⊕K；
M6＝(r1<<<8)&(r2<<<1)⊕(r3<<<2)；
M7＝(ID<<<8)&(r3<<<1)⊕(r1<<<2)；
Knew＝(r1<<<8)&(r2<<<1)⊕(r3<<<2)；
IDSnew＝(IDS<<<8)&(ID<<<1)⊕((r1⊕r2⊕r3)<<<2)；
K：本轮认证的共享密钥；
Knew：次轮认证的共享密钥；
IDS：本轮认证的标签T的假名；
IDSnew：次轮认证的标签T的假名；
r1：读写器产生的随机数1；
r2：读写器产生的随机数2；
r3：标签产生的随机数；
r3_L：标签产生的随机数左半部分；
r3_R：标签产生的随机数右半部分；
<<<：左移运算；
M1,M2,M3,M4,M5,M6,M7：通信消息；
ID：标签的标识符。
2.根据权利要求1所述的一种超轻量级的RFID认证方法，其特征在于：读写器首先产生两个随机数，一个记为r1、另一个记为r2；接着读写器用自身生成的r1、r2来计算M1，用自身生成的r1、自身存放的ID来计算M2，用自身存放的K、自身生成的r2来计算M3；然后将认证请求命令Hello及M1、M2、M3传送给标签。
3.根据权利要求2所述的一种超轻量级的RFID认证方法，其特征在于：标签在接收到读写器发送来的信息后，首先用自身存放的ID、接收到的M2计算得到r1`，用自身存放的K、接收到的M3计算得到r2`；然后用计算得到的r1`、r2`来计算M1`；接着比对计算得到的M1`与接收到的M1的值；
若两者值相等，说明读写器为真，进行步骤(3)，同时表明计算得到的r1`与r1相同、计算得到的r2`与r2相同；若两者值不相等，说明读写器是伪造的，协议终止，同时表明计算得到的r1`与r1不相同、计算得到的r2`与r2不相同；
其中r1`＝M2⊕ID，r2`＝M3⊕K，M1`＝MIXBITS(r1`,r2`)。
4.根据权利要求3所述的一种超轻量级的RFID认证方法，其特征在于：标签生成一个随机数，记为r3，且该随机数的左半部分记为r3_L、该随机数的右半部分记为r3_R；标签用自身存放的IDS、自身生成的r3_L来计算M4，用自身存放的K、自身生成的r3_R来计算M5，用计算得到的r1及r2、自身生成的r3来计算M6；并向读写器发送M4、M5、M6。
5.根据权利要求4所述的一种超轻量级的RFID认证方法，其特征在于：读写器在接收到标签发送来的信息后，首先用自身存放的IDS或IDSold、接收到的M4计算得到r3_L`，用自身存放的K或Kold、接收到的M5来计算r3_R`，将计算得到的r3_L`与r3_R`做连接运算，即可得到r3`，用计算得到的r3`、自身生成的r1及r2来计算M6`；接着比对计算得到的M6`与接收到的M6的值；
若两者值相等，说明标签为真，进行步骤(5)，同时表明计算得到的r3_R`与r3_R相同，计算得到的r3_L`与r3_L相同；若两者值不相等，说明标签是伪造的，协议终止；
其中r3_R`＝M5⊕K，r3_L`＝M4⊕IDS，r3`＝r3_L`||r3_R`，M6`＝(r1<<<8)&(r2<<<1)⊕(r3`<<<2)；
Kold：上轮认证的共享密钥；
IDSold：上轮认证的标签T的假名。
6.根据权利要求5所述的一种超轻量级的RFID认证方法，其特征在于：读写器用自身存放的ID、计算得到的r3、自身生成的r1来计算M7；然后更新信息IDSold＝IDS、IDS＝IDSnew、Kold＝K、K＝Knew；最后将M7发送给标签。
7.根据权利要求6所述的一种超轻量级的RFID认证方法，其特征在于：标签在接收到读写器发送来的信息后，首先标签用自身存放的ID、自身生成的r3、计算得到的r1`来计算M7`；然后比对计算得到的M7`与接收到的M7的值；
若两者的值相等，说明读写器为真，标签验证读写器通过，进行步骤(7)；若两者的值不相等，协议终止；
其中M7`＝(ID<<<8)&(r3<<<1)⊕(r1`<<<2)。
8.根据权利要求7所述的一种超轻量级的RFID认证方法，其特征在于：标签开始更新信息IDS＝IDSnew、K＝Knew；到此读写器、标签之间双向认证顺利结束。
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