于 超

（安徽理工大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與工程學(xué)院，安徽 淮南232000）

1、引言

1 999 年麻省理工學(xué)院(MIT)的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)中心(Auto-IDCenter)提出，要在計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的基礎(chǔ)上利用RFID、無線數(shù)據(jù)通信等技術(shù)，構(gòu)造一個(gè)覆蓋世界上萬事萬物的“InternetofThings”[1]。所謂“InternetofThings”即“物聯(lián)網(wǎng)”，其實(shí)質(zhì)是利用RFID技術(shù)，通過計(jì)算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)實(shí)現(xiàn)對(duì)物品(商品)的自動(dòng)識(shí)別和信息的互聯(lián)與共享。

隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，RFID技術(shù)也具有更廣泛的應(yīng)用。RFID技術(shù)已經(jīng)漸漸的融入人們的生活，與此同時(shí)，RFID系統(tǒng)的安全問題也逐漸引起社會(huì)的普遍關(guān)注，對(duì)于RFID系統(tǒng)安全的研究引起學(xué)術(shù)界廣泛重視，成為當(dāng)今計(jì)算機(jī)和通信界的研究熱點(diǎn)之一。

2、RFID系統(tǒng)的安全現(xiàn)狀

針對(duì)RFID系統(tǒng)的主要安全攻擊可簡單地分為主動(dòng)攻擊和被動(dòng)攻擊兩種類型。主動(dòng)攻擊是指使用技術(shù)的手段人為的破壞電子標(biāo)簽的數(shù)據(jù)或是通過干擾廣播、阻塞信道或其它手段，產(chǎn)生異常的應(yīng)用環(huán)境，使合法處理器產(chǎn)生故障，拒絕服務(wù)的攻擊等。而被動(dòng)攻擊是指通過采用竊聽技術(shù)，分析微處理器正常工作過程中產(chǎn)生的各種電磁特征，來獲得RFID標(biāo)簽和閱讀器之間或其它RFID通信設(shè)備之間的通信數(shù)據(jù)。

傳統(tǒng)RFID系統(tǒng)安全的研究主要集中在系統(tǒng)通信安全協(xié)議上，如：Hash協(xié)議、隨機(jī)Hash協(xié)議、Hash鏈協(xié)議、改進(jìn)的隨機(jī)Hash認(rèn)證協(xié)議、基于雜湊的ID變化協(xié)議、David的數(shù)字圖書館RFID協(xié)議、分布式RFID詢問-應(yīng)答認(rèn)證協(xié)議、再次加密機(jī)制方法、LCAP協(xié)議等。

但對(duì)于RFID系統(tǒng)的攻擊卻已不局限于截取電子標(biāo)簽的信息從而獲取商品信息，更多攻擊來自對(duì)整個(gè)RFID系統(tǒng)的全面攻擊，通過攻擊而獲取其系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中更多更有用的商業(yè)信息，或通過攻擊使其整個(gè)系統(tǒng)癱瘓，從而破壞交易過程。所以，RFID系統(tǒng)安全的概念已不局限于電子標(biāo)簽信息的保護(hù)，而是對(duì)整個(gè)信息系統(tǒng)的保護(hù)和防御，從而確保系統(tǒng)的安全性、保密性、完整性、可用性、不可否認(rèn)性等。安全機(jī)制需要解決的RFID安全問題：（1）針對(duì)RFID系統(tǒng)的安全攻擊，包括主動(dòng)攻擊和被動(dòng)攻擊。（2）在RFID標(biāo)簽、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)等各個(gè)環(huán)節(jié)會(huì)出現(xiàn)的安全隱患。（3）RFID系統(tǒng)中最主要的保密性、“位置保密”或跟蹤、拒絕服務(wù)和偽造標(biāo)簽等安全風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此，利用傳統(tǒng)的物理方法和密碼機(jī)制的安全策略不能很好的發(fā)揮作用。所以，研究一種新的安全機(jī)制來解決 RFID的安全問題是非常有必要的。

3、生物免疫系統(tǒng)簡介

免疫系統(tǒng)是機(jī)體執(zhí)行免疫功能的機(jī)構(gòu)，是產(chǎn)生免疫應(yīng)答的物質(zhì)基礎(chǔ)。通?？蓪⒚庖呦到y(tǒng)分為免疫器官，免疫細(xì)胞和免疫分子三大類。免疫系統(tǒng)在體內(nèi)分布廣泛，持續(xù)地執(zhí)行識(shí)別和排除抗原性異物的功能。各種免疫細(xì)胞和免疫分子既相互協(xié)作，又相互制約，使免疫應(yīng)答既能有效又能在適度的范圍內(nèi)進(jìn)行。淋巴細(xì)胞是最重要的免疫細(xì)胞，包括B細(xì)胞和T細(xì)胞是兩種主要類型。淋巴細(xì)胞由骨髓產(chǎn)生，受抗原刺激后可分泌產(chǎn)生“Y”形狀的蛋白質(zhì)分子，即抗體?？贵w可與相應(yīng)抗原產(chǎn)生特異性的生理反應(yīng)，來識(shí)別和排除抗原。這種抗體-抗原反應(yīng)是免疫系統(tǒng)的基本反應(yīng)。

生物免疫系統(tǒng)的基本功能是識(shí)別自我和非我，并將非我類清除。生物免疫系統(tǒng)具有免疫識(shí)別、免疫記憶、免疫調(diào)節(jié)和免疫寬容等功能特征，能有效識(shí)別外來侵人者，維持機(jī)體本身的平衡，保證生物體自身的生存和發(fā)展。其中免疫識(shí)別是指免疫系統(tǒng)不僅能夠識(shí)別已知抗原，同時(shí)還能夠識(shí)別未知抗原，免疫記憶則是指功能特征能夠?qū)υ俅稳肭值目乖l(fā)生快速反應(yīng)（即二次應(yīng)答）。

從信息處理的角度來看，生物免疫系統(tǒng)是一個(gè)分布式、自適應(yīng)和多樣性的系統(tǒng),具有很強(qiáng)的學(xué)習(xí)、識(shí)別、記憶和特征提取能力，不但能夠識(shí)別抗原而且清除抗原，維護(hù)人體整個(gè)系統(tǒng)功能的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。

對(duì)RFID系統(tǒng)安全保護(hù)問題可以看作是一種更為一般化的從“ 自體” (合法用戶、正常數(shù)據(jù)等)中識(shí)別“ 非自體”(非授權(quán)用戶、病毒等)。RFID系統(tǒng)的這種安全問題與生物免疫系統(tǒng)所遇到的問題具有驚人的相似性,兩者都要在不斷變化的環(huán)境中維持系統(tǒng)的穩(wěn)定性。

4、生物免疫原理與RFID系統(tǒng)的共同特性

4.1 分布性。生物免疫系統(tǒng)的分布式特性首先取決于病原的分布式特征，即病原是分散在機(jī)體內(nèi)部的，其次免疫系統(tǒng)由分布在機(jī)體各個(gè)部分的細(xì)胞、琳巴節(jié)點(diǎn)、組織和器官等組成，淋巴細(xì)胞之間大多相互獨(dú)立，不需要集中的控制和協(xié)同。同時(shí)免疫系統(tǒng)能夠根據(jù)需要，擴(kuò)增淋巴細(xì)胞，伴隨淋巴細(xì)胞的增加既不會(huì)消耗系統(tǒng)過多資源，也不會(huì)造成控制的復(fù)雜。對(duì)于RFID系統(tǒng)來說，不同于中心式網(wǎng)絡(luò)，工作載荷分布在多個(gè)閱讀器單元以及子系統(tǒng)上，系統(tǒng)的工作效率可以得到有效提高。同時(shí)，RFID系統(tǒng)的分布式特性還可以減少由局部工作單元失效或故障所引起的對(duì)系統(tǒng)整體安全的不利影響。

4.2 自適應(yīng)性。分散于機(jī)體各部分的琳巴細(xì)胞采用“學(xué)習(xí)”的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)特定抗原的識(shí)別，完成識(shí)別的杭體以正常細(xì)胞變異概率的倍進(jìn)行變異 ,使其親合度提高的概率大大增加，這一過程是一個(gè)適應(yīng)性的應(yīng)答過程。由于免疫應(yīng)答是通過局部細(xì)胞的交互起作用而不存在集中控制，所以系統(tǒng)的分布性也強(qiáng)化了自適應(yīng)性。RFID系統(tǒng)的安全，也需要系統(tǒng)具有一定的人工智能、故障容錯(cuò)能力，系統(tǒng)應(yīng)該通過自學(xué)習(xí)擴(kuò)展防護(hù)的能力，達(dá)到抵御攻擊的目的，保證系統(tǒng)的安全可靠。

4.3 多樣性。生物免疫的系統(tǒng)的多樣性是由抗原的多樣性決定的。不同人體的免疫機(jī)理完全一樣，但不同的個(gè)體具有不同的免疫能力，它是由免疫系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)進(jìn)化能力決定的。某機(jī)體上免疫系統(tǒng)的弱點(diǎn)并非是另一個(gè)機(jī)體免疫系統(tǒng)的弱點(diǎn)，一種病菌也許能突破某機(jī)體免疫系統(tǒng)的防護(hù)，但突破其他機(jī)體免疫系統(tǒng)的可能性很小。這就是由于免疫系統(tǒng)的多樣性，它使得人群整體的防護(hù)能力較強(qiáng)。

對(duì)于RFID系統(tǒng)來說，也具有多樣性的特點(diǎn)，其多樣性是由攻擊的多樣性決定的。對(duì)于RFID的攻擊可以是最簡單的攻擊電子標(biāo)簽和閱讀器系統(tǒng)，導(dǎo)致其無法正常工作，也可以是攻擊整個(gè)RFID系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)使系統(tǒng)癱瘓。RFID系統(tǒng)安全應(yīng)該在不同閱讀器節(jié)點(diǎn)及子網(wǎng)絡(luò)具有不同的防護(hù)重點(diǎn)，采用不同的防護(hù)手段，從多樣性入手，在保證個(gè)體的安全基礎(chǔ)上保持整個(gè)網(wǎng)絡(luò)具有較高的防護(hù)能力。

結(jié)語。借鑒生物免疫系統(tǒng)的基本生理機(jī)制，針對(duì)RFID系統(tǒng)設(shè)計(jì)一個(gè)分布、自適應(yīng)的RFID安全系統(tǒng)在理論上是完全可行的，該安全系統(tǒng)不僅能實(shí)現(xiàn)入侵檢測(cè)，而且能夠產(chǎn)生入侵響應(yīng)，最終將入侵者排除出于 RFID系統(tǒng)之外。

[1]康東,石喜勤等.射頻識(shí)別（RFID）核心技術(shù)與典型應(yīng)用開發(fā)案例[M].北京人民郵電出版社，2008.

[2]何球藻,吳厚生.醫(yī)學(xué)免疫學(xué)[M].上海：上海醫(yī)科大學(xué)出版社，2000.

[3]楊東海,楊春.RFID安全問題研究[J].微型計(jì)算機(jī)信息，2008(3).