◆周宏元 劉衍軍 高彥龍 張旭冉

（中安網(wǎng)脈(北京)技術(shù)股份有限公司 北京 100070）

新型RFID射頻標(biāo)簽在涉密資產(chǎn)管理中的應(yīng)用

◆周宏元 劉衍軍 高彥龍 張旭冉

（中安網(wǎng)脈(北京)技術(shù)股份有限公司 北京 100070）

基于RFID技術(shù)的資產(chǎn)管理，是對重要資產(chǎn)對象標(biāo)注RFID標(biāo)簽使其成為管理對象，并將目標(biāo)數(shù)據(jù)入庫（數(shù)據(jù)庫），使其成為可以識別的目標(biāo)，并在不同的管理單元和監(jiān)控點部署目標(biāo)識別和數(shù)據(jù)采集設(shè)備－RFID閱讀器，對進入閱讀器信號覆蓋范圍內(nèi)的目標(biāo)數(shù)據(jù)進行讀取（數(shù)據(jù)采集平臺），RFID標(biāo)簽結(jié)合安全芯片，保證數(shù)據(jù)傳輸過程的安全性，通過有線或者無線網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)傳輸給保密柜管理系統(tǒng)，保密柜控制器對數(shù)據(jù)進行分析、判斷，對目標(biāo)行為予以響應(yīng)，實現(xiàn)對資產(chǎn)、人員、資產(chǎn)使用行為的安全、有效管理。

RFID閱讀器; 資產(chǎn)管理; 密碼安全; 涉密資產(chǎn)

0 引言

隨著我國經(jīng)濟、社會的高速發(fā)展，涉密資產(chǎn)的配發(fā)使用范圍越來越廣，從省市延伸到區(qū)縣等基層涉密單位，涉密資產(chǎn)的種類和數(shù)量也不斷增加，涵蓋了密碼設(shè)備、密碼部件、涉密主機、涉密載體和涉密資料等。涉密資產(chǎn)的管理主要依靠人工手段進行記錄，無法對涉密資產(chǎn)的使用過程進行有效地監(jiān)控；涉密資產(chǎn)的保管使用環(huán)境復(fù)雜，人員保密意識薄弱，管理力量不足，安全保密措施不到位，給涉密資產(chǎn)的管理工作造成極大的安全隱患，極易發(fā)生失泄密事件。將有源RFID技術(shù)、GPS定位技術(shù)等應(yīng)用到涉密資產(chǎn)全生命周期管控中，這樣不僅可以使涉密資產(chǎn)的物理安全防護達到“一人取不出、外部盜不走、動用能感知、應(yīng)急有保障、事后能追查”的安全防護目標(biāo)，更能進一步對涉密資產(chǎn)全生命周期過程中的所有動態(tài)信息實現(xiàn)24小時的在線無縫監(jiān)管，形成“動靜結(jié)合”的管控體系，做到真正意義上的“人防、物防、技防”三防一體，構(gòu)筑更加科學(xué)合理和安全可控的涉密資產(chǎn)安全防護系統(tǒng)。

1 涉密資產(chǎn)管理

1.1 涉密資產(chǎn)管理的特點

涉密資產(chǎn)登記管理中除了記錄常用的物品名稱、編號、類別等屬性外，物品還應(yīng)標(biāo)注物品密級、物品使用責(zé)任人、物品存放區(qū)域、物品是否允許授權(quán)攜帶出管理區(qū)域等與安全保密管理關(guān)的屬性。系統(tǒng)為這些新增屬性提供查詢、查看功能，便于管理者按照安全保密管理要求進行管理。

目前涉密資產(chǎn)常規(guī)管理的難點：

（1）無法有效跟蹤及監(jiān)管預(yù)警,無法有效地管理資產(chǎn)的位置信息，查找費時、費力、低效。

（2）無法準確掌握資產(chǎn)的運行和維護狀態(tài)、資產(chǎn)和設(shè)備分布，對于設(shè)備的壽命和使用頻率無法有效統(tǒng)計。

（3）資產(chǎn)巡檢/盤點手段落后、效率低、成本高、易出錯，資產(chǎn)管理人員須手動填寫各項設(shè)備數(shù)據(jù)及檢查設(shè)備數(shù)目和狀態(tài)，動作繁雜，麻煩且耗時、容易出錯。

（4）損毀責(zé)任追溯困難，資產(chǎn)使用或外帶無歷史記錄，資產(chǎn)損毀不好追溯，現(xiàn)有管理模式存在諸多管理盲點。

1.2 涉密資產(chǎn)管理的目標(biāo)

（1）實時監(jiān)控

實時監(jiān)控物資的狀態(tài)信息、位置信息、使用信息、報警信息等，實現(xiàn)任意時間查詢并顯示受控區(qū)域目標(biāo)的數(shù)量、分布情況等；查詢一個或多個受控目標(biāo)現(xiàn)在的實際位置；使管理人員全面了解資產(chǎn)情況，實現(xiàn)對資產(chǎn)的準確統(tǒng)計和有效調(diào)配。

（2）實時盤點

系統(tǒng)可實現(xiàn)全區(qū)域自動盤點和統(tǒng)計。還可以利用RFID閱讀器終端在相應(yīng)的區(qū)域掃描該地點所有涉密資產(chǎn)上的RFID標(biāo)簽，通過控制器終端自動完成實際盤點資產(chǎn)情況與賬面情況的對比，改變資產(chǎn)清查數(shù)據(jù)的采集方式，解決資產(chǎn)實物清查的瓶頸問題，可大大提高清查效率。

（3）報警監(jiān)控

一旦有異常報警或突發(fā)事件發(fā)生，監(jiān)管中心立即能顯示現(xiàn)場的目標(biāo)數(shù)量、信息、位置和歷史情況等信息，大大提高資產(chǎn)安全管理工作的效率。

（4）多級管理

系統(tǒng)可建立多級控制，將使各級相關(guān)管理人員及有關(guān)領(lǐng)導(dǎo)快速查詢、統(tǒng)計涉密資產(chǎn)情況，實現(xiàn)合理配置資源、決策，提供依據(jù)，提高工作效率。

（5）智能分析

通過對系統(tǒng)內(nèi)涉密資產(chǎn)使用、人員習(xí)慣各類信息的分析，尋找系統(tǒng)中的使用漏洞，主動防范泄密事件發(fā)生，確保涉密資產(chǎn)和人員的安全。

（6）主動防御

系統(tǒng)中RFID標(biāo)簽采用主動式標(biāo)簽（其他兩類是半主動式和被動式），主動式標(biāo)簽又稱為有源標(biāo)簽，本身具有內(nèi)部電源供應(yīng)器，用以供應(yīng)內(nèi)部IC所需電源以產(chǎn)生對外的信號。

2 有源RFID射頻標(biāo)簽及在涉密資產(chǎn)管理中的使用

2.1 用于涉密資產(chǎn)管理的有源RFID 射頻標(biāo)簽

基于有源標(biāo)簽主動射頻的特性，通過采用有源標(biāo)簽可有效實現(xiàn)對涉密資產(chǎn)的主動式防御保護。

有源RFID主動射頻特性體現(xiàn)在它可利用自有電力在標(biāo)簽周圍形成有效活動區(qū)，主動偵測周遭有無讀取器發(fā)射的呼叫信號，并將自身的資料傳送給讀取器。

有源RFID具備發(fā)射功率低、通信距離長、傳輸數(shù)據(jù)量大，可靠性高和兼容性好等特點，與傳統(tǒng)無源 RFID（如商場所用無源標(biāo)簽）相比，在技術(shù)上具備一定的優(yōu)勢，被廣泛地應(yīng)用到定位追蹤相關(guān)應(yīng)用中。

2.2 基于RFID技術(shù)的涉密資產(chǎn)管理系統(tǒng)組成

在涉密將資產(chǎn)管理系統(tǒng)中，區(qū)域?qū)崟r定位追蹤子系統(tǒng)由RFID標(biāo)簽，手持設(shè)備部分（配套 RFID），智能讀卡器，天線及門禁設(shè)備組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示：

圖1 涉密資產(chǎn)管理系統(tǒng)

2.3 涉密資產(chǎn)管理系統(tǒng)中RFID標(biāo)簽的應(yīng)用

通過識別各讀寫站點RFID內(nèi)容，自動識別覆蓋范圍內(nèi)所有設(shè)備的電子標(biāo)簽信息，判斷資產(chǎn)是否處于正確的位置。對于錯位的資產(chǎn)、未知資產(chǎn)等，系統(tǒng)能及時將相關(guān)的資產(chǎn)信息記錄到數(shù)據(jù)庫，并向用戶發(fā)出報警。

當(dāng)安裝了RFID 有源電子標(biāo)簽的物品被人員非法帶出時，通過布設(shè)在監(jiān)控門口的RFID 讀寫器讀取到物資標(biāo)簽信息，并判斷物品的狀態(tài)，如果是非法帶出的物品，則給用戶提示某某物品正在被非法帶出。RFID 系統(tǒng)報警的同時，也將給視頻監(jiān)控系統(tǒng)以及門禁系統(tǒng)發(fā)出報警信息，方便對資產(chǎn)及人員的管理。

通過RFID技術(shù)對資產(chǎn)的管理實時監(jiān)控，在資產(chǎn)上安裝有源RFID 電子標(biāo)簽，實時地檢測資產(chǎn)的狀態(tài)。如果資產(chǎn)出現(xiàn)了消失（可設(shè)定資產(chǎn)消失的時間范圍，以防止系統(tǒng)的誤報），系統(tǒng)則提示資產(chǎn)消失報警，方便對資產(chǎn)的監(jiān)控管理。

2.4 涉密資產(chǎn)管理系統(tǒng)中設(shè)備定位跟蹤

在數(shù)據(jù)采集信號全覆蓋的基礎(chǔ)上，在監(jiān)控區(qū)域內(nèi)，系統(tǒng)可通過RFID標(biāo)簽獲知設(shè)備所處區(qū)域位置，對涉密資產(chǎn)、涉密人員進行定位跟蹤，實時查看其位置移動情況并進行精確的軌跡跟蹤，在系統(tǒng)電子地圖上對資產(chǎn)分布進行實時位置更新顯示。

RFID 閱讀器和定位器注冊登記時，根據(jù)實際安裝位置與實際區(qū)域進行關(guān)聯(lián)配置，表示該設(shè)備安裝的位置區(qū)域。其中一個定位器只能包含在一個特定的位置區(qū)域。識別基站會自動采集覆蓋范圍內(nèi)的所有固定資產(chǎn)的標(biāo)簽信息，獲取標(biāo)簽的ID和信號強度值等信息。

2.5 涉密資產(chǎn)管理系統(tǒng)中RFID標(biāo)簽管理

RFID標(biāo)簽是本系統(tǒng)資產(chǎn)管理的關(guān)鍵，必須由專門的保密管理員負責(zé)。標(biāo)簽管理目的主要是保證標(biāo)簽管理規(guī)范化，防止不同種類、不同型號、不同規(guī)格、不同狀態(tài)的資產(chǎn)標(biāo)簽的混用和誤用，保證標(biāo)簽從產(chǎn)生、識別到回收銷毀全過程的監(jiān)管，并實現(xiàn)資產(chǎn)的可追溯性。電子標(biāo)簽應(yīng)嚴格參照資產(chǎn)類別、資產(chǎn)保密級別等制定。標(biāo)簽信息寫入主要是指對資產(chǎn)相關(guān)信息的寫入，主要包括資產(chǎn)的類型、名稱、權(quán)限、使用人等。

3 RFID射頻標(biāo)簽關(guān)鍵技術(shù)與解決方法

3.1 RFID標(biāo)簽技術(shù)

通常采用體積很少，讀取方便快捷，數(shù)據(jù)的讀取無需光源，甚至可以透過外包裝來進行，方便攜帶，識別速度快，標(biāo)簽一進入磁場或電磁波發(fā)射范圍內(nèi)，解讀器就可以即時讀取其中的信息，而且能夠同時處理多個標(biāo)簽，實現(xiàn)批量識別，RFID標(biāo)簽則可以根據(jù)用戶的需要擴充到數(shù)十K，標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改，可利用讀寫器可以向?qū)懭霐?shù)據(jù)，從而賦予RFID標(biāo)簽交互式便攜數(shù)據(jù)文件的功能，而且寫入時間相比打印條形碼更少。標(biāo)簽以每秒50～100次的頻率與解讀器進行通信，所以只要RFID標(biāo)簽所附著的物體出現(xiàn)在解讀器的有效識別范圍內(nèi)，就可以對其位置進行動態(tài)的追蹤和監(jiān)控。

3.2 RFID安全保護技術(shù)

由于RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)交流處于開放的無線狀態(tài)，外界容易對系統(tǒng)實施各種信息干擾及信息盜取。鑒于RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)交流開放的安全性問題，有必要在標(biāo)簽本身安全機制基礎(chǔ)上，引入一種數(shù)據(jù)加密算法來進一步保障數(shù)據(jù)通信的安全性。而采用商密標(biāo)準的 SM7算法作為一種微型的加密算法，有著簡單、快速、安全性能好等特點。

3.3 RFID定位技術(shù)

RFID定位技術(shù)分為非參數(shù)定位和參數(shù)定位兩大類型，其中參數(shù)定位法包括TOATDOA參數(shù)估計法，多邊形定位法、三角定位法、圓周定位法等；非參數(shù)定位有多維定標(biāo)技術(shù)，質(zhì)心法，K-近鄰分析法等。本系統(tǒng)采用圓周定位技術(shù)實現(xiàn)區(qū)域?qū)崟r標(biāo)簽定位。能夠及時、準確地將各個區(qū)域資產(chǎn)的動態(tài)情況反映到控制系統(tǒng)平臺，使管理人員能夠隨時掌握布控區(qū)域資產(chǎn)分布狀況和每個受控對象的運動軌跡，以便于進行更加合理的管理。當(dāng)有突發(fā)事件時，管理人員也可根據(jù)該 APS 區(qū)域定位系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)、圖形，迅速了解有關(guān)涉密資產(chǎn)的位置情況，及時采取相應(yīng)的控制措施，提高安全和應(yīng)急工作的效率。

4 新型RFID射頻標(biāo)簽的設(shè)計

4.1 新型RFID射頻標(biāo)簽及讀寫器系統(tǒng)架構(gòu)

圖2 RFID射頻標(biāo)簽及讀寫器系統(tǒng)架構(gòu)

有源RFID安全標(biāo)簽：一般由天線、射頻模塊、安全控制模塊組成。安全模塊是讀寫器的核心，安全模塊處理的信號通過射頻模塊傳送給讀寫器天線，由讀寫器天線發(fā)射出去；有源安全標(biāo)簽為了增加讀寫距離和延長使用時間增加了大容量電池；讀寫設(shè)備 RWU 和 RFID 之間的無線通信實現(xiàn)信息管理系統(tǒng)與 RFID之間的信息交流。讀寫設(shè)備 RWU 是 RFID 的讀寫控制器，由安全芯片和射頻模塊和 TCP/IP 等通訊接口等組成，以微波無線傳遞手段，實現(xiàn) RWU 與 RFID 的之間安全可靠的信息交換目的，RWU 通過 TCP/IP 等與服務(wù)器連接，從管控中心平臺接收控制命令和數(shù)據(jù)并返回數(shù)據(jù)。

每件資產(chǎn)配備一個內(nèi)置安全芯片的無線有源電子標(biāo)簽RFID，標(biāo)簽對數(shù)據(jù)進行加密無線傳輸，系統(tǒng)通過 RFID讀寫器,檢測有源電子標(biāo)簽的位置，獲取并解密標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，完成資產(chǎn)在位狀態(tài)的自動、準確、有效的采集，并對采集的數(shù)據(jù)進行收集匯總，并通過有線方式傳輸數(shù)據(jù)給管理中心，實現(xiàn)涉密資產(chǎn)的實時在位監(jiān)控功能，達到對涉密資產(chǎn)的在位高效監(jiān)管。

本系統(tǒng)中的安全芯片采用 AS578商用密碼芯片，該芯片是Synochip 公司基于 ARM Cortex-M 系列內(nèi)核開發(fā)的高性能32位安全芯片，集成 4K 字節(jié)指令 Cache，工作頻率可達 144MHz，內(nèi)嵌 Flash 容量可達 512K 字節(jié)，SRAM 容量可達 128K 字節(jié)，最大可擴展 16M 字節(jié)外部 SQI Flash。內(nèi)嵌 Flash 具有 MPU保護，能夠有效保護用戶代碼的安全。AS578芯片內(nèi)嵌國密 SM1、SM2、SM3、SM4、SM7算法引擎、真隨機數(shù)發(fā)生器、DES/3DES 加密引擎、AES 加密引擎、RSA/ECC 公鑰算法引擎（RSA 支持最高 2048 位）。

有源安全標(biāo)簽的無線通訊模塊采用 NORDIC公司的nRF24LE1 無線通訊芯片，nRF24LE1是一款高度集成、超低功耗、同時具有片上系統(tǒng)技術(shù)的2.4GHz射頻芯片，它包括一個射頻收發(fā)器核心，一個8位CPU和嵌入式閃存。RX/TX時提供的峰值電流低于14毫安，有μA級以下的省電模式，先進的電源管理,供電范圍1.9至3.6V，nRF24LE1提供了一個真正的超低功耗方案，當(dāng)使用鈕扣電池或AA / AAA電池供電時，正常使用的情況下，電池壽命可以達數(shù)月甚至數(shù)年。

本系統(tǒng)應(yīng)用的有源RFID標(biāo)簽參數(shù)如下：

表1 有源RFID標(biāo)簽參數(shù)

標(biāo)簽讀寫器收集有源電子標(biāo)簽發(fā)送的無線信號，與周圍無線定位器組成無線MESH網(wǎng)絡(luò)，具有防攻擊特性。采用有源電子標(biāo)簽的好處是：與涉密物品進行防分離技術(shù)結(jié)合，實時向無線定位網(wǎng)關(guān)發(fā)送信號，一旦有拆卸行為、非法移動、非法外帶等行為，由后臺控制進行實時報警。

4.2 新型RFID射頻標(biāo)簽安全性設(shè)計

（1）RFID標(biāo)簽安全保護框架

電子標(biāo)簽應(yīng)用系統(tǒng)面臨的安全威脅有：非法訪問、跟蹤、竊聽、偽造、物理攻擊、惡意破壞等方面。使用密碼技術(shù)實現(xiàn)防偽安全應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整性、合法性驗證，數(shù)據(jù)訪問權(quán)限控制，標(biāo)簽通信信道安全，按照系統(tǒng)安全需求及密碼技術(shù)解決措施，可以按照防偽應(yīng)用系統(tǒng)安全保護框架處理。如下圖3所示:

圖3 RFID標(biāo)簽安全保護框架

（2）讀寫器和標(biāo)簽的安全認證

圖4 讀寫器和標(biāo)簽安全認證

讀寫器與標(biāo)簽之間的認證建立在三次認證的基礎(chǔ)上，雙方在通信中相互檢驗另一方的密鑰。當(dāng)某個標(biāo)簽首先進入讀寫器的識別范圍時，它無法斷定參與通信的對方是否屬于同一個應(yīng)用系統(tǒng)且合法。讀寫器方面需要防止標(biāo)簽端偽造數(shù)據(jù)的假冒，標(biāo)簽同樣需要防止未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)讀取或重寫，在這個過程中，所有標(biāo)簽和讀寫器構(gòu)成了應(yīng)用的一部分，具有相關(guān)的密鑰K（對稱加密過程）。相互認證的過程從讀寫器發(fā)送“查詢口令”的命令給標(biāo)簽開始，然后在標(biāo)簽中產(chǎn)生一隨機數(shù)據(jù)，并回送給讀寫器，然后通過對令牌加密，算出會話密鑰，保護后續(xù)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)。

（3）密碼方案

利用AS578芯片中的國密SM1分組加密算法進行密鑰分散，實現(xiàn)一簽一密。

圖5 密鑰管理模型

采用國密 SM7分組加密算法進行標(biāo)簽與標(biāo)簽讀卡器之間的身份鑒別與通信數(shù)據(jù)加密。通過安全芯片中的安全模塊完成安全密碼運算，鑒別標(biāo)簽的合法性，存放系統(tǒng)根密鑰，計算防偽認證碼，數(shù)據(jù)通訊密鑰碼流由安全模塊產(chǎn)生，流加密在安全模塊中實現(xiàn)，利用SM7完成標(biāo)簽出廠、發(fā)行、使用。

4.3 新型RFID射頻標(biāo)簽的應(yīng)用

本系統(tǒng)采用有源RFID電子標(biāo)簽為帶電池長方型塑料盒，內(nèi)部含有射頻天線及防拆卸檢測裝置，可與設(shè)備牢固綁定。卡片式標(biāo)簽與被監(jiān)控設(shè)備之間采用表貼的方式進行綁定，除采用特殊材質(zhì)的粘合劑外，標(biāo)簽與被監(jiān)控設(shè)備的粘合狀態(tài)還通過壓力傳感器進行實時檢測。

RFID讀寫器通過以太網(wǎng)總線與控制中心連接，完成數(shù)據(jù)的管理和傳輸。若載體設(shè)備處于安全可控區(qū)內(nèi)，且標(biāo)簽未與被監(jiān)測設(shè)備分離時，則標(biāo)簽會按固定的時間間隔上報被監(jiān)測設(shè)備的位置及安全狀態(tài)信息；一旦載體設(shè)備離開監(jiān)控區(qū)域或者標(biāo)簽與被監(jiān)測設(shè)備分離，標(biāo)簽會立即向后臺發(fā)送報警信息。

目前，本系統(tǒng)中的RFID射頻標(biāo)簽，已大量應(yīng)用監(jiān)測移動硬盤、筆記本電腦、臺式機硬盤等載體設(shè)備，并已在黨政機關(guān)、企事業(yè)單位、武警部隊等用戶實施、推廣，解決了重要、敏感設(shè)備、資產(chǎn)存放部位和機房綜合管控存在的問題，有效地提升了管理效率和安全程度，得到了用戶的高度認可，取得了良好的經(jīng)濟和社會效益。

5 結(jié)束語

系統(tǒng)突破了傳統(tǒng)的涉密資產(chǎn)人工管理思想，將RFID技術(shù)與商密安全技術(shù)緊密結(jié)合，利用現(xiàn)有成熟的工業(yè) TCP/IP通訊網(wǎng)絡(luò)作為主傳輸平臺，RFID識別標(biāo)簽等設(shè)備與系統(tǒng)掛接，通過區(qū)域?qū)崟r定位管理專用軟件與主系統(tǒng)以標(biāo)準的專用數(shù)據(jù)庫進行后臺數(shù)據(jù)交換從而實現(xiàn)區(qū)域目標(biāo)的跟蹤定位和安全管理。將以設(shè)備的物理環(huán)境的安全防范為核心的管理方式，轉(zhuǎn)變成為以資產(chǎn)使用行為監(jiān)管為核心的管理方式，實現(xiàn)了對涉密資產(chǎn)的智能化實時集中監(jiān)控管理。系統(tǒng)真正實現(xiàn)了涉密資產(chǎn)管理的無紙化，不僅能夠更大限度地防止因人為疏忽造成的失泄密事件的發(fā)生，更能夠為管理者提供更加完備和有效的決策支持，使涉密資產(chǎn)的安全管控提升到了新的高度。

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