王桂超

（山東信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院，山東 濰坊261061）

1 引言

RFID是一種非接觸式的射頻識別技術(shù)[1]，隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的飛速發(fā)展，作為物聯(lián)網(wǎng)重要組成部分的RFID也越來越受到人們的重視。RFID技術(shù)已經(jīng)被應(yīng)用到智能家居、門禁系統(tǒng)、不停車收費(fèi)系統(tǒng)、高速公路、物流倉儲等生活的方方面面。也正是RFID越來越廣泛的應(yīng)用，使其安全問題更加受到人們的關(guān)注。

一個(gè)典型的RFID系統(tǒng)主要由電子標(biāo)簽、閱讀器、后臺服務(wù)器[2]三部分組成。傳統(tǒng)的RFID系統(tǒng)后臺服務(wù)器計(jì)算能力有限，只能應(yīng)用于小型場景。但是隨著物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，海量設(shè)備需要接入計(jì)算授權(quán)，傳統(tǒng)后臺服務(wù)器將無法滿足安全計(jì)算需求。另一方面，由于RFID標(biāo)簽的存儲和計(jì)算能力極其有限，因此很容易受到重放攻擊、拒絕服務(wù)、非法讀取等各種攻擊。傳統(tǒng)的RFID認(rèn)證協(xié)議通常采用Hash函數(shù)、傳統(tǒng)機(jī)密技術(shù)等對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密或認(rèn)證，但其加密過程算法復(fù)雜、硬件要求較高，無法滿足低成本、高容量RFID系統(tǒng)的安全要求。為了更好地解決低成本、高容量RFID系統(tǒng)信息安全問題，本文創(chuàng)新性地提出結(jié)合云計(jì)算[3]和RBAC[4]策略的多級RFID安全認(rèn)證協(xié)議，從而多層次、高效率解決RFID系統(tǒng)的安全認(rèn)證問題，保證系據(jù)的安全性。

2 基于云計(jì)算與RBAC協(xié)議的多級認(rèn)證協(xié)議流程

本文提出的認(rèn)證協(xié)議分兩級：認(rèn)證過程為電子標(biāo)簽與閱讀器之間的安全認(rèn)證過程；閱讀器與后臺服務(wù)器之間的認(rèn)證及計(jì)算過程，認(rèn)證過程如圖1所示。

圖1 RFID認(rèn)證模型

本系統(tǒng)由云計(jì)算后臺服務(wù)器、RFID閱讀器、電子標(biāo)簽組成。其中云計(jì)算后臺服務(wù)器根據(jù)不同場景、不同應(yīng)用級別分配不同計(jì)算能力；閱讀器與后臺服務(wù)器之間通信為無線或有線通信，通信過程采用綜合加密算法進(jìn)行加密處理（采用RSA算法加密共享秘鑰，采用3DES加密具體通信數(shù)據(jù)），保證數(shù)據(jù)的安全性及不可更改性；閱讀器與電子標(biāo)簽之間采用單項(xiàng)散列函數(shù)算法進(jìn)行加密，保證數(shù)據(jù)不被惡意攻擊。系統(tǒng)初始化階段首先定義每個(gè)閱讀器的RBAC權(quán)限規(guī)則，每個(gè)閱讀器的RBAC規(guī)則可以根據(jù)實(shí)際需求動態(tài)調(diào)整。

此處假設(shè)云計(jì)算服務(wù)器能夠提供系統(tǒng)所需的所有計(jì)算能力及時(shí)延要求，具體通信過程如下：①當(dāng)閱讀器要讀取某個(gè)RFID電子標(biāo)簽時(shí)，首先生成一個(gè)隨機(jī)數(shù)SR，并將此數(shù)據(jù)發(fā)送給電子標(biāo)簽。②電子標(biāo)簽收到隨機(jī)SR后，生成一個(gè)時(shí)間戳TT，并將X||TT發(fā)送回閱讀器，其中X=H（IDT||SR），H為單項(xiàng)散列函數(shù)，IDT為電子標(biāo)簽ID。③閱讀器初始化認(rèn)證生命周期T。收到電子標(biāo)簽返回的信息后，生成時(shí)間戳TR。如果TT＜TR且TR-TT≤T，閱讀器將IDR||X||TR||SR||TT經(jīng)3DES加密后發(fā)送給后臺云計(jì)算服務(wù)器；如果TT＜TR且TR-TT＞T，則提示認(rèn)證超時(shí)，重新認(rèn)證；如果TT＞TR則認(rèn)證失敗，認(rèn)證結(jié)束。④云計(jì)算服務(wù)器收到閱讀器發(fā)給的信息后，將數(shù)據(jù)解密出來，首先根據(jù)閱讀器IDR及RBAC權(quán)限規(guī)則，在其具有閱讀權(quán)限的電子標(biāo)簽ID列表中計(jì)算M=H（IDN||SR），如果有符合M=X的ID，則根據(jù)閱讀器對應(yīng)該ID的權(quán)限，將授權(quán)信息Message發(fā)送給閱讀器，否則返回認(rèn)證失敗信息。

認(rèn)證流程如圖2所示。

圖2 RFID安全認(rèn)證協(xié)議

3 性能分析

隨著技術(shù)的發(fā)展，針對RFID系統(tǒng)的攻擊也在不斷變化，但是主要集中在假冒攻擊、重傳攻擊、非法閱讀、位置追蹤等攻擊[5]，具體分析如下。

3.1 假冒攻擊

假冒攻擊分為兩種：①假冒標(biāo)簽。當(dāng)攻擊者假冒標(biāo)簽A時(shí)，標(biāo)簽發(fā)送給閱讀器的信息為單項(xiàng)散列函數(shù)計(jì)算，無法逆向獲取A的電子標(biāo)簽ID，因此攻擊者無法發(fā)送有效的信息給閱讀器，攻擊者也就無法進(jìn)行假冒標(biāo)簽攻擊。②假冒閱讀器攻擊。由于閱讀器與云計(jì)算服務(wù)器之間通信通過經(jīng)典的加密算法進(jìn)行加密，攻擊者無法進(jìn)行破解，因此攻擊者的假冒閱讀器無法與云計(jì)算服務(wù)器進(jìn)行通信，因此本協(xié)議完全可以抵抗多種假冒攻擊。

3.2 位置跟蹤

位置跟蹤可以泄露標(biāo)簽的位置信息，獲取標(biāo)簽的行動軌跡。在該系統(tǒng)中，由于每次認(rèn)證電子標(biāo)簽發(fā)送的信息都包含隨機(jī)數(shù)，因此攻擊者每次獲取的信息是不一致的，無法根據(jù)每次截獲的信息確定是同一個(gè)電子標(biāo)簽，因此也就無法對電子標(biāo)簽進(jìn)行跟蹤。

3.3 重傳攻擊

重傳攻擊分為兩種：①重傳標(biāo)簽發(fā)送給閱讀器的信息。如果攻擊者截取上次認(rèn)證信息并在之后的某個(gè)時(shí)間重傳，由于此信息有時(shí)間戳TT，閱讀器在收到此認(rèn)證信息后計(jì)算TR-TT＞T，生存周期超時(shí)，因此認(rèn)證失敗。②重傳閱讀器發(fā)送給云計(jì)算服務(wù)器的信息。由于閱讀器與云計(jì)算服務(wù)器之間通信采用3DES加密，同時(shí)秘鑰采用RSA共享，因此在不泄露秘鑰的前提下。即使獲取了服務(wù)器的返回信息，也無法解密獲得相關(guān)數(shù)據(jù)。因此該協(xié)議能完全抵抗各種重傳攻擊。

3.4 拒絕服務(wù)攻擊

由于協(xié)議認(rèn)證過程第一步為閱讀器，同時(shí)閱讀器與云計(jì)算服務(wù)器后臺通信通過3DES加密，因此攻擊者無法偽裝成閱讀器進(jìn)行有效的通信。

3.5 系統(tǒng)內(nèi)部攻擊

在系統(tǒng)內(nèi)部，合法閱讀器對認(rèn)證過程都能通過，但是根據(jù)RBAC安全策略，不同的閱讀器，對不同的標(biāo)簽有不同的閱讀權(quán)限。因此合法閱讀器A只能讀取其具有權(quán)限的標(biāo)簽，而無法讀取其他電子標(biāo)簽的信息。

4 結(jié)束語

本文提出了一種基于云計(jì)算和RBAC安全策略的RFID認(rèn)證協(xié)議，在本協(xié)議中采用了簡單的單項(xiàng)散列函數(shù)作為電子標(biāo)簽的加密方法，能夠有效降低標(biāo)簽的硬件要求。后臺服務(wù)器采用云計(jì)算平臺，可以將整個(gè)認(rèn)證過程的計(jì)算部分都遷移到云計(jì)算平臺，有效降低閱讀器的硬件性能。同時(shí)，合理設(shè)置RBAC安全策略，可以有效降低閱讀器管理的標(biāo)簽規(guī)模。同時(shí)可以根據(jù)需要，動態(tài)靈活地調(diào)整閱讀器的授權(quán)范圍，極大提高整個(gè)認(rèn)證協(xié)議的效率。另一方面，RBAC安全策略的引入，靈活地保護(hù)了電子標(biāo)簽的安全性，彌補(bǔ)了其他此類認(rèn)證協(xié)議的不足。