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物联网RFID系统隐私保护三方认证协议

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资料介绍

设计一种适用于物联网射频识别(radio frequency identification,RFID)系统被动式低成本标签的隐私保护认证协议.采用对称加密算法、Hash函数及随机数相结合的方式,实现标签、阅读器与后台数据库三方认证,并在认证过程中建立会话密钥,防止标签携带者被非法阅读器访问及秘密追踪.GNY逻辑对协议分析证明了协议的安全性及可达到的认证目的.与He等人的AKAP和Chen等人提出的协议相比,该协议在标签计算量、通信次数及实现功能方面具有一定的综合优势.

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V01．29 No．2

深圳大学学理工版

第29卷第2期

SHf=NZHEN UNIVERSITY SCIENCE AND ENGINEERING

Mar．2012

2012年3月

JOURNAl．OF

and Information

【

子与信息科学／Electronics

Science】

物网RFID系

私保三方

朱玲，建平

深圳大学ATR国防科技重点

室，深圳518060

摘要：

一种适用于物网射

．采用称加密算法、Hash函数及随机数相合的方式，

，并在程中建立会，防止者被非法

分析明了的安全性及可达到的目的．与He等人的AKAP和Chen等人提出的

(radio frequency identification，RFID)系

被

式低成本

的

私保

、

器与后台

数据三方

密

携

器

及秘密追踪．GNY

相

比。

在

算量、通信次数及

功能方面具有一定的

合

．

关

：数据安全；物网；射

；

私保

；

；会

密

；GNY

918．91

文献

：A

doi：10．3724／SP．J．1249．2012．02095

中

分

号：TP 309；TN

A _privacy

authentication

preserving three-· party

for RFID

in the internet of

protocol

systems

things

ZHU

and YU _{Jian．ping’}

Wei．1ing

of National Defense

Technology，Shenzhen University，Shenzhen

ATR

518060，P．R．China

Key Laboratory

radio

in the Internet of

an-

Abstract：For

frequency identification(RFID)systems

things，a privacy preserving

Was

low-cost

this

authentication be—

protocol，the

thentication

designed using

tags．In

protocol

passive

proposed

tween the

and backend database is

hash

function，

tag。reader

implemented through symmetric cryptosystem，a

the reader and the

and

random number

is also

from

with

shared session

between

generator．It

compliant

key

tag．

access and clandestine

of the

Furthermore，it protects legal tags

tracking．The security

protocol

and font—

illegal

GNY _logicformal

has more

for

advantages computing，communication

proved by

tions

analysis．This protocol

with AKAP and the

Chen．

compared

protocol proposed by

things；radio frequency identification；privacy preserving；authentication

words：data

Key

security；internet

protocol；session key；GNY logic

的

通

私安全

唯一

旧圳，包括

敏感信息的泄漏、

射

(radio frequency identification，RFID)

系

的

是物网的重要成⋯ ．随着移 RFID技

符

行

意追踪与

、

趣

目

展，写器芯片可集成在移

端(如手机)

器，从而

好的泄漏、交易敏感信息的跟踪、秘密的

中，使人可便捷地有自己的RFID

攻

及移

器携者被意跟踪与

等．

RFID系

私安全

是物

网

展急需解

源受

推

移

RFID技广泛用于物网个人用服

．

重

然而，RFID技在用方便的同又来了

决的

之一，由于

算能力和存

Received：2011．04-13；Revised：2011-10· 08；Accepted：2012-02· 14

Natural Science Foundation

Foundation：National

China(61001058．61171072)

author：Professor YU

Corresponding

Citation：ZIIU

Jian· ping．E· mail：yujIl@8ZU．edu．cn

authentication

for RFID

in the internet

wPi· ling。YU Jian-ping．A privacy pw∞rving three-party

of Shenzhen Science and

protocol

systems

ofthings[J]．Journal

Chinese)

En画neefing．2012．29(2)：95-99．(in

University

nttp：，一／。7 10UrnaI．SZU．edI_1．Cn

万方数据

深圳大学学理工版

第29卷

分析

and

限，大多数RFID系只能采取称密加密的方

由GNY(Gong，Needham

Yahalom)

式来

私安全一]．称密加密私保

面着两个矛盾：一方面，防止秘密

明，PPAKA— loT

能达到

期

目的．

RFID系

追踪，

不能在

前暴露身份；另一方面，后

PPAKA．IoT

台数据需知道使用哪个

的密

和

符

行

能

．解决此矛盾的方法忙J一是允后台数据

基于文献[2，11]提出的移 RFID服网

体系构，本研究构建的物网移 RFID服

体系构如 1．

有效找被使用的密

的身份．采用前者的

效率低且后台数据

和

符；二是繁更新

非状 J，其

算量大，只适用于

网

数

目少的小

模

用拍‘7 J．采用后者的

状

J，其

效率高，适合数目多的大

模

用，但面着

与后台数据之的同步

【8J 0|．大多数RFlD 私保安全

没有建

器与

一步通信得不到安全保障．文献[9] 建立了

，但未考与后台数据的同步

．文献[10]采用通保留更新前的状

据来解决与后台服器之的同步

立

会

与

器的会

密，使得

密

数

1物网移 RFID服

网

体系

构

，但未

Mobile RFID services network

Fig．1

建立会

密

．

architecture in the internet of

things

大多数RFID

不安全通道

是

与

器之

基于 l体系构，本研究提出的PPAKA— IoT

的怕’8J引，而在移 RFID系

，

如

2．其中，D。。

符；R。。

私管理服

符；瓦D

符；％。

系

后台数

器与后台数据

之

的通信是以无方式

据

器

当前

行，信道不安全，研究人

需将此

在

私保安全

符；E。。。。

更新前

一考．文献[7]考

了

初始

符；KTD

器与后台数据共享密；日()

初始化段，器和

与后台数据共享密

；

向

私

器与后台数据

之的不安全通信，采用循

K。。

冗余校函数、异或操作及随机数生器，

了

Hash函数．

在

后台数据

立了会

、

器及

之

的

，并建

管理服系注册，

器中存 (Rm，Dm，

密

，但其共需要8次通信，且所有

K。。)，

后台数据

尺。D)．新

存

(瓦D。，‰)，在私管理服系

(R．D，K。。)和(正D．。，‰，

中采用文献[10]的方法解决同步

与后台数据共享一个秘密JIl(T— mark)，只要有

一个，就会影响系中其他的安全．

妥

Park等¨川提出基于私管理服

系

移

，后台数据保留更新前的状数据‰制，当

RFID服

的

私保方案和框架，但未

出具

失去同步后，后台数据使用％。．。重新同步．

体

．本研究以物网移 RFID服

用

背

系

景，

物

网中

之

、

器与私管理服

及会建立

‘’

‘一

。一

‘。RD

(7南，‰。"

x南，孟)

后台数据

私保

密

DID．

2．‘D’^■H{rID．

．N”NrKT0

‘D，*，川7．m，性，

authentication and

(privacy preserving

key agree-

．Ⅳr㈨)

私管理

5．RID．麒‘D'SiC)

．6．b俄‰· SiC)

子

ment

the internet of

protocol

things，PPAKA— IoT)，

4· BD’‰D(D 墨D'

系

数

晤台

麾D

器R

甜

ⅣR．‘n，SK)

、

器及信息服

系

一步安全通信提

供保障，也适用于一般RFID系

后台数据

函数、随机数生器、共享密

、

器与

采用哈希(Hash)

称加密算法来

同步

2川异m，‰，ⅣR。Ⅳr坼D)

SK2H(Rm，‰ⅣR，咋x一

之

的

．

h一。域k㈨

‰一2域bx

及

PPAKA· loT

，同

考

与后台数据

之

．

r’,n,a1．SZU edu．CFl

http：

lOU

万方数据

第2期

朱

玲。等：物网RFID系

私保三方

PPAKA— loT

步

步通信；否，表明

失

．

①

器生成随机数Ⅳ。，向

子

送

query

求，将尺。。和Ⅳ。

送

子

．

2安全性分析

②

子

生随机数ⅣT，算H(TlD，N。，

需达到的安全目有①在日()函数及共

享密 (坼。和K。。)安全的前提下，确保

息的机密性与完整性；②在随机数存在的前提下，

确保会的新性；③ 及会密

ⅣT，‰)，并将‰、Ⅳ，和日(L。，Ⅳ。，M，KTD)

送至

器．

信

m，％，

③

器加密后，将R。。和艮一(R

密

在

LD，ⅣT，H(五。，J7、rR，ⅣT，KTD))

后台数据

私管理服

送

私管理服

系

．

建立的同，能

在PPAKA— loT

足

不可追踪私要求．

中，器与后台数

的Hash函数及称加密算

信息的完整性及

器均采用随机数，且通 Hash

函数及随机数生会，确保会的新

性；符在每次

④

系

后台数据根据R，。

找

、

据

法

之

行

，采用

密

KRD， Ek。(RfD，NR，TID，NT，H(LD，ⅣR，ⅣT，

‰))解密，取尺m、Ⅳ。、乃D、坼和日(正。，

信息的通信，确保

机密性；

及

Ⅳ。，ⅣT，‰)．

一致，数据

R。。是否与接收的一致，如不

，停止；如

密

器

失

成功后通 Hash函数

一致，找是否存在瓦。(或瓦D一圳)与接收的LD

untraceabili·

更新，足广泛不可追踪(universal

一致，如不存在，表明

存在，判断此器是否被授

停止

失

，

停止

；如

，如无

ty)H’和前向不可追踪私要求．因此，PPAKA-10T

授

，

，表明

失

，

；如有

授

足安全目

。

用接收的正。算日(TID，N。，NT，KTD)，

以下采用GNY

性．其中，尺

理服

始化假；Tl、咒、死、PI、P2、P3、P4、FI、F10、“

，3、，7、尺．、-，。和厶等符号格遵循文献[12]中

【121 一步分析

的安全

是否与接收的日(正。，Ⅳ。，ⅣT，KTD)一致，若不

器；T ；D

子

私管

一致，表明

了

失

，

停止

器的合法性，并用接收的丁m

SK=H(RID'正D，N。，NT，‰)，加密

．否，数据

系

后台数据；A。～A∞表示第l一23个初

及

生会

密

后将DID和E‰(Dm，尺ID'ⅣR，TID，SK)

送

GNY

推理

的表示．

器．之后，若数据

更新数据：若本次

器和

成功，

理想化

采用的是L。。m 不需

消息1

消息2

尺_+r：query，RID，NR；

r— R：TI。，NT，H(五D，ⅣR，ⅣT，

要更新；否更新L。和以D-。ld，即算正D-一=日

(％，KTD)，更新TlD一。M=TID，TID=TID一一．

<KTD>)；

消息3

尺— }D：RID，t RID，NR，TID，NT，Ⅳ

⑤

器解密，

月。。和Ⅳ。是否正确，若

(LD，ⅣR，NT，<KTD>)}K；Rn

消息4

正确，

密

SK有效，算H(TI。，SK)，并

D— }R：DID，{DID，RID，ⅣR，nD，

将Rm和日(瓦D，SK)

送

．

子

；若

，表

尺++r}KR。；

明

失

，

停止

消息5

⑥

子

算SK=Ⅳ(R。。，乃D，Ⅳ。，坼，

尺_r：尺ID，日(TID，<R Hr>)；

‰)和H(TI。，SK)，

的相等，若不相等

H(TID，SK)是否与接收

，停止；若相

器和数据成功且

送瓦。和H(NR，SK)

消息6 _{T_R：LD，H(N。，<R}Hr>)．

初始化假

失

等，

密

子

I--R

AI指D KRD；A2指D KTD；A3指D

KTD

KRD

SK有效，并向

器

HD；A4指DI 7’HD；A5指Df羞咖(RIn)；A6指

KHD

会

密

更新TID=TID。。．

确信息，算Ti。。。=日(五。，‰)并

i-#(TID)；A7指R NR；AB指R KRD；A9指

RjRID；AIo指RImRHD；AII指R障毋(DlD)；A12

⑦

器

算日(N。，SK)，

它的一致，如一致，

SK，从而可利用会

SK是否与数

指R

Iz(D

据

送

确

了与

子

I---#(NR)；A13指R

Ij尺Hr)；A14指尺

I蕊D

f等D

I誉木；A15指Tj TlD；A16指T≥ K阳；A17指

共享会

密

行下一

rnal．SZU。edu．cr’1

http√。jou

万方数据

深圳大学学理工舨

第29卷

KI"D

R _{I!#(D帕，Rm，NR，}

％，R Hr，KRD)

NT；A18指TI-----FHD；A19指TI暑#(／Vr)；A20指

S鬈

／by

A舶Fl／(19)

I---／t

IjR

I--幸；A22指r障(D

Hr；A2I指TI--R

R _{Ii#(DID’RID，ⅣR，}

五D，R Hr)

I三木，

Ijr

Ij尺Hr)；A23指R

目的

o ^D

／by A12’FI／(20)

Rl--Dl～(Dm，RID，NR，TiD，RHr)夸RH丁

I--R

I一{R．。，IVR，五D，Nr，日(五D，ⅣR，

／by A8，A⋯ (15)，(18)，(19)，Ii／(21)

ⅣT，<KTv>)}怖；9 ^{DI-一TI～1-I(r,D，％，以，<}

I暑D I--=R

Hr／by A⋯ (21)，(20)，J2／(22)

TI--R

Rl 霞Hr；IIt

I三兄HF；o冠

KvD>)；o

目的。

I羞TI童R卜— 斗Z

推理

I-RHr

A13，(22)，，l／(23)

(24)

／by

由消息5可得

由消息1可得

(1)

(2)

(3)

_{T<I+日(瓦D，<R}Hr>)

rq"query， ID’+ⅣR

T<3

／by 7,／

T3(Rm兀D，ⅣR，ⅣT，‰)

RID’ⅣR

／by

Pl／

f弓只ID，ⅣR

／by(3)，A 4∽A】7'尸2／(25)

rI-----#H(R．D，正D，J『vR，ⅣT，‰)，即丁I三 (SK)

／by A19’FI，(25)，Flo／(26)

由消息2可得

(4)

尺q’孔D，’ⅣT，’Ⅳ(兀D，ⅣR，ⅣT，<‰>)

Tj日(RID’％，ⅣR，坼，‰)，即r弓SK

／by(25)，P+／(27)

足q瓦D，‰，H(En，ⅣR，／Vr，<‰>)

／by(4)，瓦／

R_{j瓦D，Ⅳt，日(正D，NR，ⅣT，<KTv>)}

(5)

(6)

／by(26)，F-／(28)

rI一#(五D，SK)

S菇

／by(5)，P。／

由消息3可得

rI R J一月．-_丁

／by(Z4)，(27)，A15．A∞，(28)，P2，13，L／(29)

D<I ID’+{RiD，NR，TiD，ⅣT，

日(正D，ⅣR，ⅣT，<Kvo>)}x。。

D<1’{足lD。ⅣR，tD。坼，露(rm，ⅣR，

／VT，<‰>)}KRD／by(7)，瓦／

Dq‘日(LD，ⅣR，Nr，<‰>)

目的。

(7)

(8)

I--R I------R— r

由消息6可得

／by(26)，(29)，A2l，厶／(30)

(31)

尺q‘t-t(NR，<R Hr>)

／by(8)，A。。己，疋／(9)

／by A，，(17)，只／(32)

冠j(ⅣR，SK)

目的。

R _{I一#(ⅣR，R}

Hr)

_7’>)夸RHr

／by(31)，(32)，(23)，(33)，厶／(34)

／by A12'FI／(33)

I--R

I一{Rlo，ⅣR，正D，，vt，

何(LD，ⅣR，Nr，<‰>)}‰。

／by(8)，Al，A3，A5，A6。霞l，Fl，jI／

尺I T

I一(ⅣR，<尺H

(10)

D<IRID'ⅣR，％，坼，H(TlD，NR，Ⅳt，<‰>)

目的。

／by(8)，Al，r3／(1

DjNR，％，Nr

／by(11)，疋，Pl。P3／(12)

冠t善T

I童尺Hr／by A2，，(34)．(33)，．12／<35)

9(％，ⅣR，IV，．‰)／by(12)，A2，P2／(13)

目的9

以上

推理，

能达到

目的o～o．

TI一Ⅳ(LD，ⅣR，ⅣT，<艮巾>)

效能分析

／by(9)，(13)。A4，A。，，。，厶／(14)

由消息4可得

根据Auto．ID中心的

数据可知，在

(15)

Rq’{Dm，Rm，JIvR。瓦D，R

H7'}‘曩D

美分

分，因此用于安全和私保

500— 5

，集成路芯片的成本不超 2美

路数不能超

700

／by(15)，‘，A8，死／(16)

R<IDm，Rm，ⅣR，‰，R

的

000个，而

路，一个随机数生器需数百个

路J 31．所以，PPAKA-IoT 低成本

一个Hash函数需l

j只Hf

／by(16)，Pl。P，／(17)

个

也

尺l 咖(DⅢ，Rm，J7vR，％，RHr)

／by AlI’RI／(18)

http√journat．SZLI．eciu．CFI

是可行的．

万方数据

第2期

朱

玲，等：物网RFID系

私保三方

表l PPAKA．10T

与AKAPI91、CHEN等

中

，

是可追踪的．减少种追踪机会，

人提出的

IoT

‘71效能比．由表1可，PPAKA．

持有者可定期

描

，使得

符成

合

佳，缺点是在两次

成功的

功更新．

效能比 Tablel

Efficiency comparison

of the

裹1

protocols

· Hash、Ban、Xor、CRC、Add、And分表示哈希函数、随机数生、异或、循冗余校函数、加法、

与操作

RFID authentication

for distributed database envi-

protocol

2nd international Conference on Secu．

ronment[C]／／ne

Pervasive

rity

Computing．Berlin：Springer— Verlng，

2005：70斟．

本研究在

、

器与私管理后台数据

L，Jan K，Chic

C F．Based on mobile RFID de-

[7]Chen

vice to

secure mutual authentication scheme for

Conference on

design

之

建立了私保三方

及会

及

密

，既

market

application[c]／／International

防止了

被非法

器

了

意追踪，也防止

者的私．安全

and

Broadband，Wireless

Computing，Communication

Ap．

了

假冒，从而保

携

plications．Los Alamit06(USA)：IEEE Computer Society，

2010：423．428．

性分析表明，

的．与相关

效能上具有一定的

能达到所需的安全目

和

目

在

P．Hash．based enhancement of location

identification devices

[8]Henrici D。Muller

行

比分析，PPAKA-loT

for

privacy

radio-frequency

using ^vai'-

2nd IEEE Annual Conference

and Communications．Los Alami·

．

ying identifiers[c]／／The

on Pervasive

Computing

基金目：国家自然科学基金

助

目(61001058．61 171072)

作者介：朱玲(1975-)，女( 族)．湖南省汝城人，深圳

tos(USA)：IEEE

Y，Li

Computer Society．2004：149-153．

a1．A

authen—

N。et

[9]He L，Gan

Security· provable

in BFID

大学博士研究，￡．E-mail：lynn— ．corn

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文：朱玲，建平，物网RFID系私保三方

[J]．深圳大学学理上版．2012．29(2)：95· 99．

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Computer Society，l

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J。Zhang

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J，Bai

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l st

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Work．

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International

Engi·

systems[C]／／The

in BFID

International

applications【C]／／The

in Location· based

Privacy

shop

Applications．Berlin：

neering．Piscataway(USA)：IEEE Press，2009：2440·

2443．

Springer-Verlag。2009：127-150．

based

[6]Rhee K．Kwak J，Kim S，et且1．Challenge-response

【中文

：英子；英文

：雨辰】

rnal．SZU．edu．crl

http：／／IOU

万方数据

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