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基于RFID系统认证协议与加密算法的研究

作　者: 李雪峰
导　师: 白恩健
学　校: 东华大学
专　业: 通信与信息系统
关键词: 无线射频识别(RFID) 隐私安全流密码算法认证协议
分类号: TP391.44
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 422次
引　用: 4次
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内容摘要

射频识别技术(Radio Frequency Identification,简称为RFID)是利用射频原理通过非接触式双向通信方式来交换数据以识别目标的一项技术。具有识别距离远、识别速度快、能实现多目标识别和移动目标识别,具有穿透和绕射能力等优点,在接入控制、产品防伪、动物追踪、物流和资产管理、货物采购与分配、医学应用等多个领域都具有巨大的应用潜力。但是射频识别系统面临着诸如伪造、窃听、重放攻击、标签信息篡改以及功耗分析攻击等安全威胁,其目标跟踪功能更可导致严重的隐私保护问题。这两个问题已经成为制约RFID技术全面推向市场的重要因素。本文重点研究了RFID系统中的两种类型的安全威胁问题:(1)射频标签中数据的安全威胁;(2)阅读器和射频标签通信链路上的安全威胁。本文首先描述了RFID系统对安全和隐私保护的需求,并强调了实现这些目标所需的硬件环境,然后分析了现有解决方案的优势与不足。针对上述两种类型的安全威胁问题,论文从以下三个方面取得了研究进展:(1)提出了RFID系统数据安全和通信链路安全的总体解决方案。综合描述了阅读器与射频标签身份认证、数据机密性保护和数据完整性验证三个信息安全要素的实现方法。(2)提出了双向安全认证协议。该协议用于实现阅读器与射频标签的身份认证,它能在每次认证完成后自动更新通信密钥,能有效的解决隐私、重放、前向安全性、同步性、不可分辨性与位置跟踪及所有权转移等安全需求。在此认证协议中只用到了流密码算法,具有安全性能高、成本低和高效等优点。(3)改进了一个轻量级流密码算法。该算法是Grain算法的改进版本,用于认证协议及数据的机密性保护,在保证其原有快速和轻量级的优点上,进一步加强了该流密码算法的安全性能。

全文目录

摘要  5-7
ABSTRACT  7-12
第一章绪论  12-19
  1.1 RFID的技术发展  12-13
  1.2 RFID的应用现状及发展趋势  13-16
    1.2.1 应用现状  13-15
    1.2.2 发展趋势  15-16
  1.3 RFID面临的安全问题  16-17
  1.4 论文的主要研究内容及组织结构  17-19
    1.4.1 论文的主要研究内容  17-18
    1.4.2 论文具体安排  18-19
第二章 RFID系统结构及标准  19-29
  2.1 引言  19
  2.2 EPC Global组织及相关标准  19-21
  2.3 RFID系统技术基础  21-25
    2.3.1 RFID系统的构成  21-24
    2.3.2 RFID系统工作流程  24-25
  2.4 RFID系统工作的技术原理  25-28
    2.4.1 相关电磁场基本原理  25-26
    2.4.2 RFID的通信基础原理  26-27
    2.4.3 电感耦合原理  27-28
  2.5 小结  28-29
第三章基于密码学的RFID安全方案  29-43
  3.1 引言  29
  3.2 信息安全基本要素及其原理  29-34
    3.2.1 认证  30-31
    3.2.2 数据机密性  31-33
    3.2.3 数据完整性  33-34
  3.3 对称加密基本原理  34-36
    3.3.1 对称密码体制  34-35
    3.3.2 流密码加密的一般原理  35-36
  3.4 RFID系统安全解决方案  36-42
    3.4.1 RFID系统的安全性分析  37-38
    3.4.2 方案的简要回顾  38-40
    3.4.3 RFID系统认证方案  40-42
  3.5 小结  42-43
第四章基于RFID安全认证协议设计  43-51
  4.1 引言  43
  4.2 RFID系统安全隐患  43-44
  4.3 现有认证协议分析  44-47
    4.3.1 改进后的3次握手认证协议  44-45
    4.3.2 随机Hash锁方案(Randomized Hash-Lock)  45-46
    4.3.3 一种基于对称加密的认证方案  46-47
  4.4 基于流密码的安全认证协议  47-49
  4.5 认证协议安全性与工作效率分析  49-50
  4.6 小结  50-51
第五章基于RFID系统的流密码算法设计  51-70
  5.1 引言  51
  5.2 ECRYPT背景介绍  51-52
  5.3 Grain流密码背景  52-54
    5.3.1 Grain算法简要描述  52-53
    5.3.2 Grain算法的改进点分析  53-54
  5.4 算法设计细节  54-62
    5.4.1 算法中间流程的细节描述  54-55
    5.4.2 算法的初始化流程  55-57
    5.4.3 带完整性检验的改进Grain方案  57-58
    5.4.4 改进Grain方案的解密流程  58-59
    5.4.5 吞吐量与算法提速方案  59-60
    5.4.6 安全性能更进一步提升方案  60-62
  5.5 所占硬件资源复杂度分析  62-63
  5.6 性能测试指标  63-65
    5.6.1 长密钥流的加密速率  63-64
    5.6.2 包加密速率  64
    5.6.3 灵敏度  64
    5.6.4 密钥位和初始化设置  64-65
  5.7 算法性能测试结果  65-69
  5.8 小结  69-70
第六章总结与展望  70-72
  6.1 总结  70
  6.2 展望  70-72
参考文献  72-77
致谢  77-78
攻读硕士期间参加的项目和发表的论文  78-79
附录部分程序清单  79-83

基于RFID系统认证协议与加密算法的研究

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