【 ｂｔ ｃ】 ｅｕｉ ｒｂ ｍ ＦＤｓｓ ｍ ｓｏｌ ｂ ａ ｔｎｉ ，ｈｅｔ ｉ ｌ ｕｅ ｆ ａｉ ＦｅｕｎｙＩｅｔ ｃｔ ｎ Ｒ Ｉ ）ｅｈｏ ｇ Ａ ｓ ａｔ Ｓｃｒ ｐｏｌ ｓ ｆ Ｉ ｔ ｈｕ ｅｐｉ ａｅｔｎ ｗ ｉ ｅｗｄ ｙ ｓ ｏ ｄｏ ｒ ｅｃ ｎｉ ａｏ （ ＦＤ ｔ ｎｌ ｙｉ ｒ ｔ ｙ ｅ ｏＲ ｙｅ ｄ ｄ ｔ ｏ ｌ ｈ ｅ ｄ Ｒ ｑ ｄ ｆ ｉ ｉ ｃ ｏ ｓ
认证协议 ， 这类 协议的安全性都是 由 Ｈ ｓ ａｈ函数 的单 向性
是一种非接触式 的 自动识别技术 ， 通过无线射频的方式读 来保证的。Ｈ ｓ ａｈ函数 的单 向性 即输入值 经过哈希运算可 取和接收信息 ， 达到 自动识 别 的 目的… 。一个 Ｒ Ｉ ＦＤ系统 以得出唯一 的输 ｆ值 ， Ｉ 但是反过来无法根据输 出值得到输 ｌ 包括标签 、 读写器和后台数据库 ３部分。由于标签和阅读 入值 ， 攻击 者即使从尤线信道 中提取 到经过 Ｈ ｓ ａｈ运算后
啊
．Ｎ 丌Ｇ ． 鸶
■鞠载蠢
ｉ ｔｏ ｎ ｉ… ｎ Ｔｉｎ
【 本文献信息 】游 相柏 ， 刘毅 敏 ． ＦＤ安全认证协议 研究 ［］ 电视技术 ， １ ， （５ ＲＩ Ｊ． ２ ２３ １ ） ０ ６
Ｒ Ｉ 安全认证协议研究 ＦＤ
游相柏 ， 刘毅敏
（ 武汉科技 大学 信息科 学与工程学院， 湖北 武汉 ４ ０８ ） ３０ １
。下文主要讨论基于密码 能解决一些安全问题 ， 但仍然存 在安全隐患。
． 机制的 Ｒ Ｉ ＦＤ安全认证 协议 。保证 密码机 制安全 最常用 １２ 密钥矩阵安全协议
的工具有两种 ： 哈希 函数和 随机数 ， 利用哈希 函数运算不
基 于密钥矩阵的认证 协议 的基本 原理是基 于模 Ｐ
ＹＯＵ ａ ｇ ａ ， Ｉ Ｙｉ ｎ Ｘｉｎ ｂ ｉ Ｌ Ｕ ｍｉ
（ ｏｅｅｆＩｏ ａｏ ｃｎｅ ｎ ｎｉｅｎ ，ｕａ ｎ ｅｉ Ｓｉｃ ａ ｅ ｎｌ ｙＷ ｈｎ ３０１Ｃｉ ） Ｃｌｇ ｎ ｒ ｔｎ ｉ ｃａｄ ｇ ｅ ｉ Ｗ ｈｎＵｉｒｔｏ ｃｎｅ ｎ Ｔ ｈｏ ｇ ，ｕａ ０８ ，ｈ ａ ｌ ｏ ｆ ｍ ｉ Ｓ ｅ Ｅ ｎ ｒｇ ｖｓｙｆ ｅ ｄ ｃ ｏ ４ ｎ
可逆的特性 和 随机 数 的不确定 性保 证数 据传输 的安 全。 逆矩阵的不 唯一性和 Ｉ Ｄ动态更新机制 而提出的 。若有 ２ 为 了确保 Ｒ Ｉ ＦＤ系统的安全 ｌ 很多认证协议还引进 了 Ｉ 个 １ 生， Ｄ ２ 阶方阵 Ａ和 曰满足 ： Ｂ Ｂ ＝Ｉ ｏ Ｐ。其中 Ａ Ａ ｍ ｄ
，
表示为密钥矩 阵 。 和 的逆 ；
为加密密钥 矩 阵，
， 作 为解 密密 钥矩 阵。用 等式 巧
Ｘ来 解密。数据库对 标签
Ｓ Ｎ表示为标签 中的同步标志 ； Ｙ
Ｘ ＝ Ｓ给 加密 ， Ｓ ＝ 用
Ｒ 表示 为读写器产生的随机数 ； 表示 为标签发送的信息 ； 和 表示为读写器发给标签 的信息 ；
表示为标签产生 的随机数 ；
。， ：
进行认证后 ， 重新选择一个新 的密值 ， 并用 分别加密新 的密值和旧的密值 ， 然后将加密后 的数据 ｙ和 ｚ通过读写 器转发给标签 ， 标签对读写器认证 ， 认证通 过则将 自己的
密值 更新 为新 的密值 。该协议在 认证过程 中传送 的都是 会话都动态更新密值 ， 有很好 的安全 Ｉ 具 生。
表示为对读写器 中的原密值和新密值加密后
加密后的数 据 ， 实现标签 和读 写器 的双向认证 ， 且每次 的值 。 并
２ ２ 协议描述 ． 自同步 的协议在原来协议的基础上引入了两个随机数
和Ｒ ， 同时在数据库端增加 了一个记录用来保存上次认 证后 的密值 。 在认证过程 中， 数据库需要判断上次认证 结束后标签 的密值更新是否完成 ， 如果没有完成 ， 利用 来 对标签进 行认 证 ， 使认 证双 方恢 复 同步。在 正常 的情 况 下， 随机数 Ｒ 和 Ｒ 不会起作 用 ， 只有认 证 出现不 同步时
密值更新 不同步 的问题 。
【 关键词】Ｒ Ｉ 密钥矩阵； ＦＤ； 自同步； 安全认证 【 中图分类号】Ｔ ３９ Ｐ０
【 文献标识码】Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｙｐ ｏ ｒ ｐ ｉ ｏ ｏ ｏ ｓｆ ｓ ａ ｃ ｎ Ｃｒ ｔ ｇ ａ ｈ ｃ Ｐｒ ｔ ｃ ｌ ｏｒ ＲＦＩ Ｄ
ｂ ｏ ｈ ｒａ ｏ ｖ ｎ ｅ ｃ ｏ ｐ ｏ ｌ Ｓ ｌ ｅ Ｓ ｖ ｒ ｌＣ Ｉ Ｕ ｎ ｓｃ ｉｙ ａ ｔ ｅ ｔｃ ｔ ｎ ｐ ｏｏ ｏｓｆｒ ＲＦ Ｄ ｙｔｍ ｒ ｎａｙ ｅ ｒｕｇ ｔｇｅ ｔｃ ｎ ｅ ｉｎ ｅｔ ｅ ｐｅ’ ｉ ． ｅ ｅａ ＯＴ Ｏ ｅｕｒ ｕｈ ｎｉａｉ ｒｔｃ ｌ ｏ Ｉ ｓ ｓｅ ａｅ ａ ｌｚｄ． Ｇｉｅ ｈｅ ａｙ ｃ ｒ ｎ ｕ ｆ Ｅ ｔ ｏ ｖ ｎｔ ｓｎｈｏ ｏｓ ｐｏ ｌｍ ｆｔｅｓ ｃｅ ａｕ ｐ ａｉｇ ｉ ａ ｎ ａａ ａ ｅｏ ｈ ｅ ｔ ｘｓ ｃ ｒｔ ｕ ｈ ｎｉａｉｎｐ ｏｏ ｏ ， ｅｆｓｎ ｈｏ ｏ ｓｓ ｃ ｒｔ ｕｈ ｎｉａｉｎ ｐ ｏ ｒ ｂｅ ｏ ｈ ｅ ｒ ｔｖ ｌｅ ｕ ｄ ｔ ｎｔｇ ａ ｄ ｄ ｔｂ ｓ ｆｔｅ ｋ ｙ ｍａｒ ｅ ｕ ｉ ａ ｔｅ ｔ ｔ ｒｔｃ ｌ ａｓ ｌ ｙ ｃ ｒｎ ｕ ｅ ｕｉｙａ ｔｅ ｔ ｔｏ ｒ— ｎ ｉ ｙ ｃ ｏ ｃ ｔｃ ｌｉ ｕ ｏｗａｄ．Ｗ ｈ ｎ ｔｅｓ ｃｅ ａｕ ｎｔ ｅｔｇ ａ ｄｄａａ ａｅｕ ｄ ｔ ｙ ｃ ｒ ｎ ｕｌ ｔｅＩ ｗ ｒｔｃ ｌａ ｔｍａｉ ａ ｋ ｈ ｅ ｙ ｃ ｒ ｎｚ ｕｏ ｏ ｏ ｓｐ ｔｆｒ ｒ ｅ ｈ ｅ ｒ ｔ ｌ ｅｉ ｈ ａ ｎ ｔｂ ｓ ｐ ａｅａ ｎ ｈｏ ｏ ｓｙ，ｈ ｌ ｐｏｏ ｏ ｕｏ ｔ ｃ ｎｍａ ｅｔ ｅｋ ｙｓ ｎ ｈｏ ｉｅａ ｔ— ｖ ｓ ｅ ｃ
认证步骤如下 ：
１ ）读写器产生一个 随机数 Ｒ ， 向标签发送认证请 并
ｕｒ ｙ和随机数 。 再是安全的或者合法的标 签会被拒绝 ， 这是系统所不希望 求 Ｑ ｅ ２ ）当 Ｓ Ｎ ＝ 时， Ｙ ＝１ 标签计算 ＝ ｌ ； Ｋ 如果 Ｓ Ｎ ＝ Ｙ ＝ 发生 的。为 了解 决 这 一 问题 ， 文 提 出 一 种 自 同步 的 下
【 ｅ ｏｄ 】Ｒ Ｉ ｋｙｍ ｔｘｓｆｓ ｃｒｎ ｉ ； ｃｒｙａｔ ｎｃｔｎ Ｋ ｙｗ ｒｓ ＦＤ； ａｉ； ｌ ｙ ｈ ｉｎ ｓ ｕ ｔ ｕ ｅｔａｏ ｅ ｒ ｅ － ｎ ｏ ｚｇ ｅ ｉ ｈ ｉ ｉ
Ｒ Ｉ Ｒ ｄｏＦｅｕｎｙＩｅｔ ｃｔ ｎ 无线 射频识别 ） ＦＤ（ ａ ｉ ｒ ｅｃ ｄｎｉ ａ ｏ ， ｑ ｉ ｆ ｉ
器之 间通过无线链路来交换数据 ， 容易受到外部环境的干 的值也很难 反向计算 ｆ Ｈ ｓ 运算之前 的有效值 。最典 型 ｛ ａｈ Ｉ 扰和攻击者的恶意 攻击 ， 在 着很 大 的不安 全性 。随着 的 ３种 比较 简 单 的基 于 Ｈ ｓ 存 ａｈ函数 的 Ｒ Ｉ ＦＤ认证 协 议是
才需要使用这两个随机数来保证数据交换的安全。
图 １ 密 钥 矩 阵 协 议 原 理 图
初始状态 时 ， 标签 中存储 的值包括密值 ． 密钥矩阵 ｓ、
、
但是 ， 该协议 并 没有考 虑 到标签 和数 据库 的密值 更
密钥矩阵 巧 和一个 同步标志Baidu NhomakorabeaＳ Ｎ。 Ｙ Ｙ Ｓ Ｎ为 ０表示标
动态更新的方法 。 １１ 几种基于密码的安全机制的分析 ．
Ｊ ｎ阶单位矩 阵， 为 则称 为 Ａ 的模 Ｐ逆矩阵 。
基于密钥矩阵的安全认证协议原理 如 图 １ 示。设 所 ／阶方阵 Ｋ 和 ， Ｚ 它们都存在模 Ｐ逆 矩阵 。设与 ，
基于哈希 函数 的认证 协议是研究较多的一类 Ｒ Ｉ ＦＤ
值 ｓ。当读 写器下次给该标签发送认证请求 Ｑ ｅ ｕｒ ｙ时， 标
签返 回的应答信号 和上 次传送 的信 号是相 同的 ， 一方 面 ，
数据库 中的密值 已经被更 新 ， 签无法通 过认证 ； 标 另一方
面， 即使标签能够通 过认证 ， ＦＤ系统将 变得不安 全 ， ＲＩ 攻 击者很容易 实现假 冒或重传攻击 。
为 表示标签密值更新成功 。数据 新不同步的问题 。假设读 写器 向标签传送 ｙ和 ｚ的过程 签上次密值更新失败 ； １
ｓ 和 外 ， 还存有前一 次会话 的密 中受 到攻击者 的恶意攻击 ， 导致标签无法正确 地接收到 ｌ 库 中除 了存储 ， ， ， 。自同步的安全认证协议原理如图 ２所示。 和 ｚ， 那么标签对读写器 的认证无 法通过 ， 标签不更 新密 值 。
ａｈ Ｌｃ 随 ａｈ Ｌ ｃ Ｈ ｓ— ｈｉ ｎ ＲＩ ＦＤ的广泛应用 ， ＦＤ系统 中的信息安全 和隐私问题逐 Ｈ ｓ— ｏｋ协 议 、 机 Ｈ ｓ— ｏｋ协 议 … 、 ａｈ Ｃ ａ ＲＩ
渐 凸显 出来 ， 益受到人们的重视 。 日
协议 ¨ 。其 中随机 Ｈ ｓ— ｏｋ协议 …是 对 Ｈ ｓ— ｏ ｋ Ｊ ａｈ Ｌｃ ａｈ Ｌ ｃ
ｍ ｔ ａ ｙ ａｄｔ ｙｃ ｒ ｏ ｓ ｒ ｌ ｆｈ ｃｅ ｖ ｕ ｐ ａ ｎ ｇ ｎ ｔ ａ ｌ ｄｅ ｅｔ ｅ ． ａ ｃｌ ， ｅａ ｎ ｈｏ ｕ ｐｏ ｅ ｏ ｅｓ ｒ ａ ｅ ｄ ｔ ｇｉ ｔ ｄｄ ａ ｓ ｉ ｓ ｖ ｆ ｃ ｖｌ ｉ ｌ ｎ ｈｓ ｎ ｂ ｍ ｔ ｅ ｔ ｌ ｕ ｉ ｎ ａ ａ ａ ｂｅ ｓ ｏ ｅ ｉ ｙ
ａｈ Ｃ ａ ｎ协议 ～ 引入 了 Ｉ Ｄ动态更新 目前 ， 针对 Ｒ Ｉ ＦＤ系统中存在 的安全 隐患所采用 的安 的计算复杂度 。Ｈ ｓ— ｈｉ 结合 。通 常采 用 的物 理 机 制 主要 有 Ｋｌ命 令 、 ｃｉ 复杂度和成本 。由于上述 ３ ｉ ｌ Ａ ｔｅ ｖ 种认证协议都 比较简单 ， 虽然
【 摘 要 】无 线射频识别 （ ＦＤ 技术 的广 泛应用给人们 的生活 带来 了极大方便 ， Ｒ Ｉ 系统 中的安全 隐患也 应得 到重视 。分 Ｒ Ｉ） 但 ＦＤ 析 了几种常用 的 Ｒ Ｉ ＦＤ安全认 证协议 ， 针对 密钥 矩阵安全认证 协议 中密值更 新 出现不 同步 的问题提 出了一种 自同步 的安全认 证 协 议。 当标 签和数据库之 间的 密值更 新 出现不 同步 时， 该协议 能够 自动使标 签和 数据库 重新 同步， 有效 解决标 签和 数据 库之 间
基金 项 目： 国家 自然 科学基金青 年科学基金项 目（ １０ ２ ５ ６ １４ １ ）
１ ４ 《 技术》 ６ ０ 电视 第３卷第１期（ ５ 总第３１ Ｉ ９ 期） 投稿网 ｔ：ｗｗＶ ｅＥｒ 址ｈｐ／ｗ ．ｄｏ．ｌ ｔ／ ｉ Ｃ
Ｔ Ｍ ． 麓 Ｒ ．Ｎ 丌Ｇ 悲
相对应的一个模 Ｐ逆矩 阵分别为 和 巧 将 ， 作 ，
２ 自同步 密钥矩 阵 Ｒ Ｉ ＦＤ安 全认 证 协议
从上述分析可以看 出， 文献 ［ ］ ６ 中的密钥矩 阵安全协 议无法保证 系统的安全可靠 ， 存在安全 隐患。当标签与数
据库的密值 同步更新受到攻击 时 ， 在下次认证 时系统将不
图 ２ 自同步 的 密钥 矩 阵协 议原 理 图
１ 相关 Ｒ Ｉ ＦＤ安全 认 证协 议 的分析
全机制可以划分为 ３类 ： 物理方法 、 密码 机制 以及 两者 的 ｉ ｍ ｎ 、ｌ ｋｒ ａ 等方式 ａ ｉ Ｂｏ ｅ ｇ ｍ ｇ ｃ ｔ
协议 的 自同步 ， 协议 为 了提 高系 统 的安 全性 在认证 该 过程 中引入 了随机数 ， 是随机数的引入大大增加 了系统 但 的概念 ， 该协议在提高安全性的同时 也大大增加 了系统 的