RFID應(yīng)用系統(tǒng)中的Tag-reader安全通信協(xié)議

無(wú)線射頻識(shí)別(RFID)技術(shù)目前己被廣泛應(yīng)用，但其缺乏安全機(jī)制，無(wú)法有效地保護(hù)RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息。該文分析了RF1D技術(shù)在應(yīng)用中存在的安全及隱私問(wèn)題，提出了在RFID標(biāo)簽芯片計(jì)算資源有限的情況下解決這些問(wèn)題的一個(gè)安全通信協(xié)議。該協(xié)議利用Hash函數(shù)技術(shù)實(shí)現(xiàn)了防止消息泄漏、偽裝、定位跟蹤等安全攻擊。

　　由于文章技術(shù)符號(hào)較多，文末提供PDF下載鏈接，部分原文如下：

　　1 無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)簡(jiǎn)介

　　無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)(radio frequency identification，RFID)或稱電子標(biāo)簽技術(shù)是從二十世紀(jì)六七十年代興起的一項(xiàng)非接觸式自動(dòng)識(shí)別技術(shù)。它利用射頻方式進(jìn)行非接觸雙向通信，以達(dá)到自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)的目的，具有精度高、適應(yīng)環(huán)境能力強(qiáng)、抗干擾性強(qiáng)、操作快捷等許多優(yōu)點(diǎn)。最基本的RFID 系統(tǒng)主要由下面3部分組成：

　　(1)標(biāo)簽(tag)：又稱電子標(biāo)簽、智能卡、識(shí)別卡或標(biāo)識(shí)卡，由嵌入式微處理器及其軟件、卡內(nèi)發(fā)射與接收天線、收發(fā)電路組成。標(biāo)簽為信息載體，含有內(nèi)置天線，用于和射頻天線問(wèn)進(jìn)行通信。

　　(2)閱讀器(reader)：讀取／寫入標(biāo)簽信息的設(shè)備。

　　(3)后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)(backend)：用于存儲(chǔ)標(biāo)簽標(biāo)識(shí)所對(duì)應(yīng)的相關(guān)數(shù)據(jù)。

　　一般情況下，閱讀器和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)之間的通信可以認(rèn)為是安全可靠的，本文將二者等同看待。

　　2 RFID面臨的安全問(wèn)題

　　無(wú)線射頻識(shí)別技術(shù)的應(yīng)用雖然十分廣泛，但其存在一個(gè)不可忽視的隱患——安全機(jī)制。沒(méi)有可靠的安全機(jī)制，就無(wú)法有效保護(hù)RFID標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)信息。目前，RFID的安全性已經(jīng)成為制約RFID廣泛應(yīng)用的重要因素。針對(duì)RFID的主要安全攻擊可簡(jiǎn)單地分為主動(dòng)攻擊和被動(dòng)攻擊2種類型。

主動(dòng)攻擊主要包括：

(1)從獲得的RFID標(biāo)簽實(shí)體，通過(guò)逆向工程手段，進(jìn)行目標(biāo)RFID 標(biāo)簽重構(gòu)的復(fù)雜攻擊；

(2)通過(guò)軟件，利用微處理器的通用通信接13，通過(guò)掃描RFID標(biāo)簽和響應(yīng)閱讀器的探詢，尋求安全協(xié)議、加密算法以及它們實(shí)現(xiàn)的弱點(diǎn)，進(jìn)而刪除RFID標(biāo)簽內(nèi)容或篡改可重寫RFID標(biāo)簽內(nèi)容的攻擊；

(3)通過(guò)干擾廣播、阻塞信道或其他手段，產(chǎn)生異常的應(yīng)用環(huán)境，使合法處理器產(chǎn)生故障，拒絕服務(wù)的攻擊等。

被動(dòng)攻擊主要包括：通過(guò)采用竊聽或非法掃描等技術(shù)，獲得RFID標(biāo)簽和識(shí)讀器之間或其他RFID通信設(shè)備之間的通信數(shù)據(jù)，跟蹤貨品流通動(dòng)態(tài)等。

　　攻擊者通過(guò)對(duì)RFID系統(tǒng)中的標(biāo)簽、標(biāo)簽中存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)以及標(biāo)簽與閱讀器之間的通信實(shí)施主動(dòng)攻擊或被動(dòng)攻擊，將使RFID系統(tǒng)面臨非常巨大的安全風(fēng)險(xiǎn)。

　　RFID系統(tǒng)中最主要的安全風(fēng)險(xiǎn)是“數(shù)據(jù)保密性”。顯然，沒(méi)有安全機(jī)制的RFID標(biāo)簽會(huì)向鄰近的識(shí)讀器泄漏標(biāo)簽內(nèi)容和一些敏感信息。由于缺乏支持點(diǎn)對(duì)點(diǎn)加密和PKI密鑰交換的功能，在RFID系統(tǒng)應(yīng)用過(guò)程中，攻擊者有許多機(jī)會(huì)可以獲取RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)。RFID系統(tǒng)中的另一個(gè)安全風(fēng)險(xiǎn)是“位置保密性”。如同個(gè)人攜帶物品的商標(biāo)可能泄漏個(gè)人身份一樣，個(gè)人攜帶物品的RFID標(biāo)簽也可能會(huì)泄漏個(gè)人身份，通過(guò)識(shí)讀器就能跟蹤攜帶系列不安全RFID標(biāo)簽的個(gè)人。此外，攻擊者還可以利用偽造標(biāo)簽代替實(shí)際物品來(lái)欺騙貨主，使其誤認(rèn)為物品還在貨架上。攻擊者也可能通過(guò)篡改RFID標(biāo)簽上的數(shù)據(jù)，用低價(jià)物品標(biāo)簽替換高價(jià)物品標(biāo)簽，以此來(lái)獲取非法利益。

　　3 基于Hash函數(shù)的安全通信協(xié)議
　　…………
　　(5)對(duì)通信內(nèi)容的保護(hù)。因?yàn)閰f(xié)議首先對(duì)tag和backend進(jìn)行了相互認(rèn)證，通過(guò)認(rèn)證的雙方在協(xié)議的第(4)步進(jìn)行了會(huì)話密鑰的傳遞，而且此密鑰將用于本次會(huì)話時(shí)的數(shù)據(jù)傳輸加密，所以攻擊者即使能夠竊聽到tag和reader之間的通信數(shù)據(jù)，也無(wú)法獲取其真實(shí)內(nèi)容。

　　5 結(jié)束語(yǔ)

　　目前已有不少關(guān)于RFID系統(tǒng)的安全問(wèn)題的協(xié)議和方案公開發(fā)表，但是其中的絕大多數(shù)只是針對(duì)安全問(wèn)題的某些方面，并沒(méi)有一個(gè)成熟的完整解決方案。而另一方面，受到被動(dòng)式標(biāo)簽芯片性能和運(yùn)算能力的限制，一些比較成熟和先進(jìn)的加密算法如AES、RSA、橢圓曲線密碼等近期內(nèi)還無(wú)法運(yùn)用到RFID標(biāo)簽的加密中。

　　本文提出的RFID 安全通信協(xié)議基于傳統(tǒng)的challenge—response框架，其采用的Hash函數(shù)對(duì)標(biāo)簽芯片的計(jì)算能力要求較低，比較適用于目前的實(shí)際情況和成本控制目標(biāo)。同時(shí)，該協(xié)議的框架具有向后兼容公鑰密碼體制的特性，當(dāng)今后標(biāo)簽芯片性能可以支持某些公鑰密碼算法時(shí)，可以方便地將Hash函數(shù)部分改為公鑰密碼算法，而對(duì)于協(xié)議的執(zhí)行步驟，只須做少許改動(dòng)即可。