專利名稱：用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法
技術(shù)領域：
本發(fā)明屬于射頻識別通信領域，特別涉及用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法。
背景技術(shù)：
射頻識別(Radio Frequency Identification，簡稱RFID)技術(shù)是近年來發(fā)展迅猛的一個領域。在過去的十年間，射頻識別經(jīng)歷了一個飛速迅猛的發(fā)展期。在今后五年內(nèi)，標簽的用量將從百萬枚增加到十億枚。而成本方面，目前$0.50--$1.00/片的RFID產(chǎn)品已經(jīng)相當成熟，預計在未來兩年內(nèi)，單片成本有望降低到$0.05--$0.10左右。成本的大幅下降必將更進一步地加快RFID占領市場的腳步。RFID系統(tǒng)目前在安全控制、藥品監(jiān)控、票務應用、公共交通、動物識別、工業(yè)自動設備等各個領域越來越廣泛的應用。隨著信息量成幾何級數(shù)的飛速飆升，高效安全地信息讀取處理已經(jīng)成為了人們關(guān)注的重點。
RFID系統(tǒng)按照標簽上是否含有數(shù)據(jù)電源，可分為有源標簽RFID系統(tǒng)和無源標簽RFID系統(tǒng)兩類。本發(fā)明針對無源標簽RFID系統(tǒng)提出，圖1所示為一個標準的無源標簽RFID系統(tǒng)，該系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、讀卡器和標簽(又叫應答器)三部分構(gòu)成。
讀卡器由模擬前端、數(shù)字邏輯控制單元、數(shù)據(jù)存儲單元以及數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換的接口四部分組成。模擬前端是讀卡器的發(fā)射接收裝置，包含調(diào)制電路、解調(diào)電路，讀卡器通過射頻電波與標簽進行通信，通信距離視系統(tǒng)所選擇的頻段而異，從幾十厘米到幾十米不等；數(shù)字邏輯控制單元負責對整個系統(tǒng)進行用于調(diào)度控制，進行指令的發(fā)送與數(shù)據(jù)的發(fā)送、接收及解析；數(shù)據(jù)存儲單元用于存放數(shù)字邏輯控制單元在對整個系統(tǒng)進行調(diào)度控制的過程中可能用到的數(shù)據(jù)信息。數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)大多來源于數(shù)據(jù)庫；數(shù)據(jù)交換接口用于連接讀卡器和數(shù)據(jù)庫，讀卡器通過該接口實現(xiàn)與數(shù)據(jù)庫之間的數(shù)據(jù)交互。
讀卡器的主要功能可以概括為四點一是從標簽中讀取所需的數(shù)據(jù)信息；二是對標簽的數(shù)據(jù)存儲單元進行數(shù)據(jù)寫入操作；三是與數(shù)據(jù)庫進行數(shù)據(jù)交換；四是針對無源標簽RFID系統(tǒng)，讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)信息的同時，為其提供工作所需的電源及時鐘同步信號。
標簽由模擬前端、數(shù)字邏輯處理單元和數(shù)據(jù)存儲單元三部分組成。模擬前端包含天線部分、調(diào)制電路、解調(diào)電路、時鐘恢復電路和電源恢復電路五個子電路。天線部分接收讀卡器發(fā)送的數(shù)據(jù)信息同時將標簽的應答信號發(fā)送給讀卡器；調(diào)制電路接收來自標簽內(nèi)部數(shù)字處理單元的數(shù)據(jù)信息，調(diào)制后經(jīng)天線發(fā)送到讀卡器；解調(diào)電路接收來自讀卡器的數(shù)據(jù)信息，解調(diào)后送入標簽的數(shù)字邏輯處理單元進行處理；時鐘恢復電路用于從數(shù)據(jù)信息中獲取時鐘信息，作為標簽的數(shù)字邏輯電路部分的時鐘信號使用；電源恢復電路用于從數(shù)據(jù)信號中恢復出標簽整個電路工作所需的工作電壓。無源標簽RFID系統(tǒng)的標簽部分的數(shù)字邏輯單元多采取狀態(tài)機的處理形式，負責對模擬前端解調(diào)得到的數(shù)據(jù)進行處理，同時依照協(xié)議將需要返回的數(shù)據(jù)傳送到模擬前端的調(diào)制單元。數(shù)據(jù)存儲單元用于存放每個標簽特有的數(shù)據(jù)信息，如標簽的序列號等。
在掀起人們生活方式的再一次巨大變革的同時，RFID也給人們帶來了新的安全隱患。RFID系統(tǒng)的安全隱患主要來源于三方面威脅一，未經(jīng)授權(quán)的讀卡器非法地讀出、改寫及復制標簽上數(shù)據(jù)的行為，未被授權(quán)的或用于其它RFID系統(tǒng)的讀卡器對標簽內(nèi)的數(shù)據(jù)載體中的內(nèi)容進行修改將對系統(tǒng)管理造成極大的威脅，同時，惡意的模仿系統(tǒng)讀卡器對標簽數(shù)據(jù)進行竊取和篡改更將對整個系統(tǒng)造成極大的影響；威脅二，未經(jīng)授權(quán)的標簽企圖通過某一特定讀卡器獲得認證的行為，雖然隨著識別系統(tǒng)科技含量的增高，偽造證件、票據(jù)變得困難重重，但是并沒能，或者說根本不可能從根本上扼殺偽造的問題，而當RFID產(chǎn)品被用于身份證、銀行、門禁等領域后，對偽造RFID標簽的防范的需求愈來愈迫在眉睫；威脅三，通過竊聽無線通信信道獲取信息，竊聽無線信道是非法入侵者經(jīng)常采取的手段。
現(xiàn)有的RFID通信協(xié)議中，沒有對安全問題進行有效的防范。最近一兩年來國內(nèi)外針對RFID系統(tǒng)的安全防范課題有了越來越多的研究。針對威脅三目前采取的手段主要是通過對無線信道傳輸?shù)拇a流進行加密等處理，這在一定程度上加大了第三方破譯通過竊聽非法獲取的數(shù)據(jù)信息的難度。而針對威脅一和二，目前普遍的做法是針對具體的協(xié)議和應用加入一定的身份驗證處理。針對低成本的無源標簽RFID系統(tǒng)的驗證機制研究較少，且已有的安全方案針對性較強，沒有通用性加密驗證方法。
已有的、針對威脅一和二的RFID系統(tǒng)加密驗證方法均使用傳統(tǒng)的三次驗證機制。圖2所示為基于傳統(tǒng)的三次驗證機制的、目前已有的RFID系統(tǒng)加密驗證方法的流程圖，圖中RA表示隨機數(shù)，Token 1和Token 2是兩個數(shù)據(jù)包，Token 2包含RB’，讀卡器和標簽存儲有相同的密鑰Key。
該加密驗證方法包括以下步驟1)讀卡器對標簽進行喚醒；2)讀卡器獲取密鑰信息；3)進行標簽對讀卡器的驗證，具體包括a)標簽向讀卡器發(fā)送隨機數(shù)RA；b)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token1，該Token1中包含RA’和另一個隨機數(shù)RB兩部分內(nèi)容；其中RA’是通信雙方使用事先約定好的任意一種加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到的數(shù)據(jù)，即RA’＝ek(Key，RA)；c)標簽對收到的隨機數(shù)RA，使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到RA”，即RA”＝ek(Key，RA)；d)標簽比較RA’和RA”。如果RA’＝RA”，則讀卡器通過驗證；4)進行讀卡器對標簽的驗證，具體包括a)標簽使用加密算法ek利用密鑰Key對Token1中的隨機數(shù)RB進行加密得到RB’，即RB’＝ek(Key，RB)；標簽將RB’作為數(shù)據(jù)包Token2回送給通過了驗證的讀卡器；
b)通過了驗證的讀卡器使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RB進行加密后得到RB”，即RB”＝ek(Key，RB)；c)該讀卡器比較RB’和RB”，如果RB’＝RB”，則標簽通過驗證；5)通過了認證的標簽和讀卡器雙方可以正常地進行后續(xù)通信。
在傳統(tǒng)的三次驗證機制中，認證雙方通過對隨機數(shù)進行編解碼以確認雙方是否擁有相同的密鑰。當密鑰被確認相同時，通信雙方完成認證過程。傳統(tǒng)的三次驗證作為解決非法入侵問題的成熟方案有其明顯的優(yōu)勢在認證的全過程中，密鑰都不曾在通信信道中傳遞，這樣極大地避免了第三方通過監(jiān)聽手段獲得密鑰的可能。但是在將傳統(tǒng)三次認證方案嵌入到無源標簽RFID系統(tǒng)的過程中存在很大的困難由于三次驗證過程需要通信雙方產(chǎn)生隨機數(shù)，因此在讀卡器和標簽內(nèi)均須要集成一個隨機數(shù)發(fā)生裝置。對于對成本要求較苛刻的無源標簽RFID系統(tǒng)，這樣的電路開銷無疑是不能容忍的。
加密驗證方法的可靠性在很大程度上依靠于密鑰的保密性。在加密驗證方法產(chǎn)生早期，往往使用一系統(tǒng)一密鑰的機制，即所有的標簽使用相同的密鑰，讀卡器之需要存儲一個密鑰數(shù)據(jù)信息。這種方法是非常不安全的，一旦密鑰泄露，在更換前系統(tǒng)處于極度危險的狀態(tài)中。密鑰泄露問題被發(fā)現(xiàn)后，更換密鑰同樣是一件工作量極大的工程。針對一系統(tǒng)一密鑰機制的缺點，人們很快提出了一系統(tǒng)多密鑰的機制，這也是目前普遍使用的。即各個標簽擁有不同的密鑰，讀卡器記錄每一個標簽的唯一標識序列號及其密鑰，在通訊過程中，根據(jù)標簽的唯一標識序列號在數(shù)據(jù)庫中查找相應的密鑰。這極大地提高了系統(tǒng)的安全性，但卻加大了數(shù)據(jù)庫的數(shù)據(jù)存儲負擔。且查找密鑰的時間隨系統(tǒng)規(guī)模增大而增長，將嚴重影響系統(tǒng)的工作速度。對于上述驗證方法中的步驟2的密鑰信息獲取，針對上述兩種系統(tǒng)密鑰分布機制有2種主要實現(xiàn)方式1)一系統(tǒng)一密鑰機制下讀卡器獲取密鑰信息方式具體步驟為a)讀卡器從數(shù)據(jù)庫中取出整個系統(tǒng)通用的密鑰待用；2)一系統(tǒng)多密鑰讀卡器獲取密鑰信息方式具體步驟為a)讀卡器讀取標簽的序列號；b)讀卡器從數(shù)據(jù)庫中根據(jù)序列號查詢得到當前正在處理的標簽所使用的密鑰；在上述加密驗證方法的實現(xiàn)過程中，大量涉及讀卡器與標簽之間的數(shù)據(jù)交互。這些數(shù)據(jù)交互包括讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RB、標簽向讀卡器發(fā)送隨機數(shù)RA、標簽將加密后的隨機數(shù)RB’回送給讀卡器、讀卡器將加密后的隨機數(shù)RA’回送給標簽。目前已有的方案均通過定義特殊的加密處理命令，改變標簽中的狀態(tài)機的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)加密驗證方法，實現(xiàn)步驟如下1)讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RB的過程，具體包括a)讀卡器向標簽發(fā)送加密命令CMD_1，標簽經(jīng)過命令解析得知讀卡器即將發(fā)送一個隨機數(shù)數(shù)據(jù)給標簽；b)讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)；2)標簽將加密編碼后的隨機數(shù)Ra’回送給讀卡器過程，具體包括
a)讀卡器向標簽發(fā)送加密命令CMD_2，標簽經(jīng)過命令解析得知讀卡器在要求標簽回送加密編碼后的隨機數(shù)數(shù)據(jù)；b)標簽向讀卡器回送數(shù)據(jù)。
3)標簽向讀卡器發(fā)送隨機數(shù)RA的過程，具體包括a)讀卡器向標簽發(fā)送加密命令CMD_3，標簽經(jīng)過命令解析得知讀卡器在請求標簽發(fā)送一個隨機數(shù)；b)標簽向讀卡器發(fā)送數(shù)據(jù)；4)讀卡器將加密編碼后的隨機數(shù)RA’回送給標簽過程，具體包括c)讀卡器向標簽發(fā)送加密命令CMD_4，標簽經(jīng)過命令解析得知讀卡器即將發(fā)送一個加密編碼后的隨機數(shù)數(shù)據(jù)給標簽；d)讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)。
上述步驟在實現(xiàn)的過程中均需要對際簽的數(shù)字邏輯控制部分進行較大的修改，尤其是對其狀態(tài)機將有較大的改動。這嚴重限制了將一個加密驗證方法嵌入到一個RFID系統(tǒng)的處理時間。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為克服已有技術(shù)的不足之處，提出了一種用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，該加密驗證方法特別適用于低成本射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法。該加密驗證方法在不增加數(shù)據(jù)庫負擔的前提下實現(xiàn)了一標簽一密鑰，且無需額外增加任何指令定義就可方便植入基于任何RFID通訊協(xié)議的RFID系統(tǒng)。
本發(fā)明提出的一種用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，該射頻識別系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、讀卡器和標簽三部分構(gòu)成。其特征在于，所述加密驗證方法包括以下步驟1)讀卡器對標簽進行喚醒；2)讀卡器獲取密鑰信息，計算產(chǎn)生密鑰Key，具體包括A)器讀取標簽的序列號ID；B)讀卡器利用該序列號ID通過事先約定的密鑰產(chǎn)生算法，利用ID計算得到該標簽的密鑰Key；3)進行標簽對讀卡器的驗證，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA；B)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token1，該數(shù)據(jù)包包含RA’和另一個隨機數(shù)RB兩部分內(nèi)容；其中RA’是通信雙方使用事先約定好的任意一種加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到的數(shù)據(jù)，即RA’＝ek(Key，RA)；C)標簽對收到的隨機數(shù)RA，使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到RA”，即RA”＝ek(Key，RA)；D)標簽比較RA’和RA”，如果RA’＝RA’，則讀卡器通過驗證；4)進行讀卡器對標簽的驗證，具體包括
A)標簽使用加密算法ek利用密鑰Key對Token1中的隨機數(shù)RB進行加密得到RB’，即RB’＝ek(Key，RB)；標簽將RB’作為數(shù)據(jù)包Token2回送給通過了驗證的讀卡器；B)過了驗證的讀卡器使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RB進行加密后得到RB”，即RB”＝ek(Key，RB)；C)讀卡器比較RB’和RB”，如果RB’＝RB”，則標簽通過驗證；5)通過了認證的標簽和讀卡器雙方可以正常地進行后續(xù)通信。
本發(fā)明提出的另一種用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，其特征在于，包括以下步驟1)讀卡器對標簽進行喚醒；2)讀卡器獲取密鑰信息，計算產(chǎn)生密鑰Key，具體包括A)讀卡器讀取標簽的序列號；B)讀卡器通過事先約定的密鑰產(chǎn)生算法計算得到該標簽的密鑰Key；3)進行讀卡器對標簽的驗證，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token1，該數(shù)據(jù)包包含隨機數(shù)RB；B)標簽使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密得到RB’，即RB’＝ek(Key，RB)；標簽將RB’回送給讀卡器；C)讀卡器使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RB進行加密后得到RB”，即RB”＝ek(Key，RB)；D)讀卡器比較RB’和RB”，如果RB’＝RB”，則標簽通過驗證；4)進行標簽對讀卡器的驗證A)讀卡器向通過了驗證的標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token2，該數(shù)據(jù)包包含另一個隨機數(shù)RA和RA’兩部分內(nèi)容，其中RA’是通信雙方使用事先約定好的任意一種加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到的數(shù)據(jù)，即RA’＝ek(Key，RA)；B)標簽對收到的隨機數(shù)RA，使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到RA”，即RA”＝ek(Key，RA)；C)標簽比較RA’和RA”，如果RA’＝RA”，則讀卡器通過驗證；5)通過了認證的標簽和讀卡器雙方可以正常地進行后續(xù)通信。
本發(fā)明的特點及效果1)針對傳統(tǒng)的三次驗證方法的不足進行了改進，提出的方法中無需標簽產(chǎn)生隨機數(shù)，從而大大降低了標簽部分電路的硬件開銷，極大地降低了成本。因此，本發(fā)明提出的加密驗證法方特別適用于低成本無源標簽RFID系統(tǒng)特點的加密驗證方法。
2)加密驗證方法選擇一標簽一密鑰機制。在實現(xiàn)的過程中，讀卡器利用待處理的標簽的序列號ID，使用密鑰生成算法計算得到與待處理標簽的數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)的密鑰相同的密鑰用于后續(xù)的驗證過程。在實現(xiàn)一標簽一密鑰的同時沒有對系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫造成額外的存儲負擔。
3)上述全部步驟無需額外增加任何指令，復用了任何一個RFID通訊協(xié)議中都具有的基本指令完成全部過程。因此本發(fā)明方法能夠方便地植入到基于任何RFID通訊協(xié)議的REID系統(tǒng)中。


圖1標準無源標簽RFID系統(tǒng)組成。
圖2基于傳統(tǒng)的三次驗證機制的、RFID系統(tǒng)加密驗證方法流程圖。
圖3基于改進的三次驗證機制的、RFID系統(tǒng)加密驗證方法流程圖。
圖4含加密處理單元的無源標簽RFID系統(tǒng)組成。
具體實施例方式
以下對本發(fā)明提出的加密驗證方法結(jié)合附圖及實施例進行詳細說明本發(fā)明提出的用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，該射頻識別系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、讀卡器和標簽三部分構(gòu)成；所述加密驗證方法如圖3所示包括以下步驟1)讀卡器對標簽進行喚醒；2)讀卡器獲取密鑰信息，計算產(chǎn)生密鑰Key，具體包括A)器讀取標簽的序列號ID；B)讀卡器利用該序列號ID通過事先約定的密鑰產(chǎn)生算法，利用ID計算得到該標簽的密鑰Key；3)進行標簽對讀卡器的驗證，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA；B)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token1，該數(shù)據(jù)包包含RA’和另一個隨機數(shù)RB兩部分內(nèi)容；其中RA’是通信雙方使用事先約定好的任意一種加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到的數(shù)據(jù)，即RA’＝ek(Key，RA)；C)簽對收到的隨機數(shù)RA，使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到RA”，即RA”＝ek(Key，RA)；D)標簽比較RA’和RA”，如果RA’＝RA”，則讀卡器通過驗證；4)進行讀卡器對標簽的驗證，具體包括A)標簽使用加密算法ek利用密鑰Key對Token1中的隨機數(shù)RB進行加密得到RB’，即RB’＝ek(Key，RB)；標簽將RB’作為數(shù)據(jù)包Token2回送給通過了驗證的讀卡器；B)過了驗證的讀卡器使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RB進行加密后得到RB”，即RB”＝ek(Key，RB)；C)讀卡器比較RB’和RB”，如果RB’＝RB”，則標簽通過驗證；5)通過了認證的標簽和讀卡器雙方可以正常地進行后續(xù)通信。
根據(jù)RFID通信系統(tǒng)的實際情況，本發(fā)明可以選擇兩種不同的驗證順序順序一，首先由標簽對讀卡器的合法性進行驗證，當讀卡器通過驗證后，標簽將配合讀卡器的問訊信息進行讀卡器對標簽的合法性驗證流程；順序二，首先由讀卡器對標簽的合法性進行驗證，當標簽通過驗證后，讀卡器將配合標簽進行標簽對讀卡器的合法性驗證流程。
上述為基于順序一的具體步驟，本發(fā)明還可基于順序二，其具體步驟如下1)讀卡器對標簽進行喚醒；2)讀卡器獲取密鑰信息，具體包括A)讀卡器讀取標簽的序列號；B)讀卡器通過事先約定的密鑰產(chǎn)生算法計算得到該標簽的密鑰Key；3)進行讀卡器對標簽的驗證，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token1，該數(shù)據(jù)包包含隨機數(shù)RB；B)標簽使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密得到RB’，即RB’＝ek(Key，RB)。標簽將RB’回送給讀卡器；C)讀卡器使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RB進行加密后得到RB”，即RB”＝ek(Key，RB)；D)讀卡器比較RB’和RB”，如果RB’＝RB”，則標簽通過驗證；4)進行標簽對讀卡器的驗證A)讀卡器向通過了驗證的標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token2，該數(shù)據(jù)包包含另一個隨機數(shù)RA和RA’兩部分內(nèi)容，其中RA’是通信雙方使用事先約定好的任意一種加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到的數(shù)據(jù)，即RA’＝ek(Key，RA)；B)標簽對收到的隨機數(shù)RA，使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到RA”，即RA”＝ek(Key，RA)；C)標簽比較RA’和RA”，如果RA’＝RA”，則讀卡器通過驗證；5)通過了認證的標簽和讀卡器雙方可以正常地進行后續(xù)通信。
在上述加密驗證方法的實現(xiàn)過程中，大量涉及讀卡器與標簽之間的數(shù)據(jù)交互。這些數(shù)據(jù)交互包括讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA或RB、標簽將加密后的隨機數(shù)RB’回送給讀卡器、讀卡器將加密后的隨機數(shù)RA’回送給標簽。本發(fā)明提出的實現(xiàn)方法在上述數(shù)據(jù)交互在實現(xiàn)的過程中，復用標準RFID系統(tǒng)的讀寫標簽數(shù)據(jù)存儲單元的命令。具體在電路實現(xiàn)上，如圖4所示，即保留原來的射頻識別系統(tǒng)構(gòu)成基本不變，只是在標簽中增加了一個專門的加密處理單元，該單元電路通過接口單元與數(shù)字邏輯單元進行數(shù)據(jù)交互，用于處理全部與加密驗證相關(guān)的數(shù)據(jù)處理。電路的其他部分改動極小，只對標簽的數(shù)字邏輯控制部分中的接口單元進行了少許修改，從而對標簽的狀態(tài)機準備送入數(shù)據(jù)存儲單元或加密處理單元的數(shù)據(jù)進行流向控制。本發(fā)明加密驗證方法的數(shù)據(jù)交互實現(xiàn)步驟如下1)讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA或RB的過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送寫數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Write，標簽經(jīng)過其狀態(tài)機進行命令解析、結(jié)合步驟A)中Address最高位信息得知讀卡器即將發(fā)送數(shù)據(jù)給加密處理單元；
C)讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)；2)標簽將隨機數(shù)RB’回送給讀卡器過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送讀數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Read，標簽經(jīng)過命令解析得知讀卡器在要求標簽回送數(shù)據(jù)；C)標簽向讀卡器回送數(shù)據(jù)；3)讀卡器將隨機數(shù)RA’回送給標簽過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送寫數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Write，標簽經(jīng)過其狀態(tài)機進行命令解析、結(jié)合步驟A)中Address最高位信息得知讀卡器即將發(fā)送數(shù)據(jù)給加密處理單元；C)讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)。
實現(xiàn)本發(fā)明的加密驗證方法的一種實施例詳細說明如下本實施例基于的RFID系統(tǒng)使用的通訊協(xié)議為NCITS 256美國國家標準草案，選用RSA算法作為密鑰產(chǎn)生算法，選用XTEA算法作為說明本加密驗證方法具體實施過程中的加密算法(即ek)，該算法在加密處理單元中予以實現(xiàn)。該加密單元采用VHBL或Verilog語言編碼實現(xiàn)。
本實施例的加密驗證方法具體包括以下步驟1)讀卡器向讀卡器發(fā)送命令10000000000111110，對標簽進行喚醒；2)讀卡器讀取16bit的標簽序列號ID，計算產(chǎn)生密鑰Key，具體步驟包括A)讀卡器讀取標簽的序列號ID；a)讀卡器向標簽發(fā)送命令00000100000100011，準備對地址寄存器(Reg_Address)進行寫入操作；b)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)信息0000000000000000000000，將16進制地址數(shù)據(jù)0000寫入到Reg_Address；c)讀卡器向標簽發(fā)送命令00001000000001110，將Reg_Address地址對應的標簽數(shù)據(jù)存儲單元的數(shù)據(jù)(即標簽的ID號)載入到Data2寄存器(Reg_Data2)中；d)讀卡器向標簽發(fā)送命令00110110000110011，標簽將Reg_Data2的內(nèi)容回送給讀卡器；B)讀卡器根據(jù)ID使用RSA算法計算得到該標簽的密鑰Key；3)進行標簽對讀卡器的驗證，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA；a)讀卡器向標簽發(fā)送命令00000100000100011，準備對地址寄存器(Reg_ddress)進行寫入操作；讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)信息1000000000000000011001，將16進制地址數(shù)據(jù)8000寫入到Reg_Address；b)讀卡器向標簽發(fā)送命令00000000000000000，準備對Data1寄存器(Reg_Data1)進行寫入操作；讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)信息0001000100010001100001，將16進制數(shù)據(jù)1111寫入到Reg_Data1；c)讀卡器向標簽發(fā)送命令01110000000011111，此命令的本意是將Reg_Data1寄存器中的數(shù)據(jù)送入到標簽數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)Reg_Address對應的位置。但此時，數(shù)字邏輯內(nèi)的接口電路判斷得出Reg_Address最高bit為1，在收到此條命令后，將Reg_Data1數(shù)據(jù)送入到加密處理單元，作為RA的0-15bit；d)重復步驟a)-c)，發(fā)送不同的命令和數(shù)據(jù)編碼依次將16進制地址數(shù)據(jù)8001、8002、8003寫入到Reg_Address，將16進制數(shù)據(jù)1111、AAAA、CCCC寫入到Reg_Data2，利用01110000000011111命令一次將2222、AAAA、CCCC送入到加密處理單元，作為RA的16-31、32-47、48-63bit。至此完成了讀卡器向標簽發(fā)送64bit隨機數(shù)RA的工作；B)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token1，該數(shù)據(jù)包包含RA’和另一個隨機數(shù)RB兩部分內(nèi)容；a)讀卡器使用XTEA算法，利用在步驟2)中計算得到的密鑰Key，對RA進行計算得到RA’＝XTEA(Key，RA)b)重復步驟A)中步驟a)-c)，發(fā)送不同的命令和數(shù)據(jù)編碼依次將16進制地址數(shù)據(jù)8000、8001、8002、8003寫入到Reg_Address，將16進制數(shù)據(jù)8342、864A、8729、9287寫入到Reg_Data2，利用01110000000011111命令一次將8342、864A、8729、9287送入到加密處理單元，完成讀卡器向標簽發(fā)送64bit隨機數(shù)RA’的工作；c)重復步驟A)中步驟a)-c)，發(fā)送不同的命令和數(shù)據(jù)編碼依次將16進制地址數(shù)據(jù)8000、8001、8002、8003寫入到Reg_Address，將16進制數(shù)據(jù)1234、2222、3456、A2B3寫入到Reg_Data2，利用01110000000011111命令一次將1234、2222、3456、A2B3送入到加密處理單元，完成讀卡器向標簽發(fā)送64bit隨機數(shù)RB的工作。
C)標簽內(nèi)的加密處理單元使用XTEA算法，調(diào)出存儲在標簽數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)的密鑰Key，對RA進行計算得到RA”＝XTEA(Key，RA)D)標簽比較RA’和RA”，如果RA’＝RA”，則讀卡器通過驗證；4)進行讀卡器對標簽的驗證，具體包括A)標簽使用加密算法ek利用密鑰Key對Token1中的隨機數(shù)RB進行加密得到RB’，即RB’＝ek(Key，RB)；標簽將RB’作為數(shù)據(jù)包Token2回送給通過了驗證的讀卡器；a)標簽內(nèi)的加密處理單元使用XTEA算法，調(diào)出存儲在標簽數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)的密鑰Key，對RB進行計算得到RB’＝ek(Key，RB)
b)讀卡器向標簽發(fā)送命令00000100000100011，準備對地址寄存器(Reg_Address)進行寫入操作。讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)信息1000000000000000011001，將16進制地址數(shù)據(jù)8000寫入到Reg_Addressc)讀卡器向標簽發(fā)送命令00001000000001110，此命令的本意是將標簽數(shù)據(jù)存儲單元內(nèi)Reg_Address對應的位置上的數(shù)據(jù)載入到Data2寄存器(Reg_Data2)。但此時，數(shù)字邏輯內(nèi)的接口電路判斷得出Reg_Address最高bit為1，在收到此條命令后，將位于加密處理單元輸出端口上的16bit數(shù)據(jù)載入到Reg_Data2。
d)讀卡器向標簽發(fā)送命令00110110000110011，標簽將Reg_Data2的數(shù)據(jù)回送給讀卡器，此時讀卡器獲得RB’的0-15bite)重復步驟b)-d)，發(fā)送不同的命令和數(shù)據(jù)編碼依次將16進制地址數(shù)據(jù)8000、8001、8002、8003寫入到Reg_Address，利用00110110000110011命令一次將RB’的16-31、32-47、48-63bit依次載入到Reg_Data2內(nèi)，再利用00110110000110011將這些數(shù)據(jù)回送給讀卡器。至此，完成標簽向讀卡器發(fā)送RB’的工作；B)讀卡器使用XTEA算法，利用在步驟2)中計算得到的密鑰Key，對RB進行計算得到RB”＝XTEA(Key，RB)；C)讀卡器比較RB’和RB”，如果RB’＝RB”，則標簽通過驗證；5)通過了認證的標簽和讀卡器雙方可以正常地進行后續(xù)通信。
上述實施例僅用于舉例說明了本發(fā)明的第一種順序的驗證方法，本發(fā)明的第二種順序的驗證方法，基本相同，只是步驟3)、4)需要進行相應的交換，在此不再重復舉例。因此，上述實施例不能限制本發(fā)明的保護范圍，凡是對本實施例所作的任何具體變化和替換，均應屬于本發(fā)明的權(quán)利要求所述的保護范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，該射頻識別系統(tǒng)由數(shù)據(jù)庫、讀卡器和標簽三部分構(gòu)成；其特征在于，所述加密驗證方法包括以下步驟1)讀卡器對標簽進行喚醒；2)讀卡器獲取密鑰信息，計算產(chǎn)生密鑰Key，具體包括A)器讀取標簽的序列號ID；B)讀卡器利用該序列號ID通過事先約定的密鑰產(chǎn)生算法，利用ID計算得到該標簽的密鑰Key；3)進行標簽對讀卡器的驗證，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA；B)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token1，該數(shù)據(jù)包包含RA’和另一個隨機數(shù)RB兩部分內(nèi)容；其中RA’是通信雙方使用事先約定好的任意一種加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到的數(shù)據(jù)，即RA’＝ek(Key，RA)；C)標簽對收到的隨機數(shù)RA，使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到RA”，即RA”＝ek(Key，RA)；D)標簽比較RA’和RA”，如果RA’＝RA”，則讀卡器通過驗證；4)進行讀卡器對標簽的驗證，具體包括A)標簽使用加密算法ek利用密鑰Key對數(shù)據(jù)包Token1中的隨機數(shù)RB進行加密得到RB’，即RB’＝ek(Key，RB)；標簽將RB’作為數(shù)據(jù)包Token2回送給通過了驗證的讀卡器；B)通過了驗證的讀卡器使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RB進行加密后得到RB”，即RB”＝ek(Key，RB)；C)讀卡器比較RB’和RB”，如果RB’＝RB”，則標簽通過驗證；5)通過了認證的標簽和讀卡器雙方可以正常地進行后續(xù)通信。
2.如權(quán)利要求1所述的用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，其特征在于，在所述標簽中增設一加密處理單元，該加密處理單元通過接口單元與數(shù)字邏輯單元進行數(shù)據(jù)交互，用于完成全部與加密驗證相關(guān)的數(shù)據(jù)處理；所述讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA或RB、標簽將隨機數(shù)RB’回送給讀卡器、讀卡器將隨機數(shù)RA’回送給標簽的實現(xiàn)步驟如下1)讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA或RB的過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送寫數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Write，標簽經(jīng)過其狀態(tài)機進行命令解析、結(jié)合步驟A)中Address最高位信息得知讀卡器即將發(fā)送數(shù)據(jù)給加密處理單元；C)讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)；2)標簽將隨機數(shù)RB’回送給讀卡器過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送讀數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Read，標簽經(jīng)過命令解析得知讀卡器在要求標簽回送數(shù)據(jù)；C)標簽向讀卡器回送數(shù)據(jù)；3)讀卡器將隨機數(shù)RA’回送給標簽過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送寫數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Write，標簽經(jīng)過其狀態(tài)機進行命令解析、結(jié)合步驟A)中Address最高位信息得知讀卡器即將發(fā)送數(shù)據(jù)給加密處理單元；C)讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)。
3.一種用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，其特征在于，包括以下步驟1)讀卡器對標簽進行喚醒；2)讀卡器獲取密鑰信息，計算產(chǎn)生密鑰Key，具體包括A)讀卡器讀取標簽的序列號；B)讀卡器通過事先約定的密鑰產(chǎn)生算法計算得到該標簽的密鑰Key；3)進行讀卡器對標簽的驗證，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token1，該數(shù)據(jù)包包含隨機數(shù)RB；B)標簽使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密得到RB’，即RB’＝ek(Key，RB)；標簽將RB’回送給讀卡器；C)讀卡器使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RB進行加密后得到RB”，即RB”＝ek(Key，RB)；D)讀卡器比較RB’和RB”，如果RB’＝RB”，則標簽通過驗證；4)進行標簽對讀卡器的驗證A)讀卡器向通過了驗證的標簽發(fā)送編碼數(shù)據(jù)包Token2，該數(shù)據(jù)包包含另一個隨機數(shù)RA和RA’兩部分內(nèi)容，其中RA’是通信雙方使用事先約定好的任意一種加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到的數(shù)據(jù)，即RA’＝ek(Key，RA)；B)標簽對收到的隨機數(shù)RA，使用加密算法ek利用密鑰Key對隨機數(shù)RA進行加密后得到RA”，即RA”＝ek(Key，RA)；C)標簽比較RA’和RA”，如果RA’＝RA”，則讀卡器通過驗證；5)通過了認證的標簽和讀卡器雙方可以正常地進行后續(xù)通信。
4.如權(quán)利要求3所述的用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，其特征在于，在所述標簽中增設一加密處理單元，該加密處理單元通過接口單元與數(shù)字邏輯單元進行數(shù)據(jù)交互，用于完成全部與加密驗證相關(guān)的數(shù)據(jù)處理；所述讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA或RB、標簽將隨機數(shù)RB’回送給讀卡器、讀卡器將隨機數(shù)RA’回送給標簽的實現(xiàn)步驟如下1)讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)RA或RB的過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送寫數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Write，標簽經(jīng)過其狀態(tài)機進行命令解析、結(jié)合步驟A)中Address最高位信息得知讀卡器即將發(fā)送數(shù)據(jù)給加密處理單元；C)讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)；2)標簽將隨機數(shù)RB’回送給讀卡器過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送讀數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Read，標簽經(jīng)過命令解析得知讀卡器在要求標簽回送數(shù)據(jù)；C)標簽向讀卡器回送數(shù)據(jù)；3)讀卡器將隨機數(shù)RA’回送給標簽過程，具體包括A)讀卡器向標簽發(fā)送地址信息Address，其中Address的最高位置1，作為標志位使用；B)讀卡器向標簽發(fā)送寫數(shù)據(jù)存儲單元命令CMD_Write，標簽經(jīng)過其狀態(tài)機進行命令解析、結(jié)合步驟A)中Address最高位信息得知讀卡器即將發(fā)送數(shù)據(jù)給加密處理單元；C)讀卡器向標簽發(fā)送數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明涉及用于射頻識別系統(tǒng)的加密驗證方法，屬于射頻識別通信領域。該方法包括讀卡器對標簽進行喚醒；讀卡器獲取密鑰信息，計算產(chǎn)生密鑰Key；讀卡器向標簽發(fā)送隨機數(shù)R
文檔編號H04L9/00GK1818923SQ20061006493
公開日2006年8月16日 申請日期2006年3月17日 優(yōu)先權(quán)日2006年3月17日
發(fā)明者張沕琳, 劉雷波, 張春, 王志華 申請人:清華大學