本發(fā)明屬于通信技術(shù)領(lǐng)域，涉及一種輕量級rfid群組標(biāo)簽認(rèn)證方法，具體涉及一種基于云數(shù)據(jù)庫的輕量級rfid群組標(biāo)簽認(rèn)證方法，可用于具有低成本要求的rfid系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

無線射頻識別(radiofrequencyidentification，rfid)技術(shù)是指無線電頻率識別，是一種非接觸式自動(dòng)識別技術(shù)，其主要應(yīng)用于物流管理、門禁系統(tǒng)、道路和橋梁的自動(dòng)收費(fèi)以及圖書館書籍分類和管理等各個(gè)方面。傳統(tǒng)的rfid系統(tǒng)主要包括電子標(biāo)簽，閱讀器，后臺(tái)服務(wù)器三部分。

傳統(tǒng)rfid認(rèn)證方案的后臺(tái)服務(wù)器與閱讀器之間是有線信道連接，采用這一連接方式雖然提高了系統(tǒng)安全性，但后臺(tái)數(shù)據(jù)庫的工作容量較小。隨著物聯(lián)網(wǎng)的發(fā)展，海量的物品將依靠rfid技術(shù)進(jìn)行管理、識別和認(rèn)證，這就要求rfid系統(tǒng)需要支持大數(shù)據(jù)的應(yīng)用，那么巨大的搜索能力、存儲(chǔ)能力和計(jì)算能力也就成為了傳統(tǒng)的后臺(tái)服務(wù)器的瓶頸，而引入云數(shù)據(jù)庫取代傳統(tǒng)后臺(tái)服務(wù)器，來架構(gòu)rfid系統(tǒng)可以解決這個(gè)問題。現(xiàn)有的基于云數(shù)據(jù)庫的rfid群組認(rèn)證協(xié)議，都是由閱讀器發(fā)起認(rèn)證請求，通過對比索引哈希值來完成雙向認(rèn)證過程，最后通過簡單的賦值運(yùn)算進(jìn)行密鑰更新，但均會(huì)出現(xiàn)云數(shù)據(jù)庫和群組標(biāo)簽密鑰更新失同步，從而導(dǎo)致不能抵抗dos攻擊，并且不能剔除非法和失效標(biāo)簽，認(rèn)證效率和準(zhǔn)確率較低，例如guo等人在期刊《tientzuhsuehpao/actaelectronicasinica》上發(fā)表了題目為“一種輕量級rfid系統(tǒng)的保密分組驗(yàn)證協(xié)議”的論文(2015,43(2):289-292)，公開了一種輕量級隱私保護(hù)的rfid群組認(rèn)證方案，該方案的認(rèn)證過程包括系統(tǒng)初始化、閱讀器授權(quán)、閱讀器與標(biāo)簽組的雙向認(rèn)證、群組證明生成和群組證明驗(yàn)證五個(gè)階段。方案在系統(tǒng)初始化階段先假設(shè)了攻擊者模型，然后進(jìn)行初始化。在閱讀器授權(quán)和閱讀器與標(biāo)簽組的雙向認(rèn)證過程中通過為標(biāo)簽組設(shè)置假名和秘密數(shù)來防止信息交互過程中的隱私泄露，并通過閱讀器的主密鑰和閱讀器生成的臨時(shí)交互號來實(shí)現(xiàn)雙向認(rèn)證，還利用復(fù)雜度較小的偽隨機(jī)數(shù)發(fā)生器及散列運(yùn)算來提高方案的運(yùn)行效率。但是該輕量級隱私保護(hù)rfid群組認(rèn)證方案不能在群組認(rèn)證過程中剔除無效和假冒標(biāo)簽，導(dǎo)致認(rèn)證效率和準(zhǔn)確率較低，也不能解決由于密鑰失同步而導(dǎo)致的頻繁dos攻擊(攻擊者連續(xù)不斷的發(fā)起dos攻擊)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于克服上述現(xiàn)有技術(shù)存在的缺陷，提出了一種基于云數(shù)據(jù)庫的輕量級rfid群組標(biāo)簽認(rèn)證方法，旨在解決云數(shù)據(jù)庫和待認(rèn)證群組標(biāo)簽密鑰更新失同步的技術(shù)問題，同時(shí)提高認(rèn)證的效率和準(zhǔn)確率。

本發(fā)明的技術(shù)思路是：在云數(shù)據(jù)庫對待認(rèn)證群組標(biāo)簽的認(rèn)證過程中通過對比共享密鑰的哈希值，來判斷共享密鑰的更新是否同步，若否，則通過賦值運(yùn)算解決該共享密鑰更新不同步的問題；云數(shù)據(jù)庫再利用一組待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享同一個(gè)密鑰的條件，有效篩選出無效和假冒標(biāo)簽并剔除；待認(rèn)證群組標(biāo)簽通過對比云數(shù)據(jù)庫計(jì)算的哈希值h(kg||nc)來實(shí)現(xiàn)對云數(shù)據(jù)庫的認(rèn)證，從而實(shí)現(xiàn)輕量、高效的雙向認(rèn)證。

根據(jù)上述技術(shù)思路，實(shí)現(xiàn)本發(fā)明目的采取的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)數(shù)據(jù)初始化：

將閱讀器注冊身份標(biāo)識、待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識、待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰的新舊密鑰對{kgc^new，kgc^old}及其哈希值待認(rèn)證群組標(biāo)簽對應(yīng)的商品信息、對稱密鑰k和變量x存儲(chǔ)至云數(shù)據(jù)庫，其中kgc^new表示新共享密鑰，kgc^old表示舊共享密鑰，表示新共享密鑰的哈希值，表示舊共享密鑰的哈希值，c表示云數(shù)據(jù)庫，x表示一個(gè)變量，用于在密鑰更新不同步時(shí)存儲(chǔ)云數(shù)據(jù)庫的解密密鑰；

將閱讀器身份標(biāo)識idr、待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid、對稱密鑰k存放至閱讀器，其中g(shù)表示待認(rèn)證群組標(biāo)簽，id表示身份標(biāo)識，r表示閱讀器，；

將待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰kg、待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid、ni個(gè)組成員標(biāo)簽身份標(biāo)識idti存放至待認(rèn)證群組標(biāo)簽，其中ti表示某一個(gè)標(biāo)簽；

(2)閱讀器向rfid群組標(biāo)簽廣播認(rèn)證請求：

閱讀器選取一個(gè)待認(rèn)證群組標(biāo)簽的組身份標(biāo)識gid后，產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)nr，并將隨機(jī)數(shù)nr和認(rèn)證請求消息前綴request進(jìn)行級聯(lián)，得到認(rèn)證請求消息m0，再將m0廣播給待認(rèn)證群組標(biāo)簽，其中nr表示閱讀器產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，消息m0＝{request||nr}，{·}表示一組消息，||表示消息級聯(lián)；

(3)待認(rèn)證群組標(biāo)簽獲取響應(yīng)消息m1并轉(zhuǎn)發(fā)給閱讀器：

(3a)待認(rèn)證群組標(biāo)簽接收認(rèn)證請求消息m0，并計(jì)算隨機(jī)數(shù)nr和每個(gè)標(biāo)簽身份標(biāo)識idti級聯(lián)的哈希值h(nr||idti)；

(3b)待認(rèn)證群組標(biāo)簽使用共享密鑰kg，對哈希值h(nr||idti)和每個(gè)標(biāo)簽的身份標(biāo)識idti的級聯(lián)進(jìn)行加密，得到加密消息{h(nr||idti)||idti}kg，同時(shí)計(jì)算待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰kg的哈希值h(kg)，其中，每一個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg對應(yīng)一個(gè)待認(rèn)證群組標(biāo)簽成員；

(3c)待認(rèn)證群組標(biāo)簽對加密消息{h(nr||idti)||idti}kg和哈希值h(kg)進(jìn)行級聯(lián)，得到響應(yīng)消息m1，并將該響應(yīng)消息m1發(fā)送給閱讀器，其中，m1＝{{h(nr||idti)||idti}kg||h(kg)}；

(4)閱讀器向云數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)發(fā)消息串：

(4a)閱讀器通過對稱密鑰k對閱讀器身份標(biāo)識idr和待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid的級聯(lián)進(jìn)行加密，得到加密消息m2；

(4b)閱讀器將響應(yīng)消息m1和加密消息m2進(jìn)行級聯(lián)，得到消息串，并將該消息串轉(zhuǎn)發(fā)給云數(shù)據(jù)庫，其中m2＝{ek(idr||gid)}，ek(·)表示對稱加密函數(shù)；

(5)云數(shù)據(jù)庫對閱讀器和待認(rèn)證群組標(biāo)簽分別進(jìn)行認(rèn)證，并剔除非法和失效標(biāo)簽：

(5a)云數(shù)據(jù)庫利用對稱密鑰k對消息串進(jìn)行解密，得到閱讀器身份標(biāo)識idr、待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid、待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰的哈希值h(kg)和加密消息{h(nr||idti)||idti}kg，并在云數(shù)據(jù)庫中查找是否有與閱讀器身份標(biāo)識idr相等的注冊身份標(biāo)識，若是，執(zhí)行步驟(5b)；否則，判定閱讀器不合法，認(rèn)證失??；

(5b)云數(shù)據(jù)庫從自身存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中查找是否有與待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid相等的群組標(biāo)簽身份標(biāo)識，若是，則找出存儲(chǔ)在該對應(yīng)群組標(biāo)簽身份標(biāo)識下的共享密鑰的新舊密鑰對{kgc^new，kgc^old}和新舊密鑰對的哈希值并執(zhí)行步驟(5c)；否則，向閱讀器報(bào)錯(cuò)；

(5c)云數(shù)據(jù)庫將新舊密鑰對的哈希值分別與接收到的共享密鑰哈希值h(kg)進(jìn)行對比，有以下四種情況：

(i)若h(kg)＝h(kgc^old)且h(kg)≠h(kgc^new)，則云數(shù)據(jù)庫成功更新共享密鑰，待認(rèn)證群組標(biāo)簽未成功更新共享密鑰，云數(shù)據(jù)庫利用舊共享密鑰kgc^old對加密消息{h(nr||idti)||idti}kg進(jìn)行解密，同時(shí)令變量x＝kgc^old，并執(zhí)行步驟(5d)；

(ii)若h(kg)＝h(kgc^old)＝h(kgc^new)，則云數(shù)據(jù)庫和待認(rèn)證群組標(biāo)簽都沒有成功更新共享密鑰，云數(shù)據(jù)庫利用舊共享密鑰對加密消息{h(nr||idti)||idti}kg進(jìn)行解密，再計(jì)算舊共享密鑰kgc^old和隨機(jī)數(shù)的哈希值，作為新共享密鑰同時(shí)令變量x＝kgc^old，并執(zhí)行步驟(5d)；

(iii)若且h(kg)≠h(kgc^old)，則待認(rèn)證群組標(biāo)簽和云數(shù)據(jù)庫都更新成功共享密鑰，云數(shù)據(jù)庫用該新共享密鑰對加密消息{h(nr||idti)||idti}kg進(jìn)行解密，同時(shí)令并執(zhí)行步驟(5d)；

(iv)若h(kg)≠h(kgc^old)且h(kg)≠h(kgc^new)，則待認(rèn)證群組標(biāo)簽不合法，認(rèn)證失?。?/p>

(5d)云數(shù)據(jù)庫將變量x作為解密密鑰，對接收到的加密消息{h(nr||idti)||idti}kg進(jìn)行解密，有以下三種情況：

(i)若云數(shù)據(jù)庫可以將ni加密消息{h(nr||idti)||idti}kg解密，得到ni個(gè)解密消息h(nr||idti)||idti，則說明這ni個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg對應(yīng)的ni個(gè)標(biāo)簽全部合法且有效，并執(zhí)行步驟(6)；

(ii)若云數(shù)據(jù)庫可以將a個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg都解密，得到a個(gè)解密消息h(nr||idti)||idti，其中a<ni，則說明這a個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg對應(yīng)的a個(gè)標(biāo)簽均合法且有效，其他ni－a個(gè)標(biāo)簽為失效標(biāo)簽，無法應(yīng)答，同時(shí)云數(shù)據(jù)庫將失效標(biāo)簽和對應(yīng)商品信息剔除，并執(zhí)行步驟(6)；

(iii)若云數(shù)據(jù)庫接收到a個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg，但只能將b個(gè)加密消息解密，得到b個(gè)解密消息h(nr||idti)||idti，其中a<ni，b<a，則說明這b個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg對應(yīng)的b個(gè)標(biāo)簽均合法且有效，而有a－b個(gè)標(biāo)簽屬于非法標(biāo)簽，其他ni－a個(gè)標(biāo)簽屬于失效標(biāo)簽，同時(shí)云數(shù)據(jù)庫將失效標(biāo)簽和非法標(biāo)簽以及對應(yīng)商品信息剔除，并執(zhí)行步驟(6)；

(6)云數(shù)據(jù)庫將合法有效標(biāo)簽消息m3發(fā)送給閱讀器：

(6a)云數(shù)據(jù)庫生成隨機(jī)數(shù)nc，并將解密消息h(nr||idti)||idti、云數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的新組共享密鑰kgc^new和變量x進(jìn)行級聯(lián)，得到級聯(lián)消息m4，其中m4＝{h(nr||idti)||idti||kgc^new||x}；

(6b)云數(shù)據(jù)庫采用對稱密鑰k對級聯(lián)消息m4進(jìn)行加密，得到組合加密消息m5，其中m5＝ek(h(nr||idti)||idti||kgc^new||x)；

(6c)云數(shù)據(jù)庫將組合加密消息m5和隨機(jī)數(shù)nc進(jìn)行級聯(lián)，得到合法有效標(biāo)簽消息m3，并將該合法有效標(biāo)簽消息m3返回給閱讀器，其中，m3＝{ek(h(nr||idti)||idti||kgc^new||x)||nc}，每一個(gè)合法有效標(biāo)簽消息m3包含一個(gè)合法有效標(biāo)簽的身份標(biāo)識idti；

(7)閱讀器將通知消息m6發(fā)送給待認(rèn)證群組標(biāo)簽中的合法有效標(biāo)簽：

(7a)閱讀器利用對稱密鑰k對合法有效標(biāo)簽消息m3進(jìn)行解密，得到新組共享密鑰變量x、b個(gè)合法有效標(biāo)簽的身份標(biāo)識idti、隨機(jī)數(shù)nc和b個(gè)哈希值h(nr||idti)，并存儲(chǔ)隨機(jī)數(shù)nc，同時(shí)為b個(gè)合法有效標(biāo)簽生成隨機(jī)數(shù)其中t表示合法有效標(biāo)簽；

(7b)閱讀器計(jì)算變量x和隨機(jī)數(shù)nc級聯(lián)的哈希值h(x||nc)，同時(shí)計(jì)算b個(gè)合法有效標(biāo)簽身份標(biāo)識idti和隨機(jī)數(shù)級聯(lián)的哈希值

(7c)閱讀器將變量x作為加密密鑰，對哈希值h(x||nc)、哈希值和新組共享密鑰的級聯(lián)進(jìn)行加密，得到返回消息

(7d)閱讀器對返回消息隨機(jī)數(shù)和隨機(jī)數(shù)nc進(jìn)行級聯(lián)，得到通知消息m6，并將通知消息m6發(fā)送給待認(rèn)證群組標(biāo)簽中的合法有效標(biāo)簽，其中

(8)待認(rèn)證群組標(biāo)簽對云數(shù)據(jù)庫進(jìn)行認(rèn)證，并剔除非法和失效標(biāo)簽：

(8a)待認(rèn)證群組標(biāo)簽利用共享密鑰kg對通知消息m6進(jìn)行解密，得到哈希值哈希值h(x||nc)和新共享密鑰kgc^new，并計(jì)算共享密鑰kg與隨機(jī)數(shù)nc級聯(lián)的哈希值h(kg||nc)；

(8b)待認(rèn)證群組標(biāo)簽判斷哈希值h(kg||nc)是否等于哈希值h(x||nc)，若是，則成功認(rèn)證云數(shù)據(jù)庫，并執(zhí)行步驟(8c)；否則，認(rèn)證失?。?/p>

(8c)待認(rèn)證群組標(biāo)簽剔除未收到通知消息m6的非法和失效標(biāo)簽；

(9)認(rèn)證后群組標(biāo)簽令自身的共享密鑰kg與云數(shù)據(jù)庫的共享密鑰kgc^new相等，實(shí)現(xiàn)共享密鑰kg的同步，并給閱讀器發(fā)送共享密鑰同步完畢信息；

(10)閱讀器給云數(shù)據(jù)庫發(fā)送更新密鑰通知m7：

(10a)閱讀器計(jì)算原共享密鑰kg和隨機(jī)數(shù)的哈希值并將該哈希值作為新共享密鑰kg^new；

(10b)閱讀器存儲(chǔ)新共享密鑰kg^new，并利用對稱密鑰k對新共享密鑰kg^new和隨機(jī)數(shù)的級聯(lián)進(jìn)行加密，得到更新密鑰通知m7，再將m7發(fā)送給云數(shù)據(jù)庫，其中

(11)云數(shù)據(jù)庫對共享密鑰進(jìn)行更新，并給閱讀器發(fā)送更新成功消息：

云數(shù)據(jù)庫利用對稱密鑰k對更新密鑰通知m7進(jìn)行解密，得到新共享密鑰kg^new和隨機(jī)數(shù)并存儲(chǔ)隨機(jī)數(shù)再令同時(shí)給閱讀器發(fā)送更新成功消息；

(12)閱讀器計(jì)算新共享密鑰kg^new、隨機(jī)數(shù)和隨機(jī)數(shù)nc級聯(lián)的索引哈希值并將該索引哈希值作為密鑰驗(yàn)證消息，再將密鑰驗(yàn)證消息發(fā)送給認(rèn)證后群組標(biāo)簽；

(13)認(rèn)證后群組標(biāo)簽更新共享密鑰kg，并驗(yàn)證索引哈希值

(13a)認(rèn)證后群組標(biāo)簽計(jì)算原共享密鑰kg與隨機(jī)數(shù)級聯(lián)的哈希值并將該哈希值作為認(rèn)證后群組標(biāo)簽的新共享密鑰kg^new，并令kg＝kg^new；

(13b)認(rèn)證后群組標(biāo)簽計(jì)算索引哈希值并驗(yàn)證該索引哈希值是否與從閱讀器接收到的索引哈希值相等，若是，則共享密鑰更新成功，認(rèn)證結(jié)束；否則，重新計(jì)算新共享密鑰值kg^new。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比,具有如下優(yōu)點(diǎn)：

第一，本發(fā)明通過對比共享密鑰的哈希值h(kg)實(shí)現(xiàn)了云數(shù)據(jù)庫對群組標(biāo)簽的認(rèn)證，以及通過對比哈希值h(kg||nc)實(shí)現(xiàn)了群組標(biāo)簽對云數(shù)據(jù)庫的認(rèn)證。

第二，本發(fā)明中，在云數(shù)據(jù)庫認(rèn)證待認(rèn)證群組標(biāo)簽時(shí)，通過利用群組標(biāo)簽共享密鑰kg對標(biāo)簽加密信息{h(nr||idti)||idti}kg的解密，判斷出非法和失效標(biāo)簽的數(shù)量并剔除，提高了認(rèn)證的準(zhǔn)確率。

第三，本發(fā)明中，在云數(shù)據(jù)庫待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰更新之前進(jìn)行了密鑰同步，有效解決了密鑰更新不同步從而使用舊密鑰認(rèn)證導(dǎo)致的跟蹤攻擊，抵抗了現(xiàn)有認(rèn)證方案不能抵抗的頻繁dos攻擊。

第四，本發(fā)明中由于群組標(biāo)簽總共只進(jìn)行了4次簡單哈希運(yùn)算，從而使得群組標(biāo)簽計(jì)算量小，符合輕量級低成本無源標(biāo)簽的應(yīng)用需求。

附圖說明

圖1為本發(fā)明認(rèn)證方法的實(shí)現(xiàn)流程圖；

具體實(shí)施方式

下面結(jié)合附圖，對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。

參照圖1，基于云數(shù)據(jù)庫的輕量級rfid群組標(biāo)簽認(rèn)證方法，包括如下步驟：

步驟1，數(shù)據(jù)初始化：

將閱讀器注冊身份標(biāo)識、待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識、待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰的新舊密鑰對{kgc^new，kgc^old}及其哈希值待認(rèn)證群組標(biāo)簽對應(yīng)的商品信息、對稱密鑰k和變量x存儲(chǔ)至云數(shù)據(jù)庫，其中kgc^new表示新共享密鑰，kgc^old表示舊共享密鑰，表示新共享密鑰的哈希值，表示舊共享密鑰的哈希值，c表示云數(shù)據(jù)庫，x表示一個(gè)變量，用于在密鑰更新不同步時(shí)存儲(chǔ)云數(shù)據(jù)庫的解密密鑰；

將閱讀器身份標(biāo)識idr、待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid、對稱密鑰k存放至閱讀器，其中g(shù)表示待認(rèn)證群組標(biāo)簽，id表示身份標(biāo)識，r表示閱讀器，；

將待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰kg、待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid、ni個(gè)組成員標(biāo)簽身份標(biāo)識idti存放至待認(rèn)證群組標(biāo)簽，其中ti表示某一個(gè)標(biāo)簽；

步驟2，閱讀器向rfid群組標(biāo)簽廣播認(rèn)證請求：

閱讀器選取一個(gè)待認(rèn)證群組標(biāo)簽的組身份標(biāo)識gid后，產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)nr，并將隨機(jī)數(shù)nr和認(rèn)證請求消息前綴request進(jìn)行級聯(lián)，得到認(rèn)證請求消息m0，再將m0廣播給待認(rèn)證群組標(biāo)簽，其中nr表示閱讀器產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，消息m0＝{request||nr}，{·}表示一組消息，||表示消息級聯(lián)；

本發(fā)明中步驟2、步驟(6a)和步驟(7a)中的隨機(jī)數(shù)均是由利用輕量級隨機(jī)數(shù)發(fā)生器m-prng產(chǎn)生。

步驟3，待認(rèn)證群組標(biāo)簽獲取響應(yīng)消息m1并轉(zhuǎn)發(fā)給閱讀器：

(3a)待認(rèn)證群組標(biāo)簽接收認(rèn)證請求消息m0，并計(jì)算隨機(jī)數(shù)nr和每個(gè)標(biāo)簽身份標(biāo)識idti級聯(lián)的哈希值h(nr||idti)；

本步驟中所述的計(jì)算隨機(jī)數(shù)nr和每個(gè)標(biāo)簽身份標(biāo)識idti級聯(lián)的哈希值h(nr||idti)，采用輕量級哈希函數(shù)photon-160/36/36，實(shí)現(xiàn)步驟為：

(3a1)初始化內(nèi)部狀態(tài)：s0＝iv＝{0}¹³⁶||40||36||36；

(3a2)將消息{nr||idti}的一個(gè)消息塊填充一個(gè)’1’或一個(gè)’1’和若干’0’后分裂為12個(gè)消息塊，每個(gè)消息塊均為36-bits；

(3a3)對12個(gè)消息塊進(jìn)行吸收壓縮，得到5個(gè)壓縮消息塊z0、z1、z2、z3和z4，將這5個(gè)壓縮消息塊串聯(lián)，得到160-bits的哈希值h(nr||idti)，其中壓縮消息塊z0、z1、z2和z3的大小均為36-bits，壓縮消息塊z4的大小取16-bits。

步驟(3a)中采用的哈希函數(shù)與步驟(3b)、(4a)、(7b)、(8a)、(10a)、步驟12、(13a)和(13b)中采用的哈希函數(shù)相同，均為photon-160/36/36。

(3b)待認(rèn)證群組標(biāo)簽使用共享密鑰kg，對哈希值h(nr||idti)和每個(gè)標(biāo)簽的身份標(biāo)識idti的級聯(lián)進(jìn)行加密，得到加密消息{h(nr||idti)||idti}kg，同時(shí)計(jì)算待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰kg的哈希值h(kg)，其中，每一個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg對應(yīng)一個(gè)待認(rèn)證群組標(biāo)簽成員；

(3c)待認(rèn)證群組標(biāo)簽對加密消息{h(nr||idti)||idti}kg和哈希值h(kg)進(jìn)行級聯(lián)，得到響應(yīng)消息m1，并將該響應(yīng)消息m1發(fā)送給閱讀器，其中，m1＝{{h(nr||idti)||idti}kg||h(kg)}；

步驟4，閱讀器向云數(shù)據(jù)庫轉(zhuǎn)發(fā)消息串：

(4a)閱讀器通過對稱密鑰k對閱讀器身份標(biāo)識idr和待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid的級聯(lián)進(jìn)行加密，得到加密消息m2；

(4b)閱讀器將響應(yīng)消息m1和加密消息m2進(jìn)行級聯(lián)，得到消息串，并將該消息串轉(zhuǎn)發(fā)給云數(shù)據(jù)庫，其中m2＝{ek(idr||gid)}，ek(·)表示對稱加密函數(shù)；

步驟(4a)中的對稱加密運(yùn)算為ek(·)，其具體計(jì)算過程如下：其中idr||gid為待加密消息，k為對稱密鑰，ek(idr||gid)為對稱加密結(jié)果。

步驟(4a)中的加密運(yùn)算與步驟(4b)、步驟(6b)、步驟(10b)中所使用的對稱加密運(yùn)算相同。

步驟5，云數(shù)據(jù)庫對閱讀器和待認(rèn)證群組標(biāo)簽分別進(jìn)行認(rèn)證，并剔除非法和失效標(biāo)簽：

(5a)云數(shù)據(jù)庫利用對稱密鑰k對消息串進(jìn)行解密，得到閱讀器身份標(biāo)識idr、待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid、待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰的哈希值h(kg)和加密消息{h(nr||idti)||idti}kg，并在云數(shù)據(jù)庫中查找是否有與閱讀器身份標(biāo)識idr相等的注冊身份標(biāo)識，若是，執(zhí)行步驟(5b)；否則，判定閱讀器不合法，認(rèn)證失敗。

上述閱讀器的身份標(biāo)識idr在云數(shù)據(jù)庫中已注冊過，因此，若查找不到閱讀器的注冊身份標(biāo)識，則意味著閱讀器不合法。判斷閱讀器是否合法可提高認(rèn)證方案的安全性，確保云數(shù)據(jù)庫消息來源可靠。

(5b)云數(shù)據(jù)庫從自身存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)中查找是否有與待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份標(biāo)識gid相等的群組標(biāo)簽身份標(biāo)識，若是，則找出存儲(chǔ)在該對應(yīng)群組標(biāo)簽身份標(biāo)識下的共享密鑰的新舊密鑰對{kgc^new，kgc^old}和新舊密鑰對的哈希值并執(zhí)行步驟(5c)；否則，向閱讀器報(bào)錯(cuò)。

上述待認(rèn)證標(biāo)簽的身份標(biāo)識gid用于云數(shù)據(jù)庫確認(rèn)待認(rèn)證群組標(biāo)簽身份，以及在查找待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰時(shí)縮小查找范圍，提高云數(shù)據(jù)庫的搜索速度。

(5c)云數(shù)據(jù)庫將新舊密鑰對的哈希值分別與接收到的共享密鑰哈希值h(kg)進(jìn)行對比，有以下四種情況：

(ii)若h(kg)＝h(kgc^old)且h(kg)≠h(kgc^new)，則云數(shù)據(jù)庫成功更新共享密鑰，待認(rèn)證群組標(biāo)簽未成功更新共享密鑰，云數(shù)據(jù)庫利用舊共享密鑰kgc^old對加密消息{h(nr||idti)||idti}kg進(jìn)行解密，同時(shí)令變量x＝kgc^old，并執(zhí)行步驟(5d)；

(ii)若h(kg)＝h(kgc^old)＝h(kgc^new)，則云數(shù)據(jù)庫和待認(rèn)證群組標(biāo)簽都沒有成功更新共享密鑰，云數(shù)據(jù)庫利用舊共享密鑰kgc^old對加密消息{h(nr||idti)||idti}kg進(jìn)行解密，再計(jì)算舊共享密鑰kgc^old和隨機(jī)數(shù)的哈希值，作為新共享密鑰同時(shí)令變量x＝kgc^old，并執(zhí)行步驟(5d)；

(iii)若且h(kg)≠h(kgc^old)，則待認(rèn)證群組標(biāo)簽和云數(shù)據(jù)庫都更新成功共享密鑰，云數(shù)據(jù)庫用該新共享密鑰對加密消息{h(nr||idti)||idti}kg進(jìn)行解密，同時(shí)令并執(zhí)行步驟(5d)；

(iv)若h(kg)≠h(kgc^old)且h(kg)≠h(kgc^new)，則待認(rèn)證群組標(biāo)簽不合法，認(rèn)證失??；

(5d)云數(shù)據(jù)庫將變量x作為解密密鑰，對接收到的加密消息{h(nr||idti)||idti}kg進(jìn)行解密，有以下三種情況：

(i)若云數(shù)據(jù)庫可以將ni加密消息{h(nr||idti)||idti}kg解密，得到ni個(gè)解密消息h(nr||idti)||idti，則說明這ni個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg對應(yīng)的ni個(gè)標(biāo)簽全部合法且有效，并執(zhí)行步驟(6)；

由于同一個(gè)待認(rèn)證群組標(biāo)簽存儲(chǔ)同一個(gè)共享密鑰kg，因此，可通過用共享密鑰解密標(biāo)簽加密信息來判斷標(biāo)簽是否屬于該待認(rèn)證群組標(biāo)簽，若不屬于，視為非法標(biāo)簽。有效標(biāo)簽可在接收到閱讀器消息時(shí)給閱讀器作出應(yīng)答，若存在沒有作出應(yīng)答的標(biāo)簽，則判斷該標(biāo)簽為失效標(biāo)簽。

(ii)若云數(shù)據(jù)庫可以將a個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg都解密，得到a個(gè)解密消息h(nr||idti)||idti，其中a<ni，則說明這a個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg對應(yīng)的a個(gè)標(biāo)簽均合法且有效，其他ni－a個(gè)標(biāo)簽為失效標(biāo)簽，無法應(yīng)答，同時(shí)云數(shù)據(jù)庫將失效標(biāo)簽和對應(yīng)商品信息剔除，并執(zhí)行步驟(6)；

(iii)若云數(shù)據(jù)庫接收到a個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg，但只能將b個(gè)加密消息解密，得到b個(gè)解密消息h(nr||idti)||idti，其中a<ni，b<a，則說明這b個(gè)加密消息{h(nr||idti)||idti}kg對應(yīng)的b個(gè)標(biāo)簽均合法且有效，而有a－b個(gè)標(biāo)簽屬于非法標(biāo)簽，其他ni－a個(gè)標(biāo)簽屬于失效標(biāo)簽，同時(shí)云數(shù)據(jù)庫將失效標(biāo)簽和非法標(biāo)簽以及對應(yīng)商品信息剔除，并執(zhí)行步驟(6)；

步驟6，云數(shù)據(jù)庫將合法有效標(biāo)簽消息m3發(fā)送給閱讀器：

(6a)云數(shù)據(jù)庫生成隨機(jī)數(shù)nc，并將解密消息h(nr||idti)||idti、云數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)的新組共享密鑰kgc^new和變量x進(jìn)行級聯(lián)，得到級聯(lián)消息m4，其中m4＝{h(nr||idti)||idti||kgc^new||x}；

(6b)云數(shù)據(jù)庫采用對稱密鑰k對級聯(lián)消息m4進(jìn)行加密，得到組合加密消息m5，其中m5＝ek(h(nr||idti)||idti||kgc^new||x)；

(6c)云數(shù)據(jù)庫將組合加密消息m5和隨機(jī)數(shù)nc進(jìn)行級聯(lián)，得到合法有效標(biāo)簽消息m3，并將該合法有效標(biāo)簽消息m3返回給閱讀器，其中，m3＝{ek(h(nr||idti)||idti||kgc^new||x)||nc}，每一個(gè)合法有效標(biāo)簽消息m3包含一個(gè)合法有效標(biāo)簽的身份標(biāo)識idti；

步驟7，閱讀器將通知消息m6發(fā)送給待認(rèn)證群組標(biāo)簽中的合法有效標(biāo)簽：

(7a)閱讀器利用對稱密鑰k對合法有效標(biāo)簽消息m3進(jìn)行解密，得到新組共享密鑰變量x、b個(gè)合法有效標(biāo)簽的身份標(biāo)識idti、隨機(jī)數(shù)nc和b個(gè)哈希值h(nr||idti)，并存儲(chǔ)隨機(jī)數(shù)nc，同時(shí)為b個(gè)合法有效標(biāo)簽生成隨機(jī)數(shù)其中t表示合法有效標(biāo)簽；

(7b)閱讀器計(jì)算變量x和隨機(jī)數(shù)nc級聯(lián)的哈希值h(x||nc)，同時(shí)計(jì)算b個(gè)合法有效標(biāo)簽身份標(biāo)識idti和隨機(jī)數(shù)級聯(lián)的哈希值

(7c)閱讀器將變量x作為加密密鑰，對哈希值h(x||nc)、哈希值和新組共享密鑰的級聯(lián)進(jìn)行加密，得到返回消息

(7d)閱讀器對返回消息隨機(jī)數(shù)和隨機(jī)數(shù)nc進(jìn)行級聯(lián)，得到通知消息m6，并將通知消息m6發(fā)送給待認(rèn)證群組標(biāo)簽中的合法有效標(biāo)簽，其中

步驟8，待認(rèn)證群組標(biāo)簽對云數(shù)據(jù)庫進(jìn)行認(rèn)證，并剔除非法和失效標(biāo)簽：

(8a)待認(rèn)證群組標(biāo)簽利用共享密鑰kg對通知消息m6進(jìn)行解密，得到哈希值哈希值h(x||nc)和新共享密鑰kgc^new，并計(jì)算共享密鑰kg與隨機(jī)數(shù)nc級聯(lián)的哈希值h(kg||nc)；

(8b)待認(rèn)證群組標(biāo)簽判斷哈希值h(kg||nc)是否等于哈希值h(x||nc)，若是，則成功認(rèn)證云數(shù)據(jù)庫，并執(zhí)行步驟(8c)；否則，認(rèn)證失??；

(8c)待認(rèn)證群組標(biāo)簽剔除未收到通知消息m6的非法和失效標(biāo)簽；

由于云數(shù)據(jù)庫在步驟(5d)已經(jīng)剔除了非法和失效標(biāo)簽，因此，待認(rèn)證群組標(biāo)簽在判斷出非法和失效標(biāo)簽數(shù)量后，也需將其剔除，可以提高合法有效標(biāo)簽隱私的安全性。

步驟9，認(rèn)證后群組標(biāo)簽令自身的共享密鑰kg與云數(shù)據(jù)庫的共享密鑰kgc^new相等，實(shí)現(xiàn)共享密鑰kg的同步，并給閱讀器發(fā)送共享密鑰同步完畢信息；

由于云數(shù)據(jù)庫和待認(rèn)證群組標(biāo)簽共享密鑰不同步會(huì)造成下一組待認(rèn)證群組標(biāo)簽在認(rèn)證時(shí)繼續(xù)使用舊共享密鑰，使得待認(rèn)證群組標(biāo)簽具有被發(fā)起跟蹤攻擊的可能，從而不能抵抗頻繁dos攻擊，因此必須進(jìn)行密鑰同步操作。

步驟10，閱讀器給云數(shù)據(jù)庫發(fā)送更新密鑰通知m7：

(10a)閱讀器計(jì)算原共享密鑰kg和隨機(jī)數(shù)的哈希值并將該哈希值作為新共享密鑰kg^new；

閱讀器計(jì)算原共享密鑰kg和隨機(jī)數(shù)的哈希值并利用該哈希值更新新共享密鑰kg^new，可保護(hù)密鑰隱私不泄露，密鑰不被攻擊者跟蹤。其中步驟(10a)中的共享密鑰更新方式與步驟(13a)中的共享密鑰更新方式相同，均為簡單賦值運(yùn)算。

(10b)閱讀器存儲(chǔ)新共享密鑰kg^new，并利用對稱密鑰k對新共享密鑰kg^new和隨機(jī)數(shù)的級聯(lián)進(jìn)行加密，得到更新密鑰通知m7，再將m7發(fā)送給云數(shù)據(jù)庫，其中

步驟11，云數(shù)據(jù)庫對共享密鑰進(jìn)行更新，并給閱讀器發(fā)送更新成功消息：

云數(shù)據(jù)庫利用對稱密鑰k對更新密鑰通知m7進(jìn)行解密，得到新共享密鑰kg^new和隨機(jī)數(shù)并存儲(chǔ)隨機(jī)數(shù)再令同時(shí)給閱讀器發(fā)送更新成功消息；

步驟12，閱讀器計(jì)算新共享密鑰kg^new、隨機(jī)數(shù)和隨機(jī)數(shù)nc級聯(lián)的索引哈希值并將該索引哈希值作為密鑰驗(yàn)證消息，再將密鑰驗(yàn)證消息發(fā)送給認(rèn)證后群組標(biāo)簽；

步驟13，認(rèn)證后群組標(biāo)簽更新共享密鑰kg，并驗(yàn)證索引哈希值

(13a)認(rèn)證后群組標(biāo)簽計(jì)算原共享密鑰kg與隨機(jī)數(shù)級聯(lián)的哈希值并將該哈希值作為認(rèn)證后群組標(biāo)簽的新共享密鑰kg^new，并令kg＝kg^new；

(13b)認(rèn)證后群組標(biāo)簽計(jì)算索引哈希值并驗(yàn)證該索引哈希值是否與從閱讀器接收到的索引哈希值相等，若是，則共享密鑰更新成功，認(rèn)證結(jié)束；否則，重新計(jì)算新共享密鑰值kg^new。