目前,射频识别(RFID)技术已在工业、农业及商业等领域得到大量应用。由于RFID标签属于资源受限设备并通过无线信道通信,因此,在实际应用中,标签极易遭受各种攻击,例如对标签及其携带者的识别和恶意跟踪、分析标签数据以获取商业机密、假冒标签以通过系统验证等。上述问题可以采用物理措施和安全协议加以解决。但是物理措施缺乏灵活性,并且使用成本较高。安全协议则主要基于密码技术,设计安全可靠的标签认证协议及其他相关协议,其应用成本低,并具有很好的灵活性和可扩展性。针对不同的应用需求,目前已有许多RFID安全协议被提出,这为推动RFID技术的广泛应用起到了重要作用。但由于部分协议设计上的缺陷、协议安全模型缺乏,以及协议所使用的密码算法加密强度弱等原因,导致标签隐私泄露及其他安全问题仍未得到较好解决。因此,本文主要研究并设计基于公钥密码体制的RFID安全协议,以解决目前RFID应用中出现的标签隐私泄露及其他与协议有关的安全问题。本文研究内容包括RFID标签认证协议、标签所有权转移协议(Tag ownership transfer protocol)及其隐私保护模型和标签组证明协议(Tag group proof protocol),所做的具体工作如下:(1)基于椭圆曲线密码体制,提出了一个具有标签隐私保护及满足其他安全要求的阅读器——标签(Reader-Tag)双向认证协议,并给出了一个针对认证协议的标签隐私模型,证明了该协议具备标签隐私保护。我们对所提出的协议与类似协议进行了性能对比,结果表明:所提出的协议在标签隐私保护、协议安全要求、标签计算开销和协议通信开销等方面的综合性能优于对比协议。该协议适用于支持椭圆曲线加密的标签及对安全要求很高的应用场合。(2)针对标签所有权转移的隐私泄露问题,提出了一个标签所有权转移隐私保护模型。该模型赋予攻击者获取阅读器私钥的能力及其他攻击能力,并给出了标签在所有权转移过程中的前向隐私和后向隐私安全定义。该模型可用于对标签所有权转移协议的隐私保护分析。同时,也给出了一个基于公钥加密的标签所有权转移原型协议,并利用所提出的标签隐私保护模型对其进行了证明。结果表明:该原型协议满足标签隐私保护,适合支持公钥加密的标签和对安全要求较高的RFID应用。(3)分析了一个基于ElGamal加密的标签认证方案的隐私泄露问题,并进行了改进。在此基础上,利用ElGamal加密方案设计了一个新的阅读器——标签双向认证协议。该协议的加密和解密操作在阅读器(或服务器)上进行,标签只需执行哈希运算和轻量级对称加密运算,适合于性能稍高的标签和对安全要求较高的应用。(4)利用El Gamal加密方案,设计了一个标签组证明协议。该协议的加密、解密运算均在阅读器(或服务器)上进行,普通标签只执行哈希运算,计算开销小。经分析,该协议满足常规安全要求,适用于低性能标签及对标签隐私要求不高的应用场合,但如果配合所提出的标签认证协议使用,基于该协议的应用也可以获得标签隐私保护。