基于状态机推断的RFID协议逆向分析技术研究

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射频识别RFID技术目前被广泛应用于物联网之中,RFID通信协议也是物联网中采用的主要通信协议之一。当前,针对物联网中多样化无线通信协议的安全问题,需要有效的工具对协议进行分析,从而保障各个协议安全可靠,尽可能减少恶意软件对物联网系统的攻击。因此,本文对RFID通信协议的逆向分析过程与技术进行分析和研究,提出了一种结合n-gram算法和NW(Needleman-Wunshc)算法的序列比对改进算法。本文主要做了以下三个方面的工作:(1)本文提出了一种结合n-gram和NW算法的序列比对改进算法(Needleman-Wunsch n-gram,NWN)。现有的NW算法主要针对字符空间较小、长度较长的生物信息序列,因此在长度较短的RFID报文中效果达不到预期。因此,本文利用了n-gram算法中当前字符出现概率受上下文影响的思想改进了NW算法的分类过程,通过更准确的分类结果为NW算法提供数据。同时改进了NW算法,使其在RFID报文数据上的效果更加准确,同时也降低了其在数据量较大时的时间开销。(2)基于RFID报文和从中提取的消息协议格式,针对状态机构建过程中的化简不完全问题,本文采用了一种基于扩展有限状态机(Extended Finite State Machines,EFSM)的方法构建状态机,可以得到协议行为规范的抽象化描述。并针对生成的状态机并非最简形式的问题,采用K-Tail算法和字段约束简化最终输出结果,从而输出RFID协议的状态转移过程的最简形式,为进一步的数据分析提供支撑。(3)本文以NWN算法和有限状态机算法为基础,设计并实现了一个RFID协议逆向分析原型系统。该系统能够对采集到的RFID报文数据进行自动化分析,并经过预处理、消息格式提取和状态机构建,最后输出报文数据中包含的消息格式和报文数据对应的状态转换过程。系统测试结果从工程角度验证了本文方法的可行性和实用性。
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