物联网中RFID标签所有权转移协议研究

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近年来,物联网技术不断发展,射频识别(Radio Frequency Identification,RFID)作为物联网感知层关键技术受到了国内外学者的关注。RFID系统前端是基于开放的无线通信环境,这使得存在于无线信道的窃听、跟踪、重放、拒绝服务等攻击都可以在RFID系统中实施,从而造成安全与隐私泄露问题。供应链环境下,携带标签的物品要发生多次易手,仅物品的易主是不完整的,需要进行标签的所有权转移。RFID标签所有权转移协议基于密码学机制,能够有效解决RFID系统的安全与所有权转移问题,受到了广泛的研究。目前研究RFID标签所有权转移协议的文献中使用的方法根据有无使用可信第三方(Trusted Third Part,TTP)可以分为两类:集中式方法,需要依靠TTP在新旧所有者之间传输密钥;两方转移方法,不依赖TTP,仅凭借新旧所有者实现所有权的转移。基于此,本文对物联网中标签所有权转移协议进行了详细的研究,主要研究内容如下:(1)首先,介绍了RFID系统的组成及工作原理,研究了RFID系统在安全与隐私方面的需求以及存在的问题,介绍了常用的解决这些问题的物理机制与密码学方案。重点探索了基于密码学的RFID标签所有权转移协议。按照基于TTP和无TTP两种类型分别对已经提出的几种所有权转移协议进行了详细的安全性分析,指出了这些协议存在的安全漏洞,此外介绍了协议安全性验证方法,为后面对所有权转移协议的进一步研究打下了基础。(2)接着,提出了一种基于TTP的所有权转移方案OTODP,其中,为了抵抗一种秘密揭露攻击——Tango攻击,设计了一种轻量级的分块重排运算对信息进行加密,该运算由简单的位运算组合而成,不仅具有轻量级的特点,还兼顾良好的不可逆性;此外,本协议还添加了所有权代理功能以满足一些特殊的所有权转移场景。使用形式化方法验证了协议的安全性,与其他协议对比表明所提出的协议能够抵抗各种攻击,具有更高的安全性,能够适用于低成本标签。(3)最后,提出了一种不依赖TTP的两方所有权转移协议LTP-OTP,该协议采用认证与所有权转移密钥分离的思路实现了标签的所有权的转移,很好地避免了窗口问题。使用形式化方法GNY逻辑证明了协议是安全的,与其他两方所有权转移协议在安全性与标签的计算资源需求上对比表明本协议在安全性、硬件计算损耗等方面更有优势。最后,本文对LTP-OTP使用Java语言基于Spring Boot框架实现了协议流程的模拟仿真,证明了该协议在软件应用层面实现的可行性。
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