基于区块链的RFID标签隐私保护模型研究

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随着物联网设备的指数级增长和RFID(Radio Frequency Identification,射频识别)技术的日益普及,RFID呈现出的安全问题越发严重。RFID隐私安全问题特指系统中恶意的阅读器随意访问标签数据导致消费者个人偏好隐私或企业的敏感信息泄露。与此同时,RFID应用涉及面很广,隐私安全问题具有高度依赖于应用场景和受资源约束严重等显著特征。目前传统RFID隐私解决办法是设计密码学协议或者模型集成方法来对阅读器进行认证,然而在各自应用场景上均存在优势和缺陷。因此选取具体应用场景,使用特定技术,对于解决RFID标签隐患是非常必要的。区块链技术具有多中心化、访问控制扩展性强、透明公开等鲜明特点,尤其适用于解决分布式场景下的物流问题。针对RFID标签保护的特点以及现有解决办法中存在的问题,本文面向RFID的物流领域,基于区块链技术对RFID标签隐私保护进行研究,具体的研究工作如下:(1)针对目前主流区块链平台吞吐量低、时延长、容错性不强等性能问题,本文提出一种基于动态授权和信用机制的DCBFT共识算法,旨在从改善PBFT算法流程和信用机制角度来提高算法的性能和容错性,使之适用于RFID物流联盟链。该算法一方面改进了 PBFT“三阶段三广播”的通信流程;另一方面引入了 DPoS算法对记账节点的credit信用评价机制,达到可以实行动态选举记账节点的效果,使得联盟链中可以动态地增删节点。实验分别从吞吐量、时延和容错性三个指标衡量算法的性能。实验结果表明,相比于原始的PBFT算法,本文提出的共识算法可以达到千级TPS和更低的时延。(2)针对目前RFID系统中阅读器用户可以随意访问标签数据的权限问题,为了改善其访问控制解决办法存在的缺陷,本文提出一种基于智能合约的标签访问控制CS-RBAC模型,旨在基于智能合约动态地量化阅读器用户访问标签数据的权限。该方法通过组合三种信用度评价机制和智能合约来提升主体用户对客体数据的访问权限。实验分析三种信用度评价机制并确定最终信用度的权重比。实验结果表明,本文提出的方法相比于传统访问控制方法具有更细粒度的权限划分、动态确定权限等优势。(3)针对目前物流联盟链中未考虑链上源头数据的可靠性,以及DCBFT算法容错性能不强等问题,提出面向联盟链的RFID标签保护模型。该模型首先使用了fabric-CA证书机制隔离未经认证的阅读器用户对标签数据的上链请求。接着为了提高联盟链的容错性,将CS-RBAC访问控制模型和CA控制方法实现融合,生成新的联盟链访问控制策略,并基于融合的访问控制方法对联盟链的共识机制进行实验。最后,分别对联盟链模型和联盟链性能进行安全性分析和性能分析。安全性分析表明,该RFID联盟链模型可以抵挡恶意阅读器的跟踪攻击和罗列攻击;性能分析表明,融合访问控制策略后的共识算法在网络和内存消耗上表现稳定,并在吞吐量上相比于原算法提高了约15%。
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