匿名的不可追踪的RFID相互认证方法技术

本发明专利技术提供一种匿名的不可追踪的RFID相互认证方法，基于Schnorr签名算法和轻量级对称加密算法，其安全性依赖于离散对数困难问题，具有运算速度快，存储空间小等优点。考虑到标签成本较低，计算能力有限，因此将标签在进行认证时可能需要到的中间结果通过预计算数据集的方式存储在标签中，本发明专利技术中标签只需要进行生成随机数，Hash运算，加法和乘法运算这些基本的密码操作就能实现认证，无需进行运算量大的指数运算。本发明专利技术在保护了信息安全和用户隐私的同时，降低了系统的时间复杂度。

【技术实现步骤摘要】
匿名的不可追踪的RFID相互认证方法
本专利技术涉及数字认证技术，特别涉及RFID相互认证技术。
技术介绍
无线射频识别RFID系统使用无线射频技术在开放的系统环境中进行对象识别。RFID是一种非物理性接触、低成本、低功耗的自动识别技术，主要是通过射频技术，在读写器和标签之间传递信息，来获取被标识物体信息的技术。尽管与传统的识别技术相比RFID具有许多优点，但因为RFID一些固有的局限性，其面临着巨大的信息安全的挑战。如果不能很好地解决RFID所面临的信息安全问题，随着其应用的不断扩展，RFID潜在的极大破坏力将逐渐显现。RFID安全问题中面临的一个重要挑战就是隐私泄露。由于阅读器与标签之间采用无线射频信号进行通信，无线通信固有的脆弱性使得所传送的信息被完全暴露，易受到窃听、篡改等各种攻击，导致一些敏感信息被泄露。RFID的安全隐私问题主要包括两方面：(1)攻击者对标签进行位置追踪。由于标签发送的信息可能包含唯一的身份标识信息(如身份标识ID)，即使经过加密处理也有可能包含某种固定或有规律的信息，攻击者可以根据标签响应阅读器的响应信息对标签进行位置跟踪，而当标签的使用者没有改变时，攻击者就可以通过跟踪标签来推测出用户的位置，从而泄露用户的位置信息。(2)对窃听获取的标签信息进行分析后再进行攻击。当标签携带信息包含了用户的个人信息时，攻击者就可以通过分析标签传输的信息来获取用户的隐私信息。例如用户使用信用卡在商店消费时，如果不良商户将用户的身份信息和用户身上的标签发送的信息内容联系在一起，便可以获取很多用户的隐私信息。因此，设计高效安全的认证协议来保护用户隐私，是我们目前迫切需要解决的难题。标签在进行认证时，要证明自己是合法的用户，但又不能让敌手知道其身份，这就要求标签具有匿名的特性。此外，如果标签能被敌手追踪，那么用户的隐私和位置信息就有可能泄露，这会带来巨大的安全隐患。所以，不可追踪性也是我们要考虑的问题。目前已经存在一些匿名认证协议，但它们都存在一定的安全性能等问题。2006年，Heydt设计了一个基于匿名证书公交车票匿名支付系统，但该方案并未给出该系统具体实现的方法。Bichsel在2009年给出一种基于JavaCards的实现匿名证书的方法，但是需要所有的设备执行公钥密码算法，这不符合RFID标签的低成本需求。2009年，Blass给出了一个适用的基于RFID的匿名支付方案，但是该方案要求系统中标签的数目是固定不变的，这使得该方案不具有很好的扩展性。2010年Armknecht等人提出一个高效的RFID匿名认证协议，但该协议每认证一次标签后，需要一个机构对标签进行匿名化处理，代价很高。
技术实现思路
本专利技术所要解决的技术问题是，提供一种适用于RFID的匿名的不可追踪的基于类似签密相互认证方法。本专利技术为解决上述技术问题所采用的技术方案是，一种匿名的不可追踪的RFID相互认证方法，包括以下步骤：1)发行机构预处理步骤：发行机构选择p、q两个大素数，q是p-1的大素数因子；发行机构生成阅读器的公私钥对(pR,sR)，标签的公私钥对发行机构生成两个哈希函数H1与H2，{0,1}*表示0、1串，表示大素数p的整数模的乘法群，表示大素数q的整数模的乘法群；发行机构选择一个q阶生成元g，满足gq≡1modp，≡为同余，g≠1modp，mod为取模；发行机构为标签Tj预计算数据集数据集中各元素0≤i≤lq-1；lq表示大素数q的二进制比特长度；发行机构将各标签的公私钥对、标签标识符以及阅读器的公钥和预计算数据集ψ，ζ，π和ρ存储在对应的标签Tj内；将所有标签标识符以及对应的标签的公钥保存在与阅读器相连的后台数据库里；2)相互认证步骤：2-1)阅读器选择随机数生成挑战信息z，z≡gtmodp；2-2)标签Tj接收到挑战信息z后，选择随机数利用时间-存储折中法，根据原存储的数据集计算得到中间数r≡gkmodp，对称加密密钥K≡pRkmodp，将中间数r与挑战信息z输入哈希函数H1中，得到哈希函数值e＝H1(r,z)，再用标签私钥得到签名数据然后利用对称加密密钥K对标签标识符中间数r、签名数据s、挑战信息z组成的数据加密得到对称加密密文C，||表示数据直接连接，返回响应数据(r,C)给阅读器；2-3)阅读器收到响应数据(r,C)后，首先提取中间数据r利用阅读器私钥sR计算密钥然后利用密钥K′解密C得到解密数据将解密得到的挑战信息z′与生成作为挑战信息z进行比较，若z′≠z或r′≠r，则退出；否则阅读器从后台数据库查找是否存在标签标识符若否，则视为非法标签；若是，找到对应公钥数据项将解密得到的中间数r′与挑战信息z′输入哈希函数H1中，得到哈希函数值e′＝H1(r′,z′)，然后利用解密得到的签名数据s′与哈希函数值e′验证是否成立，若否，则视为非法标签，如是，则为合法的标签，阅读器将再利用解密得到的标签标识符中间数r′、挑战信息z′以及对称加密密文C输入哈希函数H2中得到哈希函数值利用阅读器私钥得到签名数据s1≡sRe1+tmodq，最后把签名数据s1返回给标签Tj；2-4)标签Tj收到签名数据s1后，将本地保存的标签标识符本地计算得到的中间数r、对称加密密文C以及挑战信息z输入哈希函数H2得到哈希函数值然后利用预计算数据集π和ρ以及时间-存储折中法验证是否成立，若是，则为合法阅读器，若否，则为非法阅读器。本专利技术基于Schnorr签名算法和轻量级对称加密算法，其安全性依赖于离散对数困难问题，具有运算速度快，存储空间小等优点。考虑到标签成本较低，计算能力有限，因此将标签在进行认证时可能需要到的中间结果通过预计算数据集的方式存储在标签中，本专利技术中标签只需要进行生成随机数，Hash运算，加法和乘法运算这些基本的密码操作就能实现认证，无需进行运算量大的指数运算。本专利技术的有益效果是，在保护了信息安全和用户隐私的同时，降低了系统的时间复杂度。具体实施方式实施例中用到的符号如下：本专利技术的相互认证流程大致如下：系统初始化：发行机构生成阅读器的公私钥对，标签的公私钥对以及两个安全的哈希函数。其中与阅读器相连的后台数据库里保存了所有合法标签的公钥列表。RFID相互认证步骤：阅读器向标签发送一个消息。标签利用自己的私钥，自己的身份信息通过简单乘法和加法运算计算出应答值，然后把应答值发送给阅读器进行认证。阅读器利用标签公钥对应答值进行验证，若验证通过，则说明标签是合法的，否则，说明标签是非法的。在标签验证合法后，阅读器利用自己的私钥通过简单乘法和加法运算计算出应答值，把应答值发送给标签进行认证。标签利用阅读器公钥对应答值进行正确性验证。若验证通过，则说明阅读器是合法的。否则，说明阅读器是非法的。本专利技术在标签生成应答值的过程中，使用了Schnorr签名生成签名数据，还使用了对称加密算法，利用阅读器的公钥生成对称加密密钥，生成的对称加密密钥还对签名数据进行加密。在阅读器生成应答值的过程中，阅读器将基于Schnorr签名生成的签名数据作为应答值。协议分初始化阶段和认证阶段，具体描述如下：(一)系统初始化：1)I首先选择两个大素数p和q，q是p-1的大素数因子，然后选择一个生成元即满足gq≡1modp，g≠1，以及两个安全抗碰撞的hash函本文档来自技高网...

【技术保护点】
匿名的不可追踪的RFID相互认证方法，其特征在于，包括以下步骤：1)发行机构预处理步骤：发行机构选择p、q两个大素数，q是p‑1的大素数因子；发行机构生成阅读器的公私钥对(pR,sR)，标签的公私钥对发行机构生成两个哈希函数H1与H2，表示0、1串，表示大素数p的整数模的乘法群，表示大素数q的整数模的乘法群；发行机构选择一个q阶生成元g，满足gq≡1modp，≡为同余，g≠1modp，mod为取模；发行机构为标签Tj预计算数据集π={α0,α1,···,αlq-1},]]>ρ={β0,β1,···,βlq-1};]]>数据集中各元素ωi=g2i,μi=pR2i,αi=g2i,]]>0≤i≤lq‑1；lq表示大素数q的二进制比特长度；发行机构将各标签的公私钥对、标签标识符以及阅读器的公钥和预计算数据集ψ，ζ，π和ρ存储在对应的标签Tj内；将所有标签标识符以及对应的标签的公钥保存在与阅读器相连的后台数据库里；2)相互认证步骤：2‑1)阅读器选择随机数生成挑战信息z，z≡gt modp；2‑2)标签Tj接收到挑战信息z后，选择随机数利用时间存储‑折中法，根据原存储的数据集ψ和ζ计算中间数r≡gkmodp，对称加密密钥将中间数r与挑战信息z输入哈希函数H1中，得到哈希函数值e＝H1(r,z)，再用标签私钥得到签名数据然后利用对称加密密钥K对标签标识符中间数r、签名数据s、挑战信息z组成的数据加密得到对称加密密文C，||表示数据直接连接，返回响应数据(r,C)给阅读器；2‑3)阅读器收到响应数据(r,C)后，首先提取中间数据r利用阅读器私钥sR计算密钥然后利用密钥K′解密C得到解密数据将解密得到的挑战信息z′与生成作为挑战信息z进行比较，或者将解密得到的中间数据r′与生成的中间数据r进行比较，若z′≠z，或r′≠r，则退出；否则阅读器从后台数据库查找是否存在标签标识符若否，则视为非法标签；若是，找到对应公钥数据项将解密得到的中间数r′与挑战信息z′输入哈希函数H1中，得到哈希函数值e′＝H1(r′,z′)，然后利用解密得到的签名数据s′与哈希函数值e′验证是否成立，若否，则视为非法标签，若是，则为合法的标签，阅读器再利用解密得到的标签标识符中间数r′、挑战信息z′以及对称加密密文C输入哈希函数H2中得到哈希函数值利用阅读器私钥得到签名数据s1≡sRe1+tmodq，最后把签名数据s1返回给标签Tj；2‑4)标签Tj收到签名数据s1后，将本地保存的标签标识符本地计算得到的中间数r、对称加密密文C以及挑战信息z输入哈希函数H2得到哈希函数值然后利用预计算数据集π和ρ以及时间‑存储折中法验证是否成立，若是，则为合法阅读器，若否，则为非法阅读器。...

【技术特征摘要】
1.匿名的不可追踪的RFID相互认证方法，其特征在于，包括以下步骤：1)发行机构预处理步骤：发行机构选择p、q两个大素数，q是p-1的大素数因子；发行机构生成阅读器的公私钥对(pR,sR)，标签的公私钥对发行机构生成两个哈希函数H1与H2，{0,1}*表示0、1串，表示大素数p的整数模的乘法群，表示大素数q的整数模的乘法群；发行机构选择一个q阶生成元g，满足gq≡1modp，≡为同余，g≠1modp，mod为取模；发行机构为标签Tj预计算数据集数据集中各元素0≤i≤lq-1；lq表示大素数q的二进制比特长度；发行机构将各标签的公私钥对、标签标识符以及阅读器的公钥和预计算数据集ψ，ζ，π和ρ存储在对应的标签Tj内；将所有标签标识符以及对应的标签的公钥保存在与阅读器相连的后台数据库里；2)相互认证步骤：2-1)阅读器选择随机数生成挑战信息z，z≡gtmodp；2-2)标签Tj接收到挑战信息z后，选择随机数利用时间-存储折中法，根据原存储的数据集ψ和ζ计算中间数r≡gkmodp，对称加密密钥K≡pRkmodp，将中间数r与挑战信息z输入哈希函数H1中，得到哈希函数值e＝H1(r,z)，再用标签私钥得到签名数据然后利用对称加密密钥K对标签标识符中间数r、签名数据s、挑战信...

【专利技术属性】
技术研发人员：许春香，金春花，张晓均，陈文杰，
申请(专利权)人：电子科技大学，
类型：发明
国别省市：四川;51