專利名稱：一種標(biāo)簽讀寫器、射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方法、系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及射頻識別系統(tǒng)，具體而言，涉及一種標(biāo)簽讀寫器、射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信
方法、系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
RFID(射頻識別)系統(tǒng)通常由標(biāo)簽讀寫器、射頻標(biāo)簽和后臺數(shù)據(jù)庫組成，如圖1所示，標(biāo)簽讀寫器通過接口模塊與后臺數(shù)據(jù)庫進(jìn)行通信；標(biāo)簽讀寫器和射頻標(biāo)簽各自在控制
器的作用下，通過發(fā)送模塊和接收模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)發(fā)送和接收，并通過天線進(jìn)行雙方的射頻通信。 目前RFID技術(shù)在國內(nèi)外發(fā)展迅速，品種繁多，越來越多的產(chǎn)家投入到射頻識別領(lǐng)域。在RFID廣泛應(yīng)用的同時，由于其是基于無線射頻技術(shù)的識別，是在開放的環(huán)境下進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，射頻信息容易在射頻信道被竊取；目前已出臺的IS018000、 EPC C1G2等相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)也缺乏可靠的加密、認(rèn)證機(jī)制，存在或多或少的安全漏洞。RFID領(lǐng)域安全問題一直是一個挑戰(zhàn)。 在標(biāo)簽讀寫器(Reader)和射頻標(biāo)簽(Tag)之間，基于IS018000-6C標(biāo)準(zhǔn)的一個典型通信流程如圖2所示 Reader首先向Tag發(fā)送Query命令(包含4bit參數(shù)Q)開始一輪通信周期；Tag內(nèi)部的隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生器在0 2(Q—"之間產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)R，可以通過QueryAdjust、 QueryR印命令調(diào)整R值，若R為0，則Tag由Ready狀態(tài)跳轉(zhuǎn)到R印ly狀態(tài)，返回16bit的隨機(jī)數(shù)Rl給Reader ;Reader以相同的隨機(jī)數(shù)Rl為參數(shù)發(fā)送Ack命令回應(yīng)Tag ;Tag判斷Reader發(fā)過來的隨機(jī)數(shù)是否為之前Tag內(nèi)部產(chǎn)生的隨機(jī)數(shù)，若是，則Tag返回協(xié)議控制位(PC)、產(chǎn)品識別碼(EPC)等給Reader,否則不返回任何數(shù)據(jù)；Reader再以相同的隨機(jī)數(shù)Rl為參數(shù)向Tag發(fā)送Req_RN命令，請求Tag返回一個新的隨機(jī)數(shù)R2作為之后標(biāo)簽讀寫器訪問Tag的句柄(handle)。 從圖2中可以看出，現(xiàn)有技術(shù)中的標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間的通信有以下缺陷 1、 Reader和Tag是在沒有相互認(rèn)證的情況下進(jìn)行信號傳輸?shù)?，因而不能保證Reader和Tag的可靠性和合法性； 2、 Reader和Tag之間信息的交互均以明文形式傳輸，PC、 EPC等容易被攻擊者竊取，從而標(biāo)簽可能會被追蹤； 3 、 Reader和Tag之間的通信無法抵抗重傳攻擊。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于上述背景，本發(fā)明提供了一種標(biāo)簽讀寫器、射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方法、系
統(tǒng)，可以實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間的安全通信。為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用了如下技術(shù)方案
—種基于射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方法，包括如下步驟
A、標(biāo)簽讀寫器通過認(rèn)證請求向射頻標(biāo)簽獲取其ID ; B、標(biāo)簽讀寫器認(rèn)證射頻標(biāo)簽為合法標(biāo)簽后，根據(jù)自身的主密鑰及所獲取的ID，計(jì) 算出該射頻標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰； C、標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交互的是經(jīng)所述密鑰 加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 所述的數(shù)據(jù)通信方法，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間的交互的敏感數(shù)據(jù)為128位隨 機(jī)數(shù)。 所述的數(shù)據(jù)通信方法，所述密文數(shù)據(jù)采用AES算法加密。 所述的數(shù)據(jù)通信方法，還包括如下處理標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽在向?qū)Ψ桨l(fā)送所 述密文數(shù)據(jù)之前，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼。 所述的數(shù)據(jù)通信方法，所述主密鑰為不可讀的128位數(shù)據(jù)。 所述的數(shù)據(jù)通信方法，標(biāo)簽讀寫器對射頻標(biāo)簽的認(rèn)證采用Hash認(rèn)證機(jī)制，而射頻 標(biāo)簽對讀寫器的認(rèn)證采用隨機(jī)數(shù)認(rèn)證。 本發(fā)明還公開了一種基于射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽讀寫器和射頻 標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)通信，包括設(shè)置在標(biāo)簽讀寫器上的ID獲取模塊、密鑰計(jì)算模塊和通信模 塊；所述ID獲取模塊用于通過認(rèn)證請求向射頻標(biāo)簽獲取其ID ;所述密鑰計(jì)算模塊用于在認(rèn) 證射頻標(biāo)簽為合法標(biāo)簽后，根據(jù)自身的主密鑰及ID獲取模塊獲取的所述ID，計(jì)算出該射頻 標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰；所述通信模塊用于與射頻標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交 互的是經(jīng)所述密鑰加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間的交互的敏感數(shù)據(jù)為128位隨 機(jī)數(shù)。 所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，還包括分別設(shè)置在標(biāo)簽讀寫器及射頻標(biāo)簽上的擾碼模塊， 用于在標(biāo)簽讀寫器和射頻標(biāo)簽向?qū)Ψ桨l(fā)送所述密文數(shù)據(jù)之前，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼。
所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，所述主密鑰為不可讀的128位數(shù)據(jù)。 本發(fā)明還公開了一種標(biāo)簽讀寫器，包括ID獲取模塊、密鑰計(jì)算模塊和通信模塊， 所述ID獲取模塊用于通過認(rèn)證請求向射頻標(biāo)簽獲取其ID ;所述密鑰計(jì)算模塊用于在認(rèn)證 射頻標(biāo)簽為合法標(biāo)簽后，根據(jù)自身的主密鑰及ID獲取模塊獲取的所述ID計(jì)算出該射頻標(biāo) 簽的導(dǎo)出密鑰；所述通信模塊用于與射頻標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交互 的是經(jīng)所述密鑰加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
所述的標(biāo)簽讀寫器，還包括擾碼模塊，用于在標(biāo)簽讀寫器向射頻標(biāo)簽發(fā)送密文數(shù) 據(jù)之前，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼。 所述的標(biāo)簽讀寫器，所述主密鑰為不可讀的128位數(shù)據(jù)。 本發(fā)明還公開了一種射頻標(biāo)簽，包括密鑰生成模塊和通信模塊，所述密鑰生成模 塊用于根據(jù)射頻標(biāo)簽的ID及主密鑰生成導(dǎo)出密鑰，所述通信模塊用于與標(biāo)簽讀寫器之間 進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交互的是經(jīng)所述密鑰加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為 直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。 所述的射頻標(biāo)簽，所述密鑰生成模塊是專用集成電路實(shí)現(xiàn)的。 所述的射頻標(biāo)簽，還包括擾碼模塊，用于在射頻標(biāo)簽向標(biāo)簽讀寫器發(fā)送密文數(shù)據(jù)之前，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼。 所述的射頻標(biāo)簽，所述主密鑰為不可讀的128位數(shù)據(jù)。 本發(fā)明通過認(rèn)證請求獲取射頻標(biāo)簽的ID，可以首先確保讀取的標(biāo)簽為標(biāo)簽讀寫器
設(shè)定有閱讀權(quán)限的合法標(biāo)簽，利用該ID配合標(biāo)簽讀寫器上的主密鑰生成導(dǎo)出密鑰，并使用
生成的導(dǎo)出密鑰對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密，而對非敏感數(shù)據(jù)不進(jìn)行加/解密，因而可以有效
解決密鑰分配和主密鑰泄漏問題，提高標(biāo)簽讀寫器和射頻標(biāo)簽的安全性。 進(jìn)一步的，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間敏感數(shù)據(jù)的交互采用128位隨機(jī)數(shù)，經(jīng)過
這樣的處理， 一次相互通信完畢后，下次通信時，敏感數(shù)據(jù)的交互使用的又是另一個隨機(jī)
數(shù)，讓攻擊者難以找到規(guī)律。在RFID系統(tǒng)中，由于標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間交互的數(shù)據(jù)
長度通常小于128位，而本發(fā)明將兩者間的交互的敏感數(shù)據(jù)填充到128位，對于多余的位，
通過隨機(jī)數(shù)補(bǔ)全，而并非簡單的補(bǔ)"1"或補(bǔ)"0"，因而可以進(jìn)一步提高數(shù)據(jù)的安全性。 進(jìn)一步的，對加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼處理，可提高數(shù)據(jù)的抗攻擊性能。 主密鑰為128位的數(shù)據(jù)，且不可被讀出，從而有效保護(hù)主密鑰的安全性。 標(biāo)簽讀寫器對射頻標(biāo)簽的認(rèn)證采用Hash認(rèn)證機(jī)制，而射頻標(biāo)簽對讀寫器的認(rèn)證
采用隨機(jī)數(shù)認(rèn)證?？捎行ПＷC兩者之間的可靠性和合法性。


圖1是現(xiàn)有技術(shù)中的RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖； 圖2是現(xiàn)有技術(shù)中的標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間的基于IS018000-6C標(biāo)準(zhǔn)的一個 典型通信流程圖； 圖3是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽間具有安全保護(hù)功能的通 信流程圖； 圖4是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰生成示意圖；
圖5是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽間的交互數(shù)據(jù)的128位AES 加密示意圖； 圖6是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽間的128位AES解密示意 圖； 圖7是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾/解擾碼的處理示意圖；
圖8是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)發(fā)送過程；
圖9是本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，標(biāo)簽讀寫器的數(shù)據(jù)接收過程。
具體實(shí)施例方式
下面對照附圖并結(jié)合具體實(shí)施方式
對本發(fā)明進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說明。
如圖3所示，本發(fā)明為提高標(biāo)簽讀寫器(Reader)與射頻標(biāo)簽(Tag)之間的數(shù)據(jù)通 信安全性，采用對兩者之間的交互數(shù)據(jù)進(jìn)行加密的方式。從安全算法角度來說，傳統(tǒng)的分組 密碼技術(shù)，因安全性能低難以滿足RFID系統(tǒng)的安全需求；RSA/ECC等公鑰算法雖然可以比 較可靠的保證射頻標(biāo)簽的安全，但受到射頻標(biāo)簽的面積/成本和功耗的限制，這些算法并 不適用，需要在安全強(qiáng)度和面積上做折中。AES (Advanced Encryption Standard)算法是美 國國家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)協(xié)會(NIST)在2001年發(fā)布的對稱分組密碼算法，具有強(qiáng)免疫性、執(zhí)行速度快、結(jié)構(gòu)規(guī)律等優(yōu)點(diǎn)，因而本發(fā)明選用其作為加密時應(yīng)用的算法。和RSA/ECC等高級安全算 法相比，AES雖然在安全強(qiáng)度上比它們低，但其硬件實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)對稱，面積可以做到更小，功耗 也會更低(射頻標(biāo)簽中面積和功耗都是很重要的因素)，而且也能基本滿足安全要求。
在本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，每個射頻標(biāo)簽內(nèi)部具有唯一的射頻識別號(ID)，長度 為64位，根據(jù)128位AES輸入長度的要求，將ID號擴(kuò)展為128位{ID [63:0] ， ID [63:0]}。 在加密時，以主密鑰為基礎(chǔ)，主密鑰長度為128位，并設(shè)置為不可讀出以保證主密鑰的安全 性。主密鑰是標(biāo)簽生產(chǎn)時確定的一個128位隨機(jī)數(shù)，對于屬于同一個系統(tǒng)的標(biāo)簽，其主密鑰 是相同的，為防止在通信過程中主密鑰可能被攔截破解，本發(fā)明具體實(shí)施方式
中，加密數(shù)據(jù) 全部是用導(dǎo)出密鑰進(jìn)行加密。由于不同的標(biāo)簽計(jì)算出來的導(dǎo)出密鑰不同，所以攻擊者即使 能破解某個標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰(最壞情況)，還是不知道主密鑰，依然可以保證其它標(biāo)簽的安 全。 每個標(biāo)簽根據(jù)擴(kuò)展的ID和主密鑰計(jì)算出導(dǎo)出密鑰，工程上可以采用ASIC(專用集 成電路)實(shí)現(xiàn)，當(dāng)然，其實(shí)現(xiàn)方式并不限定于此。這樣，每個標(biāo)簽都有自己專用的導(dǎo)出密鑰， 同時，通過導(dǎo)出密鑰而隱藏主密鑰，可以保護(hù)主密鑰不在通信中被竊取。
由于不同標(biāo)簽具有不同的導(dǎo)出密鑰，因而標(biāo)簽讀寫器與不同標(biāo)簽通信時需要使用 不同的導(dǎo)出密鑰，這要求標(biāo)簽讀寫器要知道待通信標(biāo)簽的ID號，標(biāo)簽讀寫器是通過認(rèn)證請 求的方式來獲取不同標(biāo)簽的ID的，為保證認(rèn)證的安全性，認(rèn)證采用雙向認(rèn)證機(jī)制，即標(biāo)簽 讀寫器對射頻標(biāo)簽的認(rèn)證采用Hash認(rèn)證機(jī)制，而射頻標(biāo)簽對讀寫器的認(rèn)證采用隨機(jī)數(shù)認(rèn) 證。 標(biāo)簽讀寫器對射頻標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證時，標(biāo)簽讀寫器首先通過發(fā)送QueryID命令并產(chǎn) 生隨機(jī)數(shù)Kl (第一隨機(jī)數(shù))發(fā)送給射頻標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證請求，射頻標(biāo)簽產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)R0 (第二 隨機(jī)數(shù))并連同Hash(Kl，RO，ID) —起發(fā)送給標(biāo)簽讀寫器，標(biāo)簽讀寫器查詢后臺數(shù)據(jù)庫(后 臺數(shù)據(jù)庫保存了屬于該系統(tǒng)的所有標(biāo)簽ID號)中的所有ID，通過散列(Hash)運(yùn)算，驗(yàn)證是 否有IDi(即該射頻標(biāo)簽的ID)滿足Hash(Kl， R0， ID》=Hash(Kl， R0， ID)，如果有，則說明 該射頻標(biāo)簽為有效標(biāo)簽，對標(biāo)簽的認(rèn)證通過；標(biāo)簽讀寫器認(rèn)證完射頻標(biāo)簽后，發(fā)送Query、 QueryAdjust、QueryR印命令開始一次盤存周期，射頻標(biāo)簽返回隨機(jī)數(shù)Rl作為應(yīng)答，標(biāo)簽讀 寫器接收到隨機(jī)數(shù)R1后，發(fā)送(Ack命令+經(jīng)加密的128位隨機(jī)數(shù)R)給射頻標(biāo)簽，射頻標(biāo) 簽對加密數(shù)據(jù)解密后截取R的高16位與Rl比較，若相等，則標(biāo)簽讀寫器為合法讀寫器。
由于散列(Hash)函數(shù)是單向的，所以標(biāo)簽的ID難以被攻擊者竊取。這樣，標(biāo)簽讀 寫器一方面得到了標(biāo)簽的ID，從而可以調(diào)用AES加密模塊算出導(dǎo)出密鑰，另一方面也驗(yàn)證 了標(biāo)簽的合法性，標(biāo)簽持有者也無法抵賴本次通信。另一方面，為了防止非法標(biāo)簽讀寫器 "入侵"，標(biāo)簽對標(biāo)簽讀寫器進(jìn)行隨機(jī)數(shù)認(rèn)證，因而互相保證了對方的合法性。
標(biāo)簽讀寫器與標(biāo)簽相互認(rèn)證后，之后的數(shù)據(jù)交互過程與圖2中描述的現(xiàn)有技術(shù)類 似，不同是，圖3中所描述的數(shù)據(jù)交互中，數(shù)據(jù)被分為敏感數(shù)據(jù)和非敏感數(shù)據(jù)，敏感數(shù)據(jù)一 般為重要的數(shù)據(jù)信息，而非敏感數(shù)據(jù)則一般是諸如標(biāo)簽讀寫器發(fā)給射頻標(biāo)簽的命令、射頻 標(biāo)簽返回給標(biāo)簽讀寫器的16位隨機(jī)數(shù)一類的信令型數(shù)據(jù)。交互的敏感數(shù)據(jù)經(jīng)所述導(dǎo)出密 鑰加密的密文數(shù)據(jù)，而對非敏感數(shù)據(jù)，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。即射頻標(biāo)簽每次接收完命令后， 根據(jù)命令判斷返回給標(biāo)簽讀寫器或從標(biāo)簽讀寫器接收的數(shù)據(jù)是否為敏感數(shù)據(jù)，從而決定是 否啟動AES加/解密；標(biāo)簽讀寫器也同樣根據(jù)命令決定是否對發(fā)送給射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密或?qū)ι漕l標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密。 加密算法采用的是128位AES算法，AES加密、解密參見圖5和圖6?？梢酝ㄟ^對 AES加/解密模塊設(shè)置使能信號，根據(jù)系統(tǒng)和應(yīng)用的需要(敏感數(shù)據(jù)時工作，非敏感數(shù)據(jù)時 不工作)，利用使能信號控制該模塊是否工作；并通過模塊復(fù)用、流水線機(jī)制、動態(tài)功耗管 理盡可能降低加/解密模塊的面積開銷和功耗。如圖5所示，AES加密模塊，有一個加密使 能信號enablel，根據(jù)系統(tǒng)和應(yīng)用的需要可以控制該模塊激活或休眠。AES加密模塊主要包 含5個組成部分字節(jié)代換、行移位、列混淆、輪密鑰加、密鑰擴(kuò)展。對于Signl所指的包括字 節(jié)代換、行移位、列混淆、輪密鑰加的功能塊，其具有塊使能信號csl，需要循環(huán)9輪，在工程 的具體實(shí)現(xiàn)上，可以通過復(fù)用該塊來節(jié)省面積；根據(jù)結(jié)構(gòu)的規(guī)律性，可以使用流水線結(jié)構(gòu)， 每完成一輪操作，即將數(shù)據(jù)保存在128位的寄存器中，并激活下一輪的塊使能信號，直至完 成加密操作。AES解密如圖6所示，其與加密原理相同，是加密的逆向操作，故此不再贅述。
導(dǎo)出密鑰的產(chǎn)生，對于標(biāo)簽，根據(jù)其唯一的ID號和主密鑰調(diào)用128位的AES加密 模塊，生成導(dǎo)出密鑰；對于標(biāo)簽讀寫器，則在每次認(rèn)證標(biāo)簽前向標(biāo)簽發(fā)送ID請求，通過查詢 后臺數(shù)據(jù)庫的所有ID和計(jì)算相應(yīng)的hash()函數(shù)值，在獲取標(biāo)簽ID后，如果確定在后臺數(shù) 據(jù)庫中有該標(biāo)簽的ID，則讀寫器利用該標(biāo)簽的ID和主密鑰計(jì)算出它們之間的導(dǎo)出密鑰，從 而可以確定不同標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰。 數(shù)據(jù)混淆對于AES加密模塊，數(shù)據(jù)輸入(明文)、密鑰和數(shù)據(jù)輸出長度都是128 位，對不足128位的待加密敏感數(shù)據(jù)則使用128位的隨機(jī)數(shù)填充，并使用該128位隨機(jī)數(shù)混 淆部分待加密數(shù)據(jù)。每次射頻標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器場區(qū)范圍時，讀寫器會通過電磁波給標(biāo)簽供 電，即標(biāo)簽開始工作，讀寫器在認(rèn)證完標(biāo)簽后會發(fā)送128位隨機(jī)數(shù)給標(biāo)簽，之后讀寫器與標(biāo) 簽之間交互的敏感數(shù)據(jù)都是用這128位隨機(jī)數(shù)攪亂后的數(shù)據(jù)，直至掉電。當(dāng)標(biāo)簽掉電后下 次再進(jìn)入讀寫器的場區(qū)范圍時，讀寫器將產(chǎn)生另一個128位隨機(jī)數(shù)發(fā)送給標(biāo)簽。
擾碼/解擾碼對于加密后的數(shù)據(jù)(密文)，標(biāo)簽讀寫器和射頻標(biāo)簽還對密文進(jìn)行 擾碼，進(jìn)一步提高系統(tǒng)抗攻擊性能。如圖7所示，擾碼模塊由移位寄存器和線性反饋單元異 或門組成，起作用的是最高位，初始種子(R0-R6寄存器的值)為全"1"。從數(shù)據(jù)輸入時開始 工作，每輸入lbit數(shù)據(jù)，擾碼模塊執(zhí)行一次移位和異或操作，直至128bit數(shù)據(jù)全部擾碼完 畢。解擾碼原理與擾碼原理相同，為擾碼的逆向操作過程，不再贅述。 總結(jié)標(biāo)簽讀寫器和標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)交互標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間交互的敏感 數(shù)據(jù)經(jīng)所述導(dǎo)出密鑰加密的密文數(shù)據(jù)，標(biāo)簽讀寫器會向標(biāo)簽發(fā)送一個128位的隨機(jī)數(shù)，前 16位隨機(jī)數(shù)與圖2中R1功能相同，最后7位隨機(jī)數(shù)(Rx)用于攪亂數(shù)據(jù)，使待發(fā)送數(shù)據(jù)循環(huán) 左移0-2(Kx—d位，中間的105位隨機(jī)數(shù)用于與待發(fā)送數(shù)據(jù)的中間105位進(jìn)行異或運(yùn)算，接收 數(shù)據(jù)時只需做相反的操作即可解出數(shù)據(jù)。通過使用這些保護(hù)機(jī)制，攻擊者即使度過各種難 關(guān)，最后還是難以揣測出有效數(shù)據(jù)信息。而對非敏感數(shù)據(jù)，直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
參見圖8和圖9，以標(biāo)簽發(fā)送敏感數(shù)據(jù)和讀寫器接收敏感數(shù)據(jù)為例，對本發(fā)明具體 實(shí)施方式的數(shù)據(jù)交互做一說明。 如圖8所示，圖中顯示了標(biāo)簽的數(shù)據(jù)發(fā)送過程。射頻標(biāo)簽在出產(chǎn)時，每個射頻標(biāo)簽 根據(jù)其主密鑰和唯一的ID復(fù)用AES加密模塊生成導(dǎo)出密鑰。射頻標(biāo)簽使用導(dǎo)出密鑰對待 發(fā)送的敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行AES加密，生成128位的密文，之后對密文進(jìn)行擾碼處理返回給標(biāo)簽讀 寫器。
如圖9所示，圖中顯示了標(biāo)簽讀寫器的數(shù)據(jù)接收過程。標(biāo)簽讀寫器通過發(fā)送認(rèn)證 請求和查詢后臺數(shù)據(jù)庫獲取射頻標(biāo)簽ID后，根據(jù)其主密鑰和該射頻標(biāo)簽的ID號，復(fù)用AES 加密模塊，計(jì)算出該標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰。標(biāo)簽讀寫器先對接收的數(shù)據(jù)解擾碼，之后復(fù)用AES解 密模塊，生成明文數(shù)據(jù)。 綜上，本發(fā)明具體實(shí)施方式
的標(biāo)簽讀寫器與標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)通信方法，其主要特 點(diǎn)包括 1、屬于同一應(yīng)用范圍的標(biāo)簽讀寫器和射頻標(biāo)簽具有相同的主密鑰，主密鑰的長度 為128位，并且設(shè)置為不可被讀出； 2、在生產(chǎn)過程中，不同標(biāo)簽具有不同的導(dǎo)出密鑰，標(biāo)簽讀寫器與標(biāo)簽之間的通信 信息采用導(dǎo)出密鑰加密，每個標(biāo)簽根據(jù)其唯一的射頻識別號(ID)和主密鑰，使用AES加密 模塊生成導(dǎo)出密鑰，并將此導(dǎo)出密鑰作為發(fā)送數(shù)據(jù)/接收數(shù)據(jù)時加密/解密的密鑰；
3、標(biāo)簽讀寫器在每次訪問標(biāo)簽前向射頻標(biāo)簽發(fā)送QueryID認(rèn)證請求，利用射頻標(biāo) 簽返回的信息查詢后臺數(shù)據(jù)庫是否有ID滿足，若有滿足的ID，則根據(jù)ID和主密鑰計(jì)算出當(dāng) 前標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰；標(biāo)簽讀寫器對射頻標(biāo)簽使用Hash認(rèn)證機(jī)制，而射頻標(biāo)簽對標(biāo)簽讀寫器 使用隨機(jī)數(shù)認(rèn)證。 4、根據(jù)命令決定標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽交互的數(shù)據(jù)是否經(jīng)AES加密后的數(shù)據(jù)。例 如，如果標(biāo)簽讀寫器要向射頻標(biāo)簽發(fā)送Ack命令，則后面的128位隨機(jī)數(shù)R為敏感數(shù)據(jù)，將 R發(fā)送給射頻標(biāo)簽需要經(jīng)過AES加密，標(biāo)簽讀寫器也會知道返回的數(shù)據(jù)為{PC， EPC}，為敏感 數(shù)據(jù)，接收到射頻標(biāo)簽返回的數(shù)據(jù)后，需要經(jīng)AES解密。而對于射頻標(biāo)簽而言，射頻標(biāo)簽接 收到Ack命令后，進(jìn)行AES解密，返回給標(biāo)簽讀寫器的數(shù)據(jù){PC+EPC}也需經(jīng)AES加密。在 圖3中，E(x)表示對x進(jìn)行了加密，Command+E(敏感數(shù)據(jù))表示命令后面是對敏感數(shù)據(jù)加 密后的數(shù)據(jù)，沒有用E()的則表示沒有經(jīng)過加密。由于IS018000協(xié)議標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo) 簽交互的敏感數(shù)據(jù)長度一般小于128bit，如果對不足的位補(bǔ)"0"或補(bǔ)"l"再經(jīng)過加密模塊， 勢必會降低安全強(qiáng)度；通過標(biāo)簽讀寫器發(fā)送128bit的隨機(jī)數(shù)給射頻標(biāo)簽，每次加密數(shù)據(jù)前 以該隨機(jī)數(shù)的前16bit作為典型通信流程中的Rl回應(yīng)給射頻標(biāo)簽，后112位隨機(jī)數(shù)用于填 充不足的位，并混淆部分?jǐn)?shù)據(jù)，可以提高安全強(qiáng)度。 5、采用128bitAES加/解密算法，對敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行AES加/解密，而對非敏感數(shù)據(jù) 不進(jìn)行AES加密，利用使能信號控制AES加/解密模塊是否工作； 6、對于加密后的數(shù)據(jù)(密文)，標(biāo)簽讀寫器和射頻標(biāo)簽還對密文進(jìn)行擾碼處理。
本發(fā)明使標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽在每次通信之前有可靠的認(rèn)證機(jī)制，并且在傳輸 過程中對敏感數(shù)據(jù)以密文形式傳輸，保護(hù)了射頻標(biāo)簽的安全，可以應(yīng)用于具有加密、認(rèn)證需 求的射頻識別領(lǐng)域，大大提高產(chǎn)品的競爭力。使用本發(fā)明可以解決RFID系統(tǒng)中標(biāo)簽讀寫器 與標(biāo)簽之間的安全問題，保護(hù)消費(fèi)者的隱私或敏感數(shù)據(jù)，防止"黑客"竊取信息、偽造標(biāo)簽、 進(jìn)行重傳攻擊、對標(biāo)簽進(jìn)行追蹤等。 在RFID系統(tǒng)中，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間交互的數(shù)據(jù)長度通常小于128位，而 AES加密算法要求輸入的數(shù)據(jù)必須為128位。如果對不足位純粹補(bǔ)"0"或"1"，安全性能 大大降低；如果通信的數(shù)據(jù)為非敏感數(shù)據(jù)，如標(biāo)簽讀寫器向射頻標(biāo)簽發(fā)送的命令、射頻標(biāo)簽 向標(biāo)簽讀寫器返回的16位隨機(jī)數(shù)等，使用AES加密將浪費(fèi)功耗和增加硬件處理時間。這些 都限制了 AES算法的應(yīng)用。本發(fā)明通過控制AES加密使能信號，對敏感數(shù)據(jù)經(jīng)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密，而對非敏感數(shù)據(jù)直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，可以在實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽讀寫器、射頻標(biāo)簽安全通信的同 時，使射頻標(biāo)簽具有較低成本和功耗。具體的來說，加密時通過控制AES加密使能信號，對 敏感數(shù)據(jù)經(jīng)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密，對非敏感數(shù)據(jù)不進(jìn)行AES加密；解密時，通過控制AES解密使 能信號，對敏感數(shù)據(jù)經(jīng)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行解密，而對非敏感數(shù)據(jù)不需進(jìn)行AES解密。整個過程主要 通過硬件而非軟件進(jìn)行實(shí)現(xiàn)(AES加密算法多用于軟件加密)。 以上所述是對本發(fā)明實(shí)施方式的進(jìn)一步詳細(xì)說明，不能認(rèn)定本發(fā)明的具體實(shí)施只 局限于這些說明。對于本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明構(gòu)思的 前提下，還可以做出若干改進(jìn)，都應(yīng)當(dāng)視為屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
權(quán)利要求
一種基于射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，包括如下步驟A、標(biāo)簽讀寫器通過認(rèn)證請求向射頻標(biāo)簽獲取其ID；B、標(biāo)簽讀寫器認(rèn)證射頻標(biāo)簽為合法標(biāo)簽后，根據(jù)自身的主密鑰及所獲取的ID，計(jì)算出該射頻標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰；C、標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交互的是經(jīng)所述密鑰加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
2. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間的交互的敏感數(shù)據(jù)為128位隨機(jī)數(shù)。
3. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述密文數(shù)據(jù)采用AES算法加密。
4. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，還包括如下處理標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽在向?qū)Ψ桨l(fā)送所述密文數(shù)據(jù)之前，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼。
5. 如權(quán)利要求1所述的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，所述主密鑰為不可讀的128位數(shù)據(jù)。
6. 如權(quán)利要求1至5任一項(xiàng)所述的數(shù)據(jù)通信方法，其特征在于，標(biāo)簽讀寫器對射頻標(biāo)簽的認(rèn)證采用Hash認(rèn)證機(jī)制，而射頻標(biāo)簽對讀寫器的認(rèn)證采用隨機(jī)數(shù)認(rèn)證。
7. —種基于射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，用于實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽讀寫器和射頻標(biāo)簽之間的數(shù)據(jù)通信，其特征在于，包括設(shè)置在標(biāo)簽讀寫器上的ID獲取模塊、密鑰計(jì)算模塊和通信模塊；所述ID獲取模塊用于通過認(rèn)證請求向射頻標(biāo)簽獲取其ID ;所述密鑰計(jì)算模塊用于在認(rèn)證射頻標(biāo)簽為合法標(biāo)簽后，根據(jù)自身的主密鑰及ID獲取模塊獲取的所述ID，計(jì)算出該射頻標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰；所述通信模塊用于與射頻標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交互的是經(jīng)所述密鑰加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
8. 如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其特征在于，標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間的交互的敏感數(shù)據(jù)為128位隨機(jī)數(shù)。
9. 如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其特征在于，還包括分別設(shè)置在標(biāo)簽讀寫器及射頻標(biāo)簽上的擾碼模塊，用于在標(biāo)簽讀寫器和射頻標(biāo)簽向?qū)Ψ桨l(fā)送所述密文數(shù)據(jù)之前，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼。
10. 如權(quán)利要求7所述的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，其特征在于，所述主密鑰為不可讀的128位數(shù)據(jù)。
11. 一種標(biāo)簽讀寫器，其特征在于，包括ID獲取模塊、密鑰計(jì)算模塊和通信模塊，所述ID獲取模塊用于通過認(rèn)證請求向射頻標(biāo)簽獲取其ID ;所述密鑰計(jì)算模塊用于在認(rèn)證射頻標(biāo)簽為合法標(biāo)簽后，根據(jù)自身的主密鑰及ID獲取模塊獲取的所述ID計(jì)算出該射頻標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰；所述通信模塊用于與射頻標(biāo)簽之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交互的是經(jīng)所述密鑰加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
12. 如權(quán)利要求11所述的標(biāo)簽讀寫器，其特征在于，還包括擾碼模塊，用于在標(biāo)簽讀寫器向射頻標(biāo)簽發(fā)送密文數(shù)據(jù)之前，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼。
13. 如權(quán)利要求11所述的標(biāo)簽讀寫器，其特征在于，所述主密鑰為不可讀的128位數(shù)據(jù)。
14. 一種射頻標(biāo)簽，其特征在于，包括密鑰生成模塊和通信模塊，所述密鑰生成模塊用于根據(jù)射頻標(biāo)簽的ID及主密鑰生成導(dǎo)出密鑰，所述通信模塊用于與標(biāo)簽讀寫器之間進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交互的是經(jīng)所述密鑰加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。
15. 如權(quán)利要求14所述的射頻標(biāo)簽，其特征在于，所述密鑰生成模塊是專用集成電路實(shí)現(xiàn)的。
16. 如權(quán)利要求14所述的射頻標(biāo)簽，其特征在于，還包括擾碼模塊，用于在射頻標(biāo)簽向標(biāo)簽讀寫器發(fā)送密文數(shù)據(jù)之前，對密文數(shù)據(jù)進(jìn)行擾碼。
17. 如權(quán)利要求14所述的射頻標(biāo)簽，其特征在于，所述主密鑰為不可讀的128位數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種標(biāo)簽讀寫器、射頻標(biāo)簽的數(shù)據(jù)通信方法、系統(tǒng)，所述方法，包括如下步驟標(biāo)簽讀寫器通過認(rèn)證請求向射頻標(biāo)簽獲取其ID；標(biāo)簽讀寫器認(rèn)證射頻標(biāo)簽為合法標(biāo)簽后，根據(jù)自身的主密鑰及所獲取的ID計(jì)算出該射頻標(biāo)簽的導(dǎo)出密鑰；標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽進(jìn)行數(shù)據(jù)交互，其中，對敏感數(shù)據(jù)，交互的是經(jīng)所述密鑰加密的密文數(shù)據(jù)；對非敏感數(shù)據(jù)，為直接進(jìn)行數(shù)據(jù)交互。所述系統(tǒng)包括設(shè)置在標(biāo)簽讀寫器上的ID獲取模塊、密鑰計(jì)算模塊和通信模塊。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了標(biāo)簽讀寫器與射頻標(biāo)簽之間的安全通信。
文檔編號H04L29/06GK101739540SQ200810217868
公開日2010年6月16日 申請日期2008年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月20日
發(fā)明者馮曉星, 王新安, 鐘金絲, 齊永珍 申請人:北京大學(xué)深圳研究生院