【摘要】：無線射頻識別(Radio-frequency Identification,簡稱RFID)采用非接觸的方式實現(xiàn)對物品的自動識別,已經(jīng)廣泛應(yīng)用于身份識別、支付系統(tǒng)、商業(yè)供應(yīng)鏈和超市、防偽、物品完整性檢驗和門禁系統(tǒng)等領(lǐng)域。RFID技術(shù)的應(yīng)用給我們生活帶來了許多便利,在這些應(yīng)用中有幾個急需要解決的關(guān)鍵問題。第一,多標簽的識別問題。當一個閱讀器對多個標簽進行識別時,這些標簽會同時響應(yīng)閱讀器的查詢,由于標簽的響應(yīng)信號共用一個無線信道,因而多個標簽的響應(yīng)信號將發(fā)生碰撞。發(fā)生碰撞后,閱讀器需要重新查詢和識別標簽,降低識別效率,因此在RFID系統(tǒng)中需要采用某種有效的方法來避免這些碰撞。第二,RFID系統(tǒng)的安全與隱私問題。由于RFID系統(tǒng)采用無線識別技術(shù),無線傳輸是以一種廣播的方式傳播消息,廣播的消息很容易被攻擊者利用,這需要采用某些加密技術(shù)來保護RFID系統(tǒng)在使用過程中的安全與隱私。另一方面,低成本標簽只有有限的計算能力,不能完成復(fù)雜加密技術(shù)的操作。因此,在設(shè)計RFID系統(tǒng)的安全協(xié)議時要均衡安全性和標簽成本之間的關(guān)系。 在RFID系統(tǒng)中,閱讀器識別多個標簽的效率與解決多標簽碰撞的方法緊密相關(guān)。目前一個合理的解決方法是采用四叉樹防碰撞算法來減少碰撞時隙,但其不足是增加了空閑時隙。為克服四叉樹防碰撞算法空閑時隙多的缺點,提出了一個自適應(yīng)四叉剪枝查詢樹防碰撞算法。根據(jù)碰撞位信息,采用剪枝的方式消去四叉樹所帶來的空閑時隙。理論和仿真分析表明,該算法能顯著減少識別時間,提高RFID系統(tǒng)的吞吐率。 針對RFID系統(tǒng)存在的安全和隱私問題,提出了一個RFID系統(tǒng)的軌跡隱私模型。該模型首先形式化攻擊者模型,根據(jù)攻擊者的能力,定義了攻擊者不可分辨性隱私游戲和區(qū)間安全性隱私游戲。根據(jù)攻擊者和挑戰(zhàn)者的隱私游戲,給出了弱軌跡隱私和強隱私軌跡定義,最后用RFID系統(tǒng)的軌跡隱私模型分析了現(xiàn)有的RFID系統(tǒng)的隱私認證模型的隱私保護程度,分析結(jié)果表明該模型能有效地分析和發(fā)現(xiàn)RFID安全協(xié)議中存在的隱私漏洞。 低成本標簽應(yīng)用范圍非常廣,但其只有非常有限的存儲空間和計算能力,為了均衡RFID系統(tǒng)的安全性和可用性,提出一個輕量級強軌跡隱私保護的RFID認證協(xié)議。在該協(xié)議中,標簽只采用偽隨機數(shù)發(fā)生器運算和異或運算,在認證過程中,標簽一直使用假名,防止了標簽敏感信息的泄露,并且標簽的假名和秘密數(shù)在認證過程中一直與后臺服務(wù)器保持同步,分析表明,該協(xié)議能有效地解決了去同步攻擊、中間人攻擊、前向安全、重放攻擊和克隆等安全問題,同時也滿足了低成本標簽的要求。用RFID系統(tǒng)的軌跡隱私模型也證明了該協(xié)議具有強軌跡隱私性和安全性,與現(xiàn)有的相關(guān)研究進行比較,該協(xié)議在標簽的存儲開銷、計算代價和通信開銷以及后臺服務(wù)器的搜索效率上都具有較好的性能。 群證明協(xié)議有著廣泛的應(yīng)用,但在有大量標簽的群證明的生成過程中,標簽信息響應(yīng)將發(fā)生碰撞,影響群證明生成的效率,為了解決這一問題,提出了一種可擴展輕量級RFID群證明協(xié)議。該協(xié)議中標簽只采用偽隨機數(shù)發(fā)生器運算和異或運算,用自適應(yīng)四叉剪枝查詢樹防碰撞算法識別標簽的響應(yīng)消息。標簽的秘密信息的更新在群證明生成過程中一直與驗證者保持同步,因此該協(xié)議不僅解決了低成本標簽可擴展性問題,也提高了群證明生成的效率和安全性。該協(xié)議與現(xiàn)有的群證明協(xié)議進行比較,在該協(xié)議中,標簽只需較小的計算復(fù)雜度,達到了安全性與可用性的有效均衡。
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那么該算法則為最優(yōu)分裂法。假設(shè)有5個標簽，分別是0100,1001,0010,1011和0110，分別采用二叉樹和四叉樹分裂過程如圖2.2所示。從圖2.2可以看到，，采用基于樹的防碰撞算法是用一顆樹表示一個數(shù)據(jù)喊，一個數(shù)據(jù)傾由許多時隙組成，識別一定數(shù)量的標簽，所需總時隙越多，識別效率越低。在圖2.2(a)中，懫用二叉樹分裂方法，識別5個標簽，所需碰撞時隙為5，空閑時隙為1，總時隙為11，在圖2.2(b)中

斷結(jié)果為XI，這樣可以剪去00和10兩個分支。按照四叉剪枝樹的方式分裂過程如圖2.3所示，其中C表示碰撞，R表示可讀，I表示空閑。表2.4 A4PQT算法識別標簽過程Round 123456789R—T S 00 01 10 II 0100 0110 1001 1011T-^R CRCCI RRRRTag 1 0100 0100 0100Tag 2 1001 1001 1001Tag 3 0010 0010Tag 4 1011 1011 1011Tag 5 0110 0110 01100_隙資）O可讀時隙d6 GO。_圖2.3采用四叉剪枝樹的分裂過程從圖2.3可以看到，采用剪枝后，在識別5個標簽時，需要產(chǎn)生的額外時隙為4，其中碰撞時隙為3，空隙時隙為1。而圖2.2(a)的二叉樹分裂方式總的額外時隙為6
【學位授予單位】：華中科技大學
【學位級別】：博士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：TP391.44

【參考文獻】

相關(guān)期刊論文 前4條

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本文編號：2519885