本文關(guān)鍵詞：面向RFID系統(tǒng)防碰撞算法及安全機(jī)制研究，，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

【摘要】：物聯(lián)網(wǎng)作為當(dāng)今信息產(chǎn)業(yè)發(fā)展的第三次革命浪潮,是全球信息產(chǎn)業(yè)革命新一輪競爭的制高點,從而以物聯(lián)網(wǎng)為核心的各項信息技術(shù)革命成為了世界各國在信息領(lǐng)域的國家戰(zhàn)略,得到了迅猛發(fā)展。無線射頻識別(RFID)是物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)下最為關(guān)鍵的自動識別技術(shù),其可以感知物件信息并為頂層應(yīng)用提供及時快速的信息源,作為物聯(lián)網(wǎng)感知層神經(jīng)末梢將物聯(lián)網(wǎng)延伸到萬事萬物。由于RFID技術(shù)具有可讀寫、遠(yuǎn)距離識別及批量讀取等諸多優(yōu)點,目前該技術(shù)己逐漸取代條形碼廣泛應(yīng)用于交通、物流、生產(chǎn)制造及航空等自動識別領(lǐng)域。然而,隨著RFID技術(shù)的廣泛使用,標(biāo)簽的造價勢必越來越低以適應(yīng)市場需求,低廉的造價致使標(biāo)簽具有存儲空間低及計算能力弱的不足。同時,對RFID系統(tǒng)識別效率及無線信道安全與隱私的防護(hù)能力提出了更高的要求。因此,如何在存儲空間低及計算能力較弱的被動標(biāo)簽基礎(chǔ)上,提出高識別效率的防碰撞算法及強(qiáng)安全性的安全機(jī)制,是目前RFID領(lǐng)域亟需解決的關(guān)鍵問題,對于推進(jìn)RFID系統(tǒng)進(jìn)一步大規(guī)模推廣具有極其重要的意義。本文分別圍繞一般應(yīng)用環(huán)境及特定應(yīng)用環(huán)境下的RFID防碰撞算法,以及具有后臺服務(wù)器下的超輕量級安全認(rèn)證協(xié)議和移動場景下的安全搜索協(xié)議開展了深入研究,主要研究內(nèi)容包括以下幾個方面：(1)基于位圖構(gòu)建的RFID自適應(yīng)N樹防碰撞算法研究。針對一般應(yīng)用環(huán)境下批量標(biāo)簽通過共享信道多路訪問而導(dǎo)致的碰撞問題,提出兩種基于位圖構(gòu)建的RFID自適應(yīng)N樹防碰撞算法,即單幀自適應(yīng)位圖構(gòu)建N樹防碰撞算法(SFBTNA)及多幀自適應(yīng)位圖構(gòu)建N樹防碰撞算法(MFBTNA)。首先,利用極大似然位跟蹤標(biāo)簽數(shù)估算法(MLBE)估算標(biāo)簽數(shù)量。其次,在MLBE基礎(chǔ)上提出了探針法構(gòu)建位圖的方法,SFBTNA算法根據(jù)位圖在單個識別幀內(nèi)自適應(yīng)調(diào)整最優(yōu)N值并構(gòu)建N樹,而MFBTNA算法則逐幀調(diào)整最優(yōu)N值并構(gòu)建多個N樹。最后,兩種算法均采用跟蹤樹算法(CT)對N樹下的碰撞子樹進(jìn)行識別,位圖構(gòu)建與CT算法的結(jié)合使用消除了空閑時隙,并極大地降低了碰撞時隙的影響。因此,有效提高了RFID系統(tǒng)的識別效率。文中分別推導(dǎo)了SFBTNA算法及MFBTNA算法的最優(yōu)幀長取值區(qū)間,使得系統(tǒng)獲得了較高的識別效率；(2)特定應(yīng)用環(huán)境下自適應(yīng)型分組N叉樹RFID防碰撞算法研究。針對讀寫器重復(fù)識別滯留標(biāo)簽的特定應(yīng)用環(huán)境,提出了自適應(yīng)分組N叉樹防碰撞算法(ACBGN)。首先,利用阻塞機(jī)制對滯留標(biāo)簽和新到標(biāo)簽進(jìn)行劃分,并分階段識別滯留標(biāo)簽和新到標(biāo)簽,以避免兩類標(biāo)簽之間的碰撞。其次,分別根據(jù)滯留標(biāo)簽和新到標(biāo)簽的識別特點提出了對應(yīng)的識別算法,旨在分別提高對兩類標(biāo)簽的識別效率。對新到標(biāo)簽的識別采用分組和多叉識別兩種策略相結(jié)合的方法,降低了標(biāo)簽之間的碰撞概率,文中對不同分叉數(shù)時的最優(yōu)分組系數(shù)進(jìn)行了推導(dǎo),獲得了最優(yōu)分組系數(shù)及分叉數(shù)的組合,有效提高了系統(tǒng)對新到標(biāo)簽的識別效率。同時,提出了多Hash映射多幀耦合型簽到算法識別滯留標(biāo)簽,其采用單標(biāo)簽簽到識別及兩個標(biāo)簽耦合識別的策略減少對滯留標(biāo)簽的識別耗時,并結(jié)合位圖設(shè)置Hash優(yōu)先級以壓縮映射位圖,文中推導(dǎo)了最優(yōu)Hash映射次數(shù)及幀長設(shè)置,充分利用了滯留標(biāo)簽的ID信息,從而有效降低了系統(tǒng)對滯留標(biāo)簽的識別耗時。因此,在對新到標(biāo)簽和滯留標(biāo)簽識別效率分別提高的基礎(chǔ)上,ACBGN算法的識別效率得到了較大提高；(3)超輕量級安全協(xié)議的設(shè)計與分析。在具有后臺服務(wù)器情況下,通過對現(xiàn)有超輕量級安全協(xié)議設(shè)計中常見的漏洞進(jìn)行分析,提出了兩個超輕量級安全協(xié)議,即抗去同步化超輕量級安全認(rèn)證協(xié)議(URP)和超輕量級安全切換協(xié)議(UTFP)。URP協(xié)議通過在交互消息中加入新鮮分散因子,并采用新舊動態(tài)ID更新的方式抵抗去同步攻擊及重放攻擊。同時,結(jié)合加密因子MixBit和Per的加密特性以達(dá)到更好的混淆與擴(kuò)散效果,使得URP協(xié)議可以抵抗泄漏攻擊。最后,其僅利用對計算性能要求較低的位運算來實現(xiàn)讀寫器與標(biāo)簽之間的無線鏈路安全防護(hù),對標(biāo)簽的存儲能力和計算能力要求較低。文中利用基于攻擊檢測的非形式化分析方法對提出的URP協(xié)議進(jìn)行了安全性證明,保證了URP協(xié)議滿足完整性及保密性,并可以有效抵抗無線信道中的常見攻擊方式。UTFP協(xié)議在URP協(xié)議基礎(chǔ)上,利用被動標(biāo)簽可生成偽隨機(jī)數(shù)的特性對失去同步性的URP協(xié)議進(jìn)行再同步。與此同時,在協(xié)議遭受主動攻擊時,UTFP協(xié)議自動啟動再同步機(jī)制更新動態(tài)密鑰與動態(tài)ID,從而使得協(xié)議獲得更高的安全性及隱私性防護(hù)。(4)可證明安全的無服務(wù)器型安全搜索協(xié)議研究。針對無后臺服務(wù)器情況下的移動讀寫應(yīng)用場景,提出了一個輕量級無服務(wù)器型安全搜索協(xié)議(PLSP)。首先,通過嚴(yán)格時間戳的方式對移動讀寫器時間權(quán)限進(jìn)行管理,提升了移動讀寫器安全性。其次,根據(jù)實際應(yīng)用環(huán)境下的標(biāo)簽數(shù),利用Hash碰撞的思想實現(xiàn)了可調(diào)節(jié)的隱私強(qiáng)度和搜索效率。最后,利用松散時間戳抵抗重放攻擊,其具有適應(yīng)低價標(biāo)簽計算性能的特性。與此同時,在UC框架下證明了提出的安全搜索協(xié)議滿足并發(fā)安全性,并在標(biāo)準(zhǔn)安全模型下證明了協(xié)議可有效抵抗重放、去同步、跟蹤及匿名性等攻擊方式。
【關(guān)鍵詞】：無線射頻識別 防碰撞算法 位圖構(gòu)建 安全認(rèn)證協(xié)議 安全搜索協(xié)議
【學(xué)位授予單位】：北京郵電大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TP391.44;TN929.5
【目錄】：

• 摘要4-6
• ABSTRACT6-12
• 第一章 緒論12-36
• 1.1 研究背景及意義12-14
• 1.2 RFID系統(tǒng)結(jié)構(gòu)14-16
• 1.3 RFID技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)16-17
• 1.4 RFID防碰撞算法研究現(xiàn)狀17-24
• 1.4.1 ALOHA類防碰撞算法18-21
• 1.4.2 樹形防碰撞算法21-22
• 1.4.3 混合型防碰撞算法22-24
• 1.5 RFID安全機(jī)制研究現(xiàn)狀24-33
• 1.5.1 RFID系統(tǒng)面臨的安全威脅24-27
• 1.5.2 物理安全防護(hù)機(jī)制27-28
• 1.5.3 安全協(xié)議類安全防護(hù)機(jī)制28-33
• 1.6 論文研究內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排33-36
• 第二章 基于位圖構(gòu)建的RFID自適應(yīng)N樹防碰撞算法研究36-56
• 2.1 引言36
• 2.2 相關(guān)工作36-38
• 2.2.1 RFID系統(tǒng)傳輸模型36-37
• 2.2.2 CT算法37-38
• 2.3 單幀及多幀位圖自適應(yīng)N樹防碰撞算法設(shè)計38-44
• 2.3.1 極大似然位跟蹤標(biāo)簽數(shù)估算法38-39
• 2.3.2 單幀及多幀位圖自適應(yīng)N樹防碰撞算法39-43
• 2.3.3 算法執(zhí)行流程示例43-44
• 2.4 算法性能理論分析44-51
• 2.4.1 極大似然標(biāo)簽數(shù)估算法Q值推導(dǎo)44-46
• 2.4.2 單幀及多幀位圖自適應(yīng)N樹防碰撞算法性能理論分析46-51
• 2.5 仿真實驗及分析51-54
• 2.5.1 估算誤差對識別效率的影響51
• 2.5.2 算法性能仿真分析51-54
• 2.6 計算復(fù)雜性及應(yīng)用討論54-55
• 2.7 本章小結(jié)55-56
• 第三章 特定應(yīng)用環(huán)境下自適應(yīng)型分組N叉樹RFID防碰撞算法研究56-85
• 3.1 引言56-57
• 3.2 相關(guān)工作57-60
• 3.3 ACBGN算法設(shè)計60-70
• 3.3.1 新到標(biāo)簽識別算法設(shè)計61-66
• 3.3.2 滯留標(biāo)簽識別算法設(shè)計66-70
• 3.4 ACBGN算法性能理論分析70-78
• 3.4.1 新到標(biāo)簽識別算法理論分析70-73
• 3.4.2 滯留標(biāo)簽識別算法理論分析73-78
• 3.5 實驗及分析78-84
• 3.5.1 估算誤差對新到標(biāo)簽識別效率的影響78-79
• 3.5.2 CBGN算法性能仿真實驗及分析79-81
• 3.5.3 ACBGN算法性能仿真實驗及分析81-84
• 3.6 本章小結(jié)84-85
• 第四章 超輕量級安全協(xié)議的設(shè)計與分析85-104
• 4.1 引言85-86
• 4.2 相關(guān)工作86
• 4.3 超輕量級安全協(xié)議分析86-91
• 4.3.1 SASI協(xié)議安全性分析87-89
• 4.3.2 RAPP協(xié)議安全性分析89-91
• 4.4 URP協(xié)議設(shè)計及安全性分析91-95
• 4.4.1 URP協(xié)議設(shè)計91-93
• 4.4.2 URP協(xié)議安全性分析93-95
• 4.5 UTFP協(xié)議設(shè)計及安全性分析95-101
• 4.5.1 UTFP協(xié)議設(shè)計95-99
• 4.5.2 UTFP協(xié)議安全性分析99-101
• 4.6 URP協(xié)議及UTFP協(xié)議的性能分析101-103
• 4.7 本章小結(jié)103-104
• 第五章 可證明安全的無服務(wù)器型安全搜索協(xié)議研究104-118
• 5.1 引言104
• 5.2 相關(guān)工作104-105
• 5.3 可證明安全的無服務(wù)器型安全搜索協(xié)議設(shè)計105-113
• 5.3.1 設(shè)計搜索協(xié)議需滿足的安全屬性105
• 5.3.2 可證明安全105-107
• 5.3.3 PLSP協(xié)議設(shè)計107-113
• 5.4 協(xié)議安全性分析113-117
• 5.4.1 UC框架下證明并發(fā)安全性113-115
• 5.4.2 標(biāo)準(zhǔn)安全模型下證明安全性115-117
• 5.5 協(xié)議性能分析117
• 5.6 本章小結(jié)117-118
• 第六章 總結(jié)與展望118-121
• 6.1 論文的主要工作及創(chuàng)新點118-119
• 6.2 今后的研究展望119-121
• 參考文獻(xiàn)121-130
• 致謝130-131
• 攻讀博士學(xué)位期間取得的研究成果131-132

  本文關(guān)鍵詞：面向RFID系統(tǒng)防碰撞算法及安全機(jī)制研究，由筆耕文化傳播整理發(fā)布。

本文編號：376592