基于动态重载的标签所有权安全转换机制研究

Ownership transfer of tags is key for RFID technology further application in the logistics procedure. It is a hot issue to research ownership transfer protocol which can provide forward security and drawback security and resist man-in-middle attack. Now research focus on the authorization and authentication mechanism which are based on Hash and without trusted third part. The achievements have some drawbacks,such as heavy computation burden, insufficient security property,etc.The project structures efficient and secure ownership transfer mechanism of tags based on dynamic overload of key array and algorithms.Firstly, it uses PUF component to structure PRNG with extend factor and establish mapping relation between PRN and key array. Afterwards, by the lightweight candidate function set or security subsystem, it achieves dynamic overload of key array and algorithms in order to obtain scrambling algorithm combination controled by keys which meets the requirement of indistinguishability and unpredictability in polynomial time.And then,it implements authentication and key negotiation among communication entities.Finally,it obtains the secure lightweight ownership transfer mechanism of tags based on dynamic overload. The mechanism resists some kinds of attacks and is more efficient. The achievements of this project can support the wide application of RFID in logistics, manufacturing, retail, medical and other fields.

电子标签所有权安全转换是RFID技术在物流过程中进一步推广应用的关键，研究满足前向安全、后向安全和抵抗中间人攻击的所有权转换协议是当前的研究热点。目前标签所有权转换协议的研究主要集中在基于Hash和无可信第三方的授权与认证体制，所取得的研究成果存在着计算量大、安全性不足等问题。本项目基于密钥阵列与算法的动态重载构建标签所有权的高效安全转换机制。首先研究利用通信实体中的PUF组件构建带有扩展因子的伪随机数生成器，确立伪随机数与密钥阵列之间的映射关系；然后通过轻量级候选函数集和安全子系统两种方案，实现密钥及算法的动态重载，获取钥控置乱的算法组合，该组合满足多项式时间不可分辨性和不可预测性；基于该算法组合实现通信实体间的认证与密钥协商，最终形成动态重载的轻量级标签所有权安全转换机制，该机制能抵御多种攻击，且效率更高。本项目成果可以为RFID技术在物流、制造、零售和医疗等领域广泛应用提供支撑。

本项目主要研究了如何提高标签所有权转换协议的执行效率和安全性。目前已发表论文7篇，申请专利2项，培养研究生3人，完成了项目预期目标。.提出了具有可回溯能力的所有权转换协议和标签安全群组所有权转换协议。前者能提供标签所附物品的质量信息，对标签所附物品的质量提供回溯能力；后者能同时对多个标签进行所有权转换，大幅提高了标签所有权转换效率。. 本项目还研究了如何利用物理不可克隆函数(Physical Unclonable Function, PUF)组件生成伪随机数，并提出了基于PUF的标签所有权转换协议。PUF的计算量小于通常采用的Hash等密码算法，从而降低了标签的计算量。. 提出了可以进行临时授权的标签授权访问和所有权转换协议。当用户并不是物品的所有者，但又需要对标签进行访问时，可以使用临时授权为此类用户进行授权。. 提出了能够抵御原所有者监听攻击的具备原所有者无关性的标签所有权转换协议，该研究成果并不要求新所有者在原所有者的通信范围之外获取对标签的所有权，拓宽了标签所有权转换协议的使用范围，使其不用考虑原所有者的位置。. 提出了能提高执行效率的带有转换开关的标签所有权转换协议，该协议能够及时发现是否遭受到去同步化攻击，进而无须执行重新同步过程，提高了所有权转换的效率。. 在以上工作的基础上，采用轻量级函数集这种实现方式，形成了基于动态重载的认证协议和标签所有权转换协议。本项目申请专利两项，分别是“基于轻量级函数集的RFID标签与后端数据库的认证方法”和“基于轻量级函数集的RFID系统中标签所有权转换方法”。. 在这两项发明专利中，提出了轻量级函数集中函数需要满足的条件，伪随机数和密钥与轻量级函数集中函数的映射关系，以及基于轻量级函数集的认证协议和所有权转换协议。本项目组所申请的这两项发明专利具有更好的安全性、更少的标签计算时间消耗和较好的可扩展性等优点。. 此外，本项目培养研究生3名，目前1名已经顺利毕业。. 本项目成果可以为RFID技术在物流、制造、零售和医疗等领域广泛应用提供支撑。