匿名RFID系统关键监测技术研究

This project aims to study and advance key techniques for monitoring anonymous Radio-Frequency Identification (RFID) systems. Being one of the fundamental technologies that propel the Internet of things (IoT) forward, RFID technology is pervading every corner of our lives. More and more exciting, innovative RFID applications are introduced to monitor luggage, luxuries, weapons, implantable medical devices, and even new born babies. These applications necessitate a suite of effective, efficient, and secure techniques for monitoring RFID systems. Different from traditional RFID systems, anonymous RFID systems isolate tag identifiers (IDs) from monitoring protocols to protect system privacy. Anonymous RFID systems therefore place more challenges on designing monitoring protocols than do traditional RFID systems. Most key techniques (e.g., clone tag detection) for monitoring anonymous RFID systems are not fully investigated; some of them (e.g., missing tag detection) are even almost untouched...This project will explore new methods to accurately, efficiently, and securely detect missing tags and clone tags in anonymous RFID systems. Missing tag detection and clone tag detection are two important monitoring operations for protecting intactness and genuineness of RFID systems. We propose a suite of techniques, such as cardinality contradiction, adapted Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS), and unreconciled collision, for accurate detection of missing tags and clone tags without tag IDs as a priori. The accuracy, efficiency, and security of the proposed detection methods will be validated through extensive simulations and experiments. Together with existing monitoring solutions for traditional RFID systems, methods for monitoring anonymous RFID systems proposed in this project will cultivate and strengthen an efficient and secure IoT infrastructure.

本项目旨在研究并完善匿名RFID（Radio-Frequency Identification，无线射频识别）系统监测体系。伴随着物联网飞速发展的浪潮，RFID技术已进入到我们日常生活的每个角落。例如智能家居管理、植入性医疗器械监控、新生婴儿看护等RFID应用，都使得完善的RFID系统监测体系日益重要。相对于传统RFID系统，匿名RFID系统禁止监测协议利用标签ID（identifier，标识符）信息以保护系统隐私。匿名RFID系统监测也因此更具有挑战性；多种关键的匿名RFID系统监测技术尚未得到研究或完善。本项目将着重研究并完善匿名RFID系统中丢失标签检测和克隆标签检测等两个关键监测技术，提出并验证一系列高效、安全、确定性检测协议，以保护RFID系统的完整性与真实性。本项目匿名RFID系统监测研究成果将与已有传统RFID系统监测方法一起为建设高效安全的物联网架构提供理论指导和技术支撑。

本项目旨在研究并完善匿名RFID（无线射频识别）系统监测体系。伴随着物联网飞速发展的浪潮，RFID技术已经入道我们日常生活的每个角落。例如智能家居管理、植入性医疗器械监控、新生婴儿看护等RFID应用，都使得完善RFID系统监测体系日益重要。相对于传统RFID系统，匿名RFID系统禁止监测协议利用标签标识符信息以保护系统隐私。匿名RFID系统监测也因此更具有挑战性；多种关键的匿名RFID系统监测技术尚未得到研究或晚上。本项目的主要研究内容着重研究并完善了匿名RFID系统中丢失标签检测和克隆标签检测等两个关键监测技术，提出并验证了一系列高效、安全、确定性检测协议，以保护RFID系统的完整性与真实性。. 本项目的实施所取得重要结果包括匿名RFID系统中确定性丢失标签检测协议和确定性克隆标签检测协议以及基于本项目所衍生的基于RFID的供应链中匿名路径管控协议并提交专利申请。其中，确定性丢失标签检测协议包含Cardiff、Divar、CardiffP。Cardiff主要检测依据为丢失标签时间导致的标签基数差。Divar利用DSSS（直接序列展频）基数，同时引入了必要的改进以适用于匿名RFID系统丢失标签的检测。CardiffP为概率性检测协议，通过一部分可控的检测精度花去大幅度的检测速度提升，其主要方法为利用概率性标签基数估算方法估计出来的现有标签数据与预期标签数目进行比较。确定性克隆标签检测协议包括BASE、DeClone、DeClone+。BASE通过标签基数差来检测克隆标签的存在。DeClone主要设计方法为将slotted Aloha协议和tree traversal协议结合起来检测由克隆标签导致的不可调和的信息冲突。DeClone+为DeClone的优化版本，对于克隆标签较多的场景具有更快的检测速度。基于RFID的供应链中匿名路径管控协议包括StepAuth。其主要方法采用嵌套加密、混合加密等技术，通过对标签所附产品的路径的管控，以辨别产品的真伪。. 上述协议的性能均有严格的理论分析及充分的仿真实验验证。实验数据表明其性能适用于大规模匿名RFID系统中的高效监测。其科学意义有助于完善匿名RFID系统监测体系，可与已有传统RFID系统监监测方法一起为构建高效安全的大规模物联网架构奠定坚实基础。