基于逻辑运算的RFID系统隐私保护模型及其协议研究

摘要

射频识别技术(Radio Frequency Identification，RFID)读取信息方便快捷、识别速度快、动态实时通信，可以随时对物体进行追踪监控，是识别物体身份信息的一种重要工具。RFID广泛应用在供应链管理、交通管理、门禁防盗、工业应用等领域，RFID技术的推广和普及使我们生活变得更加便捷高效。但RFID无线通信方式的开放暴露等特性，使得RFID系统易遭受攻击者攻击，个人信息易被窃取泄露，从而给个人带来损失。因此我们在享受RFID技术给我们生活带来便利的同时，也强烈要求我们的个人隐私得到保护。所以在推广普及RFID技术的同时，如何保护用户的个人隐私是目前迫切需要解决的问题。
　　本文围绕基于逻辑运算的RFID隐私保护模型和协议，在综合分析已有的隐私保护技术的基础上提出了一个基于Applied pi演算的单步认证协议，并且运用概率分布设计了一个基于逻辑运算的RFID隐私保护模型PMPD以及满足该模型隐私保护性的ESPP协议，同时设计完成了相应的仿真实验。本文开展的主要工作包括以下几个方面:
　　(1)概述了RFID系统的组成，讨论了现有的两类RFID系统隐私保护机制:物理机制和密码机制。然后从密码机制的角度分别综述了基于预言机的RFID隐私保护模型和基于逻辑运算的RFID隐私保护模型，并分别举例分析了各个模型的算法和特点，以及各模型之间的联系。
　　(2)针对单步认证协议便捷的身份认证特性，设计了一个基于Applied pi演算的单步认证协议，即RFID标签快速认证协议。该协议简化了认证过程，提高了协议的执行效率。该协议不仅花费较小的通信开销，同时还能抵抗重放攻击、窃听攻击和跟踪或位置隐私攻击。此外，我们用基于逻辑运算的Applied pi演算证明了该协议的隐私保护性，即不可跟踪性和前向安全性。
　　(3)针对基于逻辑运算的Applied pi演算只能证明单步协议的不足，本文新提出了一个适用于证明多步协议隐私性的RFID隐私保护模型PMPD。该模型是一种基于逻辑运算的RFID隐私保护模型，该模型用概率分布定义了RFID系统、攻击者，形式化了隐私。
　　(4)基于PMPD模型相应地提出了一个高效安全的隐私保护协议ESPP，并用PMPD模型形式化了ESPP协议，证明了该协议的隐私保护性。此外，该协议具有较高的运行效率和较好的安全性。
　　(5) EPC Global Class-1 Gen-2标准下的RFID标签存储空间和计算能力都很有限，因而当前众多的RFID协议无法在现有的硬件平台上实现。TinyOS核心程序小，适用于节点存储资源有限的情况，它还能运行较为复杂的函数计算。为使协议仿真能更接近实际运行，本文选择在TinyOS系统上进行ESPP协议的仿真实验，测试该协议的运行效率。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 研究内容

1．3 论文结构

第二章 RFID隐私保护模型研究

2．1 RFID系统概述

2．1．1 RFID系统组成

2．1．2 RFID标准体系

2．2 现有的RFID隐私保护技术

2．2．1 物理机制

2．2．2 密码机制

2．3 基于预言机的RFID隐私保护模型

2．4 基于逻辑运算的RFID隐私保护模型

2．5 本章小结

第三章 基于Applied pi演算模型的单步认证协议

3．1 Applied pi演算介绍

3．2 RFID标签快速认证协议

3．2．1 协议初始化

3．2．2 协议描述

3．3 协议安全性分析和隐私保护证明

3．3．1 安全性分析

3．3．2 协议形式化及隐私保护证明

3．4 协议性能比较

3．4．1 便捷性

3．4．2 安全性

3．4．3 隐私保护性

3．5 本章小结

第四章 基于概率分布的RFID隐私保护模型PMPD

4．1 模型分析

4．1．1 模型隐私特点

4．1．2 模型攻击者特点

4．1．3 适用模型协议特点

4．2 PMPD模型介绍

4．2．1 系统定义

4．2．2 攻击者定义

4．2．3 隐私定义

4．3 本章小结

第五章 基于PMPD模型的ESPP协议

5．1 ESPP协议

5．1．1 协议初始化

5．1．2 协议描述

5．2 协议形式化及隐私保护证明

5．3 协议性能比较

5．3．1 执行效率

5．3．2 安全性

5．4 本章小结

第六章 ESPP协议的仿真与实现

6．1 协议仿真环境分析

6．2 协议仿真平台介绍

6．2．1 TinyOS系统

6．2．2 nesC语言

6．2．3 TinySec机制

6．3 协议实现

6．4 本章小结

第七章 总结与展望

7．1 总结

7．2 展望

参考文献

致谢

攻读硕士学位期间完成的论文和参与的科研项目