超高频RFID标签的安全性研究与设计

摘要

作为未来人类对于物体的识别技术，射频识别在人们生活中占有越来越重要的地位。这项技术将不断深入社会生活，在人们周围无处不在。从组成上，RFID包括标签，读写器，数据库以及EPC网络等，安全问题遍布各个部分。由于RFID技术和应用环境的独特性，它的安全问题非同于常规的通讯技术，其中RFID标签更易受到非法访问、跟踪、窃听、伪造等攻击。标签与读写器之间通信的安全问题已经成为影响这项技术推广和发展的巨大障碍。RFlD特殊的应用决定了标签必须具有面积小、成本低、功耗低等特点，而这些特点极大的限制了普通安全加密电路的片上实现以及常规安全措施的应用。 本文主要对RFID标签的安全性进行研究和设计，基于EPC Class-1 Gen-2协议提出一套FID标签的安全解决方案并进行实现。在应用层，本文对RFID标签可能受到的攻击进行分析，建立了适于RFID标签和读写器之间相互通信的安全模型；提出RFID标签根据应用归类于的不同安全等级，并在各个安全等级下实施相应的安全措施。在协议层，本文基于EPC Class-1 Gen-2协议提出可以进行标签与读写器双方身份认证的方案，这种身份认证方法引入了TEA密码算法和随机数，具有较高的安全强度，在协议中采用流密码算法对读和写指令传送的数据进行保护。在电路层，本文设计了以微处理器为核心的电路结构，根据标签基带的特征进行了微处理器核的设计，这种结构的基带可以有效的管理内部子模块的功耗，并具有较好的灵活性和可扩展性。 本文对超高频RFID安全标签基带进行了ASIC的实现，并通过与读写器基带的连接完成了FPGA实现的功能验证。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章引言

1.1 RFID技术简介

1.2 RFID技术发展历史和应用现状

1.3信息安全与密码学

1.4 RFID安全性研究的意义

1.5本文内容及结构安排

第二章RFID标签应用层的安全性研究

2.1 RFID标签可能受到的攻击

2.2 RFID标签攻击者的劣势分析

2.3 RFID标签与读写器通信安全模型

2.4 RFID标签在模型中的安全级别划分

第三章超高频RFID安全标签芯片设计

3.1 RFID标签协议层的安全分析

3.1.1 EPC Class-1 Gen-2协议

3.1.2 EPC Class-1 Gen-2协议层的安全分析

3.2 RFID标签协议层的安全改进措施

3.2.1基本方案：XOR验证与TEA加密

3.2.2改进方案：TEA验证与流密码加密

3.3面向RFID标签的性能要求

3.3.1面积约束

3.3.2功耗约束

3.3.3时间约束

3.4带密码算法的标签基带电路设计

3.4.1安全基带架构评估

3.4.2标签安全基带架构

3.5优化后的安全标签电路设计

3.5.1微处理器指令效率的优化

3.5.2功耗管理模块的优化

第四章面向RFID标签应用的微型处理器设计

4.1微处理器指令集

4.1.1指令集概述

4.1.2指令格式

4.2数据通路及其控制电路设计

4.2.1算术逻辑运算单元(ALU)

4.2.2寄存器堆

4.2.3时序状态控制电路

4.2.4微处理器的中断

4.2.5微处理器的内部总线

第五章TEA算法的设计和实现

5.1算法概述

5.2密码算法评估

5.3 电路设计

5.3.1速度优先结构

5.3.2面积优先结构

第六章超高频标签基带系统实现和分析

6.1系统设计流程

6.2系统低功耗设计方法

6.3系统验证方法

6.3.1功能验证

6.3.2性能验证

6.4系统实现结果

总结与展望

参考文献

致谢