基于AES和RSA加密算法的RFID安全机制

摘要

RFID(Radio Frequency Identifcation，射频识别)技术是20世纪60年代开始兴起并在90年代走向成熟的自动识别技术，它是一种非接触式的数据采集和自动识别技术。非接触式RFID智能卡与其它的自动识别技术相比，具有速度快、稳定性高、存储空间大、安全性能好等优点，随着我国“金卡工程”等智能lC卡应用工程的推广实施，智能IC卡将广泛应用于金融、电信、医疗、保险及交通等国民经济的各个领域，但由于RFID的开放性特点，应用时受到攻击的风险较大，安全和隐私问题成为了制约其进一步发展的瓶颈。本文通过对RFID的被攻击及对策分析，提出一种可加强智能卡安全机制的方法，结合AES(AdvancedEncryption Standard)和RSA这两种加密算法，分别利用对称密钥加密算法与非对称加密算法的优点，采用RSA对AES的加密密钥进行加密及授权客户端RSA私钥对系统RSA公钥进行加密的方法，保护了存储于智能卡中的重要信息，保障了智能卡不被非授权的阅读器进行非法读取。 本论文首先介绍了RFID系统的基本工作原理，对RFID的编解码技术和信息完整技术进行讨论，简要给出了当前流行的非接触式智能卡Mifare1系列所支持的国际标准；给出了整个RFID加密系统的硬件实现，包括智能卡、读写模块和SAM加密模块的介绍；介绍了系统的软件设计，包括智能卡的操作流程及MF RC500的底层函数、LCD驱动设计和SAM模块的接口程序设计；重点阐述了SAM加密机制的实现以及系统的FPGA验证结果。 通过FPGA的仿真结果可以得出本方案符合实际的加密要求。论文工作的创新点主要体现在：利用Mifare1智能卡自身的安全特性，配合嵌入式SAM模块对智能卡所存储的数据的再加密，提高了整个RFID系统的安全特性，很好地解决了RFID系统所面临的安全和隐私问题。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章 绪论

1.1研究背景和意义

1.2 RFID国内外发展现状

1.3 RFID的安全和隐私问题

1.3.1 RFID的安全问题

1.3.2 RFID隐私泄露问题

1.4 RFID面临的攻击手段及对策

1.5论文的主要工作及其结构安排

第二章 RFID系统分析

2.1 RFID系统组成和工作原理

2.1.1标签

2.1.2读写器

2.1.3工作原理

2.2基带编码

2.3数字调制法

2.3.1振幅键控(ASK)

2.3.2使用副载波的调制法

2.3.3读卡器芯片内部调制解调结构

2.4数据的完整性

2.4.1奇偶校验法

2.4.2循环冗余校验(CRC)法[28]

2.4.3多路存取法-防冲突法

2.5 ISO/IEC 14443标准

2.6本章小结

第三章 系统的硬件实现

3.1 Mifare 1非接触式智能卡

3.1.1 Mifare1[33]卡的功能组成和工作原理

3.1.2内部EEPROM组成

3.2读写器

3.2.1 STC89C52RC单片机

3.2.2 MF RC500读写芯片

3.2.3串行通信

3.2.4 LCD显示模块

3.2.5天线设计[40]

3.3 SAM模块

3.3.1 AES和RSA加解密算法简介

3.3.2 SAM的FPGA实现

3.3.3 SAM与MCU的连接

3.4整体硬件构建

3.5本章小结

第四章 系统的软件设计

4.1 IC卡与读卡器的通信

4.1.1通信协议

4.1.1 IC卡的指令流程

4.2 MF RC500底层函数

4.2.1 MF RC500初始化

4.2.2 MF RC500与STC89C52通信检查

4.2.3防冲突的处理与实现

4.3 LCD驱动设计

4.4 SAM模块的接口程序设计

4.5 XXTEA加解密

4.6串行口程序设计

4.7本章小结

第五章 整体安全机制实现

5.1 Mifare 1智能卡的安全特性

5.2 SAM加密机制的实现

5.3系统的FPGA验证

5.3.1验证结构框图及流程

5.3.2系统验证结果

5.3.3性能分析和安全特点

5.4具体应用实例

5.5本章小结

第六章 总结与展望

参考文献

致谢

附录

攻读硕士期间发表的论文