第6章RFID系统中的安全和隐私管理

《RFID系统中的安全和隐私管理》 教学设计物流信息系 米志强2011.8.9

第6章RFID系统中的安全和隐私管理

主要内容一、教学内容的引入

二、RFID的安全和隐私问题三、RFID的安全技术基础 四、RFID的安全解决方案

五、RFID信息安全和风险评估

第6章RFID系统中的安全和隐私管理

一、教学内容的引入 RFID安全性问题引发普遍担忧!!!

RFID芯片克隆

RFID护照漏洞

RFID技术存在安全漏洞是有原因: 标签很小。 RFID标签是移动的。 标签上的信息并不总是敏感信息。 标签的用途非常广。

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一、教学内容的引入下面描述一个对超市RFID系统工作构成严重威胁的场景

(1)超市已构建RFID系统并实现仓储管理、出售商品的自动化收 费等功能，超市管理者使用的阅读器可以读写商品标签数据(写 标签数据时需要接人密钥),考虑到价格调整等因素，标签数据 必须能够多次读写。 (2)移动RFID用户自身携带有嵌入在手机或PDA中的阅读器，该 阅读器可以扫描超市中商品的标签以获得产品的制造商、生产 日期和价格等详细信息。

RFID智 能收货

RFID智 能购物车

RFID智 能结算

未来商店

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一、教学内容的引入(3)通过信道监听信息截获、暴力破解(利用定向天 线和数字示波器监控标签被读取时的功率消耗， 确定标签何时接受了正确的密码位)或其他人为因 素，攻击者得到写标签数据所需的接人密钥。 (4)利用标签的接人密钥，攻击者随意修改标签数 据，更改商品价格，甚至“kill”标签导致超市的 商品管理和收费系统陷入混乱以谋取个人私利。

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一、教学内容的引入存在这么几个问题

1、RFID为什么会泄露个人隐私的 ？ 2、RFID的安全漏洞在哪,有哪些攻击方式？

问题探究3、RFID的安全和隐私该如何管理 ？

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二、 RFID的安全和隐私问题1 RFID安全问题

◆隐患之一: 标签 ; ◆隐患之二: 网络 ; ◆隐患之三: 数据 .RFID隐私问题

2

1、位臵隐私 2、喜好隐私 3、标签集关联隐私 4、商业机密

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二、RFID系统的信息安全需求

首先，RFID标签和后端系统之间的通信是非接触 和无线的，使它们很易受到窃听; 其次，标签本身的计算 能力和可编程性，直接受到成本要求的限制。更准确地说， 标签越便宜，则其计算能力越弱，而更难以实现对安全威 胁的防护。

◆RFID组件的安全脆弱性 ◆标签中数据的脆弱性 ◆标签和阅读器之间的通信脆弱性 ◆阅读器中的数据的脆弱性 ◆后端系统的脆弱性

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三、RFID的安全技术基础

1.密码学的基础概念

明文 m

加密算法 E

密文 c

解密算法 D

明文 m

密钥 K

密钥 K?

加密模型 加密和解密变换的关系式： c=EK(m)9

m=DK′(c)=DK′(EK(m))

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5 RFID系统数据传输的安全性 2、对称密码体制 一种常规密钥密码体制，也称为单钥密

码体制 或私钥密码体制。在对称密码体制中，加密密 钥和解密密钥相同。 从得到的密文序列的结构来划分，有序列密码 和分组密码两种不同的密码体制。 序列密码是将明文m看成是连续的比特流(或字符流) m1m2…,并且用密钥序列K=K1K2…中的第i个元素Ki 对明文中的mi进行加密，因此也称为流密码。 分组密码是将明文划分为固定的n比特的数据组，然 后以组为单位，在密钥的控制下进行一系列的线性 或非线性的变化而得到密文。10

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5 RFID系统数据传输的安全性 2、分组密码 数据加密标准(Data Encryption Standard, DES) DES由IBM公司1975年研究成功并发表，1977年被 美国定为联邦信息标准。 DES的分组长度为64位，密钥长度为56位，将64位 的明文经加密算法变换为64位的密文。

高级加密标准(Advanced Encryption Standard,AES) 新的加密标准，它是分组加密算法，分组长度为 128位，密钥长度有128位、192位、256位三种， 分别称为AES-128,AES-192,AES-256。11

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明文 m(64bit)

5 RFID系统数据传输的安全性 IPL0(32bit) 异或 f R0(32bit) K1

L1=R0

R1=L0⊕f (R0,K1)

从左图可知L15=R14 f R15=L14⊕f (R14,K15) K16

Li=Ri-1 Ri=Li-1⊕f(Ri-1, Ki)

R16=L15⊕f (R15,K16)

L16=R15

IP 1

DES加密算法

12

密文 C(64bit)

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5 RFID系统数据传输的安全性 4、AES和DES的不同之处有以下几点： DES密钥长度为64位(有效位为56位),加密数 据分组为64位，循环轮数为16轮；AES加密数据 分组为128位，密钥长度为128,192,256位三种， 对应循环轮数为10,12,14轮。 DES中有4种弱密钥和12种半弱密钥，AES选择密 钥是不受限制的。 DES中没有给出S盒是如何设计的，而AES的S盒是 公开的。因此，AES在电子商务等众多方面将会 获得更广泛的应用。 序列密码(流密码),其计算复杂度低，硬件实现容 易，在RFID 系统中获得了广泛应用。 13

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5 RFID系统数据传输的安全性 5、非对称密码体制 公开密钥与私人密钥 加密算法E和解密算法D必须满足以下三个条件： ①D(E(m))=m,m为明文； ②从E导出D非常困难； ③使用“选择明文”攻击不能破译，即破译者即使 能加密任意数量的选择明文，也无法破译密文。

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5 RFID系统数据传输的安全性

RSA算法 密钥获取的步骤如下： ① 选择两个大素数p和q,它们的值一般应大于 10100; ② 计算n=p×q和欧拉函数 (n)=( p-1)( q-1); ③ 选择一个和 (n)互质的数，令其为d,且 1≤d≤ (n); ④ 选择一个e,使其能满足e×d=1 mod (n),则公 开密钥由(e,n)组成，私人密钥由(d,n)组成。

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RSA算法 加密方法 首先

将明文看成是一个比特串，将其划分成一个个 的数据块M,且满足0≤M<n。为此，可求出满足2k <n的最大k值，保证每个数据块长度不超过k即可。 对数据块M进行加密，计算C=Me(mod n),C即为M 的密文。 对C进行解密时的计算为M=Cd(mod n)。 假设要加密的明文 演示 M=4,则密文C= 取p=3,q=11 Me(mod n)=43(mod n=p×q=3×11=33, (n)=(p-1)(q-1)=2×10=20; 33)=31,接收方解 由于7和20没有公因子，因此可取d=7; 密时计算M=Cd(mo 解方程7e=1(mod 20),得到e=3; d n)=317(mod 33)=4 即可恢复出原文。 公开密钥为(3,33),私人密钥为(7,33)。16

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5 RFID系统数据传输的安全性 6、椭圆曲线密码体制(ECC) 椭圆曲线 Weierstrass方程 y2+a1xy+a3y=x3+a2x2+a4x+a6y y2=x3 5x+3 4 3 2 1 -2 -1 -1 -2 R -3 -4 Z=P+Q N= R+R=2R Q x

0

1

2

3

4

P

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5 RFID系统数据传输的安全性 7、椭圆曲线的基本ElGamal加解密方案 加密算法：首先把明文m表示为椭园曲线上的 一个点M,然后再加上KQ进行加密，其中K是 随机选择的正整数，Q是接收者的公钥。发方 将密文c1=KP和c2=M+KQ发给接收方。 解密算法：接收方用自己的私钥计算 dc1=d(KP)=K(dP)=KQ 恢复出明文点M为 M=c2-KQ明文 椭圆曲线上的明文点 椭圆曲线上的密文点 发 送 方 编码 加密 传输 解码 解密 接 收 明文 椭圆曲线上的明文点 椭圆曲线上的密文点 方

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5 RFID系统数据传输的安全性 RSA算法的特点之一是数学原理简单，在工程应 用中比较易于实现，但它的单位安全强度相对 较低，用目前最有效的攻击方法去破译RSA算法， 其破译或求解难度是亚指数级。 ECC算法的数学理论深奥复杂，在工程应用中比 较困难，但它的安全强度比较高，其破译或求 解难度基本上是指数级的。这意味着对于达到 期望的安全强度，ECC可以使用较RSA更短的密 钥长度。 ECC在智能卡中已获得相应的应用，可不采用协 处理器而在微控制器中实现，而在RFID中的应 用尚需时日。19

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5 RFID系统数据传输的安全性 序列密码体制发送端 密钥 密钥序列产生器 Ki mi 明文序列 ci 密文序列 密钥 接收端 密钥序列产生器 Ki mi 明文序列

密钥序列产生器进行初始化 ci=E(mi)=mi⊕Ki 接收端，对ci的解密算法 D(ci)=ci⊕Ki=( mi⊕Ki)⊕Ki=mi 需要同步 20

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5 RFID系统数据传输的安全性 1射频识别中的认证技术 三次认证过程阅 读 器 TOKEN BA

随机数 RB 应 答 器

TOKEN AB

三次认证过程阅读器发送查询口令的命令给应答器，应答器作为应答响应传 送所产生的一个随机数RB给阅读器。 阅读器产生一个随机数RA,使用共享的密钥K和共同的加密算 法EK,算出加密数据块TOKEN AB,并将TOKEN AB传送给应

答器。 TOKEN AB=EK(RA,RB)