專利名稱：基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)領(lǐng)域，主要涉及到射頻識(shí)別系統(tǒng)中射頻識(shí)別標(biāo)簽與其讀卡器之間的雙向認(rèn)證技術(shù)，可用于射頻識(shí)別系統(tǒng)通信中讀卡器與標(biāo)簽的相互認(rèn)證中。
背景技術(shù)：
射頻識(shí)別RFID是一種非接觸式雙向通信的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，用于實(shí)現(xiàn)對(duì)物品的標(biāo)識(shí)。RFID的非接觸識(shí)別和多目標(biāo)識(shí)別等特點(diǎn)，使其廣泛應(yīng)用于軍事、制造業(yè)、商業(yè)、日常生活等領(lǐng)域。同時(shí)，RFID通信系統(tǒng)的安全機(jī)制不完善，使得安全與隱私問題日益突出，制約了它的大規(guī)模應(yīng)用。RFID系統(tǒng)主要由三部分組成:標(biāo)簽Tag、讀寫器Reader和后臺(tái)服務(wù)器Back-endServer，其中:標(biāo)簽是所附著物品或持有者的信息載體；讀寫器是讀寫標(biāo)簽的設(shè)備，負(fù)責(zé)向后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)傳送標(biāo)簽信息并執(zhí)行指令；后臺(tái)服務(wù)器用來(lái)存儲(chǔ)和處理標(biāo)簽與讀寫器的數(shù)據(jù)信息，對(duì)它們進(jìn)行管理和控制。讀寫器與后臺(tái)服務(wù)器有較強(qiáng)的計(jì)算與存儲(chǔ)能力，它們之間的通信信道在RFID系統(tǒng)中假定是安全的，而標(biāo)簽與讀寫器之間通信信道的安全問題是RFID研究領(lǐng)域有待解決的問題。針對(duì)RFID系統(tǒng)的安全與隱私問題，采用密碼學(xué)方法設(shè)計(jì)一個(gè)安全的認(rèn)證協(xié)議，對(duì)標(biāo)簽和讀寫器進(jìn)行認(rèn)證的方法成為普遍認(rèn)可的解決方法。為降低成本，計(jì)算和存儲(chǔ)能力很弱的被動(dòng)標(biāo)簽被廣泛使用，這使得設(shè)計(jì)的認(rèn)證協(xié)議必須是標(biāo)簽?zāi)軌虺惺艿妮p量級(jí)協(xié)議。因此,設(shè)計(jì)一個(gè)安全的低成本的認(rèn)證協(xié)議成為研究的熱點(diǎn)。現(xiàn)有的各種低成本RFID認(rèn)證協(xié)議，如由Feldhofer提出的基于對(duì)稱密碼算法的詢問一響應(yīng)協(xié)議和由Girault, Poupard和Stern共同提出基于公鑰的cryptoGPS方案，其中:Feldhofer提出的詢問一響應(yīng)協(xié)議，是第一個(gè)基于對(duì)稱密碼算法的RFID認(rèn)證協(xié)議，該方案基于AES塊密碼，由讀寫器發(fā)送隨機(jī)數(shù)作為詢問請(qǐng)求，后由標(biāo)簽響應(yīng)。該方案雖能以較低成本實(shí)現(xiàn)認(rèn)證，在0.35 um CMOS工藝下只需要3595個(gè)等效門即可，但是，該認(rèn)證方案由于受對(duì)稱密碼算法密鑰分配的影響，其靈活性差，限制了射頻識(shí)別RFID的應(yīng)用范圍和提供服務(wù)的形式，使該認(rèn)證方案的實(shí)際應(yīng)用受到了限制；由Girault, Poupard和Stern共同提出的基于公鑰的cryptoGPS方案，是一種基于橢圓曲線加密算法ECC的認(rèn)證方案，該方案是將標(biāo)簽的復(fù)雜計(jì)算交給讀寫器預(yù)先計(jì)算后存儲(chǔ)優(yōu)待券，是現(xiàn)有基于公鑰密碼的認(rèn)證方案中最省資源的設(shè)計(jì)，適用于低成本的RFID標(biāo)簽，但是，該方案由于只實(shí)現(xiàn)了讀寫器對(duì)標(biāo)簽的單向認(rèn)證，且其密鑰管理方法與對(duì)稱密碼算法相當(dāng)，不能體現(xiàn)公鑰管理的靈活性優(yōu)勢(shì)，故限制了其在RFID中的應(yīng)用。綜上，現(xiàn)有的RFID認(rèn)證協(xié)議存在的以下缺陷:1、現(xiàn)有的RFID認(rèn)證協(xié)議均是單向認(rèn)證協(xié)議，只能解決讀寫器對(duì)標(biāo)簽合法性的認(rèn)證問題，不能解決標(biāo)簽對(duì)讀卡器的驗(yàn)證問題，也不利于標(biāo)簽對(duì)讀卡器權(quán)限的檢驗(yàn)以及對(duì)讀卡器的動(dòng)態(tài)授權(quán)，影響大規(guī)模RFID網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的推廣。2、采用對(duì)稱密碼算法設(shè)計(jì)的低成本認(rèn)證協(xié)議，雖然能滿足標(biāo)簽資源受限的要求，但是，部署規(guī)模受到密鑰分配的嚴(yán)重限制，靈活性也不夠，不適合大規(guī)模的應(yīng)用。3、當(dāng)前已有的采用公鑰密碼算法設(shè)計(jì)的協(xié)議，占用的資源較多，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了低成本標(biāo)簽的資源承受范圍，而且這些協(xié)議并沒有解決公鑰的密鑰分發(fā)問題，無(wú)法體現(xiàn)公鑰管理的優(yōu)勢(shì)和使用的靈活性，使得標(biāo)簽在應(yīng)用范圍和提供服務(wù)的形式上都嚴(yán)重受限。4、不能完全抵抗現(xiàn)有的各種攻擊手段，安全性能不夠。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服上述已有方法的不足，提出一種基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法，以進(jìn)一步降低占用資源，實(shí)現(xiàn)讀寫器與標(biāo)簽的雙向認(rèn)證。為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明包括以下步驟:(I)讀寫器生成隨機(jī)數(shù)rs和讀寫器公鑰n，讀寫器將詢問信號(hào)Q、隨機(jī)數(shù)rs、讀寫器公鑰n與讀寫器的身份1 發(fā)送給標(biāo)簽；(2)標(biāo)簽收到數(shù)據(jù)后，檢查讀寫器公鑰n是否為標(biāo)簽所存儲(chǔ)的集合N中的元素，如果不是，則通信結(jié)束；如果是，則進(jìn)行如下操作:(2a)由標(biāo)簽隨機(jī)產(chǎn)生128位會(huì)話密鑰f，用讀寫器公鑰n將會(huì)話密鑰f利用加密函數(shù)En加密,加密結(jié)果記作a=En(f)；(2b)從標(biāo)簽預(yù)存儲(chǔ)的m個(gè)優(yōu)待券中選取一個(gè)優(yōu)待券，記作(rs, !TiP),并采用輕量級(jí)流密碼算法Grain vl加密隨機(jī)數(shù)rs、與標(biāo)簽證書Certt,加密結(jié)果記作b=Gf(rs IriPl | Certt)，其中，是 `隨機(jī)數(shù)，P為選定的公鑰密碼算法中橢圓曲線的基點(diǎn)，為橢圓曲線點(diǎn)乘運(yùn)算結(jié)果，Gf是流密碼算法Grain vl加密函數(shù)；(2c)將兩個(gè)加密結(jié)果a與b發(fā)送給讀寫器；(3)讀寫器收到數(shù)據(jù)后，先解密a獲得會(huì)話密鑰f，再由會(huì)話密鑰f解密b獲得所述的rs、r,P和Certt ;通過讀寫器驗(yàn)證rs，如果驗(yàn)證不正確，則終止協(xié)議，否則，截取標(biāo)簽證書Certt的160位數(shù)據(jù)Cert 1 t,同時(shí)產(chǎn)生32位的隨機(jī)數(shù)c,并采用Grain vl算法使用會(huì)話密鑰f對(duì)數(shù)據(jù)Cert',和隨機(jī)數(shù)c加密，加密結(jié)果記作Gf (Cert ' t||c);最后將加密結(jié)果Gf (Cert ' t||c)發(fā)送給標(biāo)簽;(4)標(biāo)簽解密Gf (Cert ’ t)獲得數(shù)據(jù)Cert ’ t和隨機(jī)數(shù)C，驗(yàn)證數(shù)據(jù)Cert ’ t是否為標(biāo)簽證書Certt的部分位，如果不是，則通信結(jié)束；如果是，則標(biāo)簽對(duì)讀寫器的認(rèn)證成功，再計(jì)算中間值Y=I^sXcmodq,將中間值y值發(fā)送給讀寫器,其中，s是標(biāo)簽的私鑰，q為160位低漢明重量數(shù)據(jù)，是橢圓曲線有限域的階，mod q為對(duì)階q的取模運(yùn)算；(5)讀寫器收到數(shù)據(jù)后，利用雙方公鑰V=-SP對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證，驗(yàn)證關(guān)系式y(tǒng)P+cV=riP是否成立，如果成立，則讀寫器對(duì)標(biāo)簽的認(rèn)證成功，該標(biāo)簽是讀寫器合法的通信對(duì)象；如果不成立，則認(rèn)證失敗，通信結(jié)束。與現(xiàn)有技術(shù)相比，該發(fā)明提出的認(rèn)證方法有以下優(yōu)點(diǎn):I)本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了標(biāo)簽與讀寫器的雙向認(rèn)證；2)在標(biāo)簽的運(yùn)算中，公鑰n選擇為低漢明重量數(shù)據(jù)，降低了標(biāo)簽的計(jì)算量；3)標(biāo)簽的隨機(jī)數(shù)生成和流密碼加解密，采用面向硬件的輕量級(jí)序列密碼算法Grain vl算法,Grain vl算法硬件內(nèi)存低、占用門數(shù)少及功耗低等優(yōu)點(diǎn),大大減少了標(biāo)簽所需資源；
4)將128位的會(huì)話密鑰f擴(kuò)展成1024位低漢明重量數(shù)據(jù)后再做Rabin加密，提高協(xié)議安全性的同事也大大的減少了標(biāo)簽的計(jì)算量；5)協(xié)議中標(biāo)簽上耗費(fèi)資源較多的乘法運(yùn)算及取模運(yùn)算采用兩個(gè)低資源乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)，減少了標(biāo)簽所需資源。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步說(shuō)明:


圖1是本發(fā)明基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證示意圖；圖2是本發(fā)明生成讀寫器公鑰n的流程圖；圖3是本發(fā)明進(jìn)行平方運(yùn)算f ' 2的第一低資源乘法器結(jié)構(gòu)圖；圖4是本發(fā)明進(jìn)行取模運(yùn)算modn的第二低資源乘法器結(jié)構(gòu)圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明提出了一種基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法，該認(rèn)證方法基于公鑰密碼中的橢圓曲線密碼，已知橢圓曲線C，基點(diǎn)P，預(yù)先給標(biāo)簽分配一個(gè)160位私鑰S，雙方公鑰V=_sP,讀寫器公鑰n的集合N=Inci, Ii1, n2, n3}, m個(gè)預(yù)計(jì)算優(yōu)待券Cri, T1, P)及標(biāo)簽證書Certt= (IDt, V=-sP, sigCA)，其中，巧是隨機(jī)數(shù)，rf為橢圓曲線點(diǎn)乘結(jié)果，IDt是標(biāo)簽的身份，sigCA是認(rèn)證中心CA對(duì)標(biāo)簽的簽字。參照?qǐng)D1，本發(fā)明的雙向認(rèn)證過程如下:步驟I，讀寫器操作:`
(Ia)讀寫器生成隨機(jī)數(shù)rs，即采用輕量級(jí)序列密碼算法Grain vl算法生成隨機(jī)數(shù)匕；(Ib)生成讀寫器公鑰n，參照?qǐng)D2，本步驟的具體實(shí)現(xiàn)如下:(lbl)選定一個(gè)512位模4余3的素?cái)?shù)作為讀寫器公鑰n的第一因子p，并要求中間值P-1有大素因子，具體操作如下:(Ibll)采用Grain vl算法生成一個(gè)496位的素?cái)?shù)作為中間值p_l的大素因子yi ;(lbl2)取中間值 p-1 的另一因子 y2=215+l，(lbl3)則讀寫器公鑰n的第一因子p=2*yi*y2+l ；(lbl4)對(duì)第一因子p進(jìn)行素性檢驗(yàn)，若不是素?cái)?shù)，中間值p-1的另一因子自加2，即y2=y2+2，再判斷因子y2是否滿足y2 < 216，若滿足，則返回(lbl3);若不滿足，則返回(Ibll);若第一因子p是素?cái)?shù)，則進(jìn)行后續(xù)操作；(lb2)根據(jù)讀寫器公鑰n的取值范圍確定讀寫器公鑰n的第二因子q=n/p的取值范圍:(lb21)讀寫器公鑰n的前500位的最高位為1，其余位是0，后524位隨機(jī)選?。蛔x寫器公鑰n的的取值范圍是[nmin，nmax]，其中，最小值nmin= [10000……0001，最大值nmax=1000……0111……111，最小值[nmin首尾為1，中間位均為0 ;最大值[nmax首位與后524位全為1，中間位均為0 ;(lb22)由關(guān)系式 qmin=nmin/p, qmax=nmax/p,得到第二因子 q 的取值范圍[qmin, qmax]；
( lb3)在第二因子q的取值范圍內(nèi)搜索出一個(gè)模4余3的素?cái)?shù)作為第二因子q，并要求p-1與q_l的最大公因子gcd(p_l, q-1)最小，具體操作如下:(lb31)令讀寫器公鑰n的第一因子q= Qfflin ；(lb32)對(duì)第一因子q做模4余3的檢驗(yàn):如果模值不為3，則對(duì)第一因子q自加1，即q=q+l，直到第一因子q是模4余3的數(shù)；(lb33)判斷第一因子q〈 q_是否成立，如果滿足進(jìn)行后續(xù)操作；若不滿足，則返回
I;(lb34)檢驗(yàn)p-1的大素因子Y1是否整除q_l，若整除，則說(shuō)明gcd(p_l, q-1)較大，不滿足要求，返回I ;若不整除，繼續(xù)后續(xù)操作；( lb35)對(duì)第一因子q進(jìn)行素性檢驗(yàn)，若不是素?cái)?shù)，第一因子q自加4，返回(lb3c)；若是素?cái)?shù)，繼續(xù)后續(xù)操作；(lb4)由關(guān)系式n=pq，得到讀寫器公鑰n的值；(Ic)讀寫器將詢問信號(hào)Q、隨機(jī)數(shù)rs、讀寫器公鑰n與讀寫器的身份1 發(fā)送給標(biāo)簽。步驟2，標(biāo)簽操作:檢查收到的讀寫器公鑰n是否是其所存儲(chǔ)的讀寫器公鑰n集合N中的元素，如果不是，則通信結(jié) 束；如果是，則繼續(xù)以下操作:(2a)標(biāo)簽生成并加密會(huì)話密鑰:(2al)標(biāo)簽采用Grain vl算法產(chǎn)生128位隨機(jī)數(shù)作為會(huì)話密鑰f ；(2a2)將生成的128位會(huì)話密鑰的每一位嵌入到1024位空數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)的最低位，得到嵌入后的數(shù)據(jù)f';(2a3)對(duì)嵌入后的數(shù)據(jù)做Rabin加密,加密結(jié)果記作a=En (f) = f 2modn,其中，f' 2是1024位數(shù)據(jù)f'的平方運(yùn)算，mod n是對(duì)讀寫器公鑰n的取模運(yùn)算；(2b)從標(biāo)簽預(yù)存儲(chǔ)的m個(gè)優(yōu)待券中選取一個(gè)優(yōu)待券,記作Cri, !TiP),其中，rt是隨機(jī)數(shù)，r, P為橢圓曲線點(diǎn)乘運(yùn)算結(jié)果；(2c)采用Grain vl算法加密隨機(jī)數(shù)rs、!TiP與標(biāo)簽證書Certt,加密結(jié)果記作b=Gf(rs| IriPl I Certt),其中，Gf是流密碼算法Grain vl加密函數(shù)；(2d)將加密結(jié)果a與b發(fā)給讀寫器。步驟3，讀寫器向標(biāo)簽證明身份:(3a)用Rabin解密算法解密收到的加密結(jié)果a，獲得會(huì)話密鑰f ；(3b)利用會(huì)話密鑰f采用Grain vl算法解密加密結(jié)果b,獲得隨機(jī)數(shù)I^riP與標(biāo)簽證書Certt ；(3c)驗(yàn)證隨機(jī)數(shù)rs是否被改變，若隨機(jī)數(shù)rs被改變，則終止協(xié)議；若隨機(jī)數(shù)rs未被改變，則繼續(xù)以下操作:(3cI)截取標(biāo)簽證書Certt的160位數(shù)據(jù)Cert丨t ；(3c2)采用Grain vl算法生成一個(gè)32位的隨機(jī)數(shù)c ；(3c3)采用Grain vl算法并使用會(huì)話密鑰f對(duì)數(shù)據(jù)Cert ' t和隨機(jī)數(shù)c加密，力口密結(jié)果記作Gf (Cert丨11 I c)； (3c4)將加常結(jié)果Gf (Cert ' 11 I c)發(fā)送給標(biāo)簽。
步驟4，標(biāo)簽對(duì)讀寫器進(jìn)行認(rèn)證:(4a)標(biāo)簽采用Grain vl算法解密加密結(jié)果Gf (Ceri^ t)，獲得數(shù)據(jù)Ceri^ t和隨機(jī)數(shù)c ；(4b)標(biāo)簽驗(yàn)證數(shù)據(jù)Cert ’ t是否為標(biāo)簽證書Certt的部分位，如果不是，則通信結(jié)束；如果是，則標(biāo)簽對(duì)讀寫器的認(rèn)證成功，繼續(xù)以下操作；標(biāo)簽計(jì)算中間值yzri+sXcmodq,并將中間值y值發(fā)送給讀寫器，其中，s是標(biāo)簽的私鑰，Q為橢圓曲線有限域的階，mod q為對(duì)階q的取模運(yùn)算。步驟5，讀寫器對(duì)標(biāo)簽的認(rèn)證:讀寫器利用雙方公鑰V=-SP對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證，讀寫器驗(yàn)證關(guān)系式y(tǒng)P+cV=riP是否成立，如果成立，則讀寫器對(duì)標(biāo)簽的認(rèn)證成功，該標(biāo)簽是合法通信對(duì)象；如果不成立，則認(rèn)證失敗，通信結(jié)束。上述方法中耗費(fèi)資源較多是乘法運(yùn)算，故對(duì)所述步驟(2a3)中對(duì)公式a=En(f)=f ’ 2Hiodn的平方運(yùn)算和取模運(yùn)算，采用兩種新型低資源乘法實(shí)現(xiàn)，其中:(I)對(duì)加密函數(shù)En(f)中Rabin加密的平方運(yùn)算f ' 2采用如圖3所示的第一低資源乘法器實(shí)現(xiàn)，該乘法器由4個(gè)I位乘法器，4個(gè)16位加法器和多個(gè)移位寄存器組成，其運(yùn)算步驟如下:首先，向I位乘法器輸入被乘數(shù)f '的16位和乘數(shù)的8位，4個(gè)I位乘法器并行計(jì)算，該I位乘法器相當(dāng)于一個(gè)特殊的與非門，乘數(shù)輸入為I時(shí)，輸出被乘數(shù)；乘數(shù)輸入為0，則輸出0 ;其次，將I位乘法器輸出的數(shù)`據(jù)進(jìn)入到初始置零的移位寄存器，移位寄存器Regl6、Reg32、Reg48和Reg64分別將I位乘法器輸出結(jié)果存儲(chǔ)在移位寄存器的高16位，其余位均為0，間接實(shí)現(xiàn)將乘法結(jié)果左移0位、16位、32位和48位；接著，將移位寄存器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入到16位加法器做加法運(yùn)算，相加后進(jìn)位返回參與下一次計(jì)算，相加后的結(jié)果存入RAM ；接著，將RAM中存儲(chǔ)的結(jié)果進(jìn)入64位移位寄存器，間接實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)左移64位；最后，將64位移位寄存器與第二次計(jì)算每個(gè)時(shí)鐘輸出的16位數(shù)據(jù)輸入到16位加法器，相加后進(jìn)位返回，相加結(jié)果存入RAM ；該乘法器重復(fù)運(yùn)行32次后，即可完成加密函數(shù)En (f)中Rabin加密的平方運(yùn)算f丨2，該乘法器共需要1600個(gè)門即可實(shí)現(xiàn)，耗時(shí)為2048個(gè)時(shí)鐘周期。(2)對(duì)加密函數(shù)En(f)中Rabin加密的取模運(yùn)算mod n采用如圖4所示的第二低資源乘法器實(shí)現(xiàn)，該乘法器由2個(gè)8位乘法器，3個(gè)8位加法器，2個(gè)16位加法器和多個(gè)移位寄存器組成，其運(yùn)算步驟如下:首先，向8位乘法器輸入被乘數(shù)的8位和乘數(shù)的8位，2個(gè)8位乘法器并行計(jì)算；其次，將8位乘法器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入到16位加法器，輸出結(jié)果的高8位作為進(jìn)位返回參與下一次計(jì)算，低8位輸出；接著，將16位加法器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入到初始置零的移位寄存器，移位寄存器RegS和Regl6分別將8位乘法器輸出結(jié)果存儲(chǔ)在移位寄存器的高8位，其余位均為0，間接實(shí)現(xiàn)將乘法結(jié)果左移0位和8位；接著，將移位寄存器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入到8位加法器做加法運(yùn)算，相加后進(jìn)位返回參與下一次計(jì)算，相加后的結(jié)果存入RAM ；接著，將RAM中存儲(chǔ)的結(jié)果進(jìn)入16位移位寄存器，間接實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)左移16位；最后，將16位移位寄存器與第二次計(jì)算每個(gè)時(shí)鐘輸出的8位數(shù)據(jù)輸入到8位加法器，相加后進(jìn)位返回，相加結(jié)果存入RAM ；該乘法器重復(fù)運(yùn)行32次，即可完成加密函數(shù)En (f)中Rabin加密的取模運(yùn)算modn，該乘法器共需要1678個(gè)門，耗時(shí)為1088個(gè)時(shí)鐘周期。綜上所述，本發(fā)明中標(biāo)簽只需3278個(gè)門即可實(shí)現(xiàn)與讀寫器的雙向認(rèn)證，這滿足RFID認(rèn)證中標(biāo)簽的低成本實(shí)現(xiàn)要求。
權(quán)利要求
1.一種基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法，其特征在于，包括以下步驟: (1)讀寫器生成隨機(jī)數(shù)rs和讀寫器公鑰n，讀寫器將詢問信號(hào)Q、隨機(jī)數(shù)rs、讀寫器公鑰n與讀寫器的身份1 發(fā)送給標(biāo)簽； (2)標(biāo)簽收到數(shù)據(jù)后，檢查讀寫器公鑰n是否為標(biāo)簽所存儲(chǔ)的集合N中的元素，如果不是，則通信結(jié)束；如果是，則進(jìn)行如下操作: (2a)由標(biāo)簽隨機(jī)產(chǎn)生128位會(huì)話密鑰f，用讀寫器公鑰n將會(huì)話密鑰f利用加密函數(shù)En加密,加密結(jié)果記作a=En(f)； (2b)從標(biāo)簽預(yù)存儲(chǔ)的m個(gè)優(yōu)待券中選取一個(gè)優(yōu)待券，記作(ri，r,P)，并采用輕量級(jí)流密碼算法Grain vl加密隨機(jī)數(shù)I^riP與標(biāo)簽證書Certt,加密結(jié)果記作b=Gf(rs | TiP Certt),其中，^是隨機(jī)數(shù)，P為選定的公鑰密碼算法中橢圓曲線的基點(diǎn)，riP為橢圓曲線點(diǎn)乘運(yùn)算結(jié)果，Gf是流密碼算法Grain vl加密函數(shù)； (2c)將兩個(gè)加密結(jié)果a與b發(fā)送給讀寫器； (3)讀寫器收到數(shù)據(jù)后，先解密a獲得會(huì)話密鑰f，再由會(huì)話密鑰f解密b獲得所述的rs、r,P和Certt ;通過讀寫器驗(yàn)證rs，如果驗(yàn)證不正確，則終止協(xié)議，否則，截取標(biāo)簽證書Certt的160位數(shù)據(jù)Cert 1 t,同時(shí)產(chǎn)生32位的隨機(jī)數(shù)c,并采用Grain vl算法使用會(huì)話密鑰f對(duì)數(shù)據(jù)Cert',和隨機(jī)數(shù)c加密，加密結(jié)果記作Gf (Cert ' 11 I c);最后將加密結(jié)果Gf (Cert丨11 I c)發(fā)送給標(biāo)簽； (4)標(biāo)簽解密Gf(Cert丨t)獲得數(shù)據(jù)Cert丨t和隨機(jī)數(shù)C，驗(yàn)證數(shù)據(jù)Cert丨t是否為標(biāo)簽證書Certt的部分位，如果不是，則通信結(jié)束；如果是，則標(biāo)簽對(duì)讀寫器的認(rèn)證成功，再計(jì)算中間值y^i+s X cmodq,將中間值y值發(fā)送給讀寫器，其中，s是標(biāo)簽的私鑰,q為160位低漢明重量數(shù)據(jù)，是橢圓曲線有限域的階，mod q為對(duì)階q的取模運(yùn)算； (5)讀寫器收到數(shù)據(jù)后，利用雙方公鑰V=-SP對(duì)標(biāo)簽進(jìn)行認(rèn)證，驗(yàn)證關(guān)系式uP+cV=riP是否成立，如果成立，則讀寫器對(duì)標(biāo)簽的認(rèn)證成功，該標(biāo)簽是讀寫器合法的通信對(duì)象；如果不成立，則認(rèn)證失敗，通信結(jié)束。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法，其中步驟(I)所述的讀寫器生成公鑰n，按如下步驟進(jìn)行: (Ia)選定一個(gè)512位模4余3的素?cái)?shù)作為讀寫器公鑰n的第一因子p，并要求p_l有大素因子； (Ib)根據(jù)讀寫器公鑰n的數(shù)據(jù)要求確定讀寫器公鑰n的取值范圍，即讀寫器公鑰n的前500位的最高位為I，其余位是0，后524位隨機(jī)選取； (Ic)由讀寫器公鑰n的取值范圍確定第二因子q=n/p的取值范圍，在第二因子q的取值范圍內(nèi)搜索出一個(gè)模4余3的素?cái)?shù)作為第二因子q，并要求P-1與q_l的最大公因子gcd(p-l, q-1)最?。? (Id)由關(guān)系式n=pq,確定讀寫器公鑰n的值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法，其中步驟(2a)所述的用加密函數(shù)En加密,按如下操作進(jìn) 行: (2al)將128位的會(huì)話密鑰f擴(kuò)展成1024位的低漢明重量數(shù)據(jù)f丨，即將會(huì)話密鑰f的每一位嵌入到一個(gè)1024位空數(shù)據(jù)的每個(gè)字節(jié)的最低位，嵌入后的數(shù)據(jù)記為f丨； (2a2)對(duì)低漢明重量數(shù)據(jù)f '做Rabin加密,得到加密結(jié)果:En(f)=f ' 2modn,其中,f ; 2是1024位低漢明重量數(shù)據(jù)f '的平方運(yùn)算，modn是對(duì)讀寫器公鑰n的取模運(yùn)算。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法，其中步驟(2a2)中平方運(yùn)算f丨2，是通過第一低資源乘法器實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)算步驟如下: 首先，向I位乘法器輸入被乘數(shù)f'的16位和乘數(shù)f'的8位，4個(gè)I位乘法器并行計(jì)算，該I位乘法器相當(dāng)于一個(gè)特殊的與非門，乘數(shù)輸入為I時(shí)，輸出被乘數(shù)；乘數(shù)輸入為0，則輸出0 ; 其次，將I位乘法器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入到初始置零的移位寄存器，移位寄存器Regie、Reg32、Reg48和Reg64分別將I位乘法器輸出結(jié)果存儲(chǔ)在移位寄存器的高16位，其余位均為0，間接實(shí)現(xiàn)將乘法結(jié)果左移0位、16位、32位和48位； 接著，將移位寄存器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入到16位加法器做加法運(yùn)算，相加后進(jìn)位返回參與下一次計(jì)算，相加后的結(jié)果存入RAM ； 接著，將RAM中存儲(chǔ)的結(jié)果進(jìn)入64位移位寄存器，間接實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)左移64位； 最后，將64位移位寄存器與第二次計(jì)算每個(gè)時(shí)鐘輸出的16位數(shù)據(jù)輸入到16位加法器，相加后進(jìn)位返回，相加結(jié)果存入RAM ； 該乘法器重復(fù)運(yùn)行32次后，即可完成該1024位的低漢明重量數(shù)據(jù)f '的平方運(yùn)算f '
5.根據(jù)權(quán)利要求3所述的基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法，其中步驟(2a2)中取模運(yùn)算modn，是通過第二低資源乘法器實(shí)現(xiàn)，其運(yùn)算步驟如下: 首先，向8位乘法器輸入被乘數(shù)的8位和乘數(shù)的8位，2個(gè)8位乘法器并行計(jì)算； 其次，將8位乘法器輸出的數(shù)據(jù)進(jìn)入到16位加法器，輸出結(jié)果的高8位作為進(jìn)位返回參與下一次計(jì)算，低8位輸出； 接著，將16位加法器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入到初始置零的移位寄存器，移位寄存器RegS和Regl6分別將8位乘法器輸出結(jié)果存儲(chǔ)在移位寄存器的高8位，其余位均為0，間接實(shí)現(xiàn)將乘法結(jié)果左移0位和8位； 接著，將移位寄存器輸出數(shù)據(jù)進(jìn)入到8位加法器做加法運(yùn)算，相加后進(jìn)位返回參與下一次計(jì)算，相加后的結(jié)果存入RAM ； 接著，將RAM中存儲(chǔ)的結(jié)果進(jìn)入16位移位寄存器，間接實(shí)現(xiàn)將數(shù)據(jù)左移16位； 最后，將16位移位寄存器與第二次計(jì)算每個(gè)時(shí)鐘輸出的8位數(shù)據(jù)輸入到8位加法器，相加后進(jìn)位返回，相加結(jié)果存入RAM ； 該乘法器重復(fù)運(yùn)行32次，即可完成取模運(yùn)算modn。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于公鑰的射頻識(shí)別雙向認(rèn)證方法，主要解決現(xiàn)有射頻識(shí)別認(rèn)證中標(biāo)簽成本過高且通信安全性不足的問題。其實(shí)現(xiàn)步驟是(1)由讀寫器將詢問信號(hào)Q、隨機(jī)數(shù)rs、讀寫器公鑰n與讀寫器的身份IDr發(fā)送給標(biāo)簽；(2)標(biāo)簽驗(yàn)證讀寫器公鑰n后生成會(huì)話密鑰f，并將會(huì)話密鑰f和標(biāo)簽證書Certt加密后發(fā)給讀寫器；(3)由讀寫器截取標(biāo)簽證書Certt的160位數(shù)據(jù)Cert＇t加密后發(fā)給標(biāo)簽，向標(biāo)簽證明身份；(4)標(biāo)簽通過驗(yàn)證Cert＇t認(rèn)證讀寫器，并計(jì)算中間值發(fā)給證明身份；(5)讀寫器利用公鑰V完成對(duì)標(biāo)簽的認(rèn)證。本方法實(shí)現(xiàn)了標(biāo)簽與讀寫器的雙向認(rèn)證，有效降低了標(biāo)簽的計(jì)算量和占用資源，同時(shí)也保證了通信安全性，能更好的適用于資源受限的射頻識(shí)別系統(tǒng)。
文檔編號(hào)H04L9/32GK103078744SQ20131003028
公開日2013年5月1日 申請(qǐng)日期2013年1月25日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月25日
發(fā)明者董慶寬, 魏麗麗, 丁文秀, 李小平, 劉彥明, 趙蕾, 黎劍兵 申請(qǐng)人:西安電子科技大學(xué)