精品文檔-下載后可編輯基于RFID技術(shù)的無(wú)線(xiàn)Key模型-基礎(chǔ)電子摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及，USBKey在網(wǎng)上交易、身份簽名和等各種電子商務(wù)活動(dòng)中扮演著越來(lái)越重要的角色。因此USBKey的發(fā)展趨勢(shì)成為人們關(guān)注的焦點(diǎn)。針對(duì)公司、銀行、交易所等場(chǎng)所可能出現(xiàn)的USBKey使用的安全問(wèn)題，本文提出了一種基于RFID技術(shù)的無(wú)線(xiàn)Key模型，并對(duì)其安全性進(jìn)行了分析。

1引言

隨著電子商務(wù)和網(wǎng)上銀行的普遍應(yīng)用，USBKey的安全使用成為日益關(guān)注的問(wèn)題。在公司、銀行、交易所等一些公共場(chǎng)所，如果用戶(hù)臨時(shí)有事暫時(shí)離開(kāi)而又忘記拔掉USBKey，這時(shí)非法者就有可能趁虛而入，竊取用戶(hù)隱私或者利用存儲(chǔ)在USBKey中的證書(shū)進(jìn)行網(wǎng)上非法交易，給用戶(hù)造成隱私泄漏和金錢(qián)損失。所以，有必要設(shè)計(jì)一種用戶(hù)可以隨身攜帶的USBKey來(lái)解決這方面的安全問(wèn)題。這樣既能方便用戶(hù)，而且更加安全。本文正是在這種問(wèn)題背景下設(shè)計(jì)了一種基于RFID技術(shù)的無(wú)線(xiàn)Key模型，并對(duì)其安全性進(jìn)行了分析。

2RFID安全性分析

RFID系統(tǒng)主要包括：電子標(biāo)簽(Tag)、讀卡器(Reader)和微型天線(xiàn)(Antenna)。由于集成(1)(2)的RFID系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用系統(tǒng)，因此安全問(wèn)題類(lèi)似于計(jì)算機(jī)和網(wǎng)絡(luò)的安全問(wèn)題。一般地，RFID的安全威脅除了與計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)有相同之處外，還包括標(biāo)簽數(shù)據(jù)、通信鏈路和閱讀器協(xié)議三種類(lèi)型的安全威脅(3)。標(biāo)簽數(shù)據(jù)的安全威脅表現(xiàn)為非法用戶(hù)可以利用合法的閱讀器或者自構(gòu)一個(gè)閱讀器，直接與標(biāo)簽進(jìn)行通信，造成標(biāo)簽內(nèi)數(shù)據(jù)泄露；通信鏈路上的安全威脅主要表現(xiàn)在黑客非法截取通信數(shù)據(jù)、非法用戶(hù)通過(guò)發(fā)射干擾信號(hào)來(lái)堵塞通信鏈路、利用冒名頂替標(biāo)簽向閱讀器發(fā)送數(shù)據(jù)以及發(fā)射特定電磁波破壞標(biāo)簽等方面；閱讀器協(xié)議安全威脅是指在閱讀器中，除中間件(4)被用來(lái)完成數(shù)據(jù)的遴選、時(shí)間過(guò)濾和管理之外，只能提供用戶(hù)業(yè)務(wù)接口，而不能提供能讓用戶(hù)自行提升安全性能的接口。

由此可見(jiàn)，如何解決RFID技術(shù)的安全缺陷成為其能否得到更大程度應(yīng)用的關(guān)鍵。而本文正是利用USBKey的操作安全性提出了一個(gè)將RFID技術(shù)與USBKey相結(jié)合的模型。

3無(wú)線(xiàn)Key模型設(shè)計(jì)

3.1模型設(shè)計(jì)

無(wú)線(xiàn)Key的功能實(shí)現(xiàn)需要用戶(hù)機(jī)終端、讀卡器、無(wú)線(xiàn)Key等硬件，其中標(biāo)簽內(nèi)嵌在無(wú)線(xiàn)Key內(nèi)。其模型設(shè)計(jì)如圖1所示：

圖1基于RFID技術(shù)的無(wú)線(xiàn)Key模型

讀卡器包括控制單元、射頻接口、加/解密邏輯單元和隨機(jī)數(shù)發(fā)生器四部分（5）。其中控制單元完成以下功能：與用戶(hù)機(jī)終端進(jìn)行通信；信號(hào)編碼與解碼；控制與應(yīng)答器的通信過(guò)程；以及進(jìn)行讀卡器與無(wú)線(xiàn)Key內(nèi)標(biāo)簽的身份。射頻接口的功能是產(chǎn)生高頻發(fā)射功率以便啟動(dòng)標(biāo)簽和提供能量；調(diào)制發(fā)射信號(hào)并將數(shù)據(jù)傳送給應(yīng)答器以及接受并解調(diào)應(yīng)答器高頻信號(hào)。

無(wú)線(xiàn)Key由用戶(hù)隨身攜帶，其硬件構(gòu)成如上圖所示。其中ROM單元存放的是標(biāo)簽的ID號(hào)。COS即芯片操作系統(tǒng)，是無(wú)線(xiàn)Key的，它主要實(shí)現(xiàn)控制無(wú)線(xiàn)Key和外界的信息交換，管理存儲(chǔ)器單元并在無(wú)線(xiàn)Key內(nèi)部完成各種命令的處理等功能。無(wú)線(xiàn)Key的過(guò)程主要分為兩個(gè)步驟：步：利用RFID技術(shù)實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽與讀卡器之間的雙向；第二步：在標(biāo)簽與讀卡器進(jìn)行雙向無(wú)誤后，用戶(hù)機(jī)終端提示用戶(hù)輸入PIN碼，進(jìn)行主機(jī)對(duì)用戶(hù)身份的。

3.2協(xié)議設(shè)計(jì)

這里，假設(shè)讀卡器和用戶(hù)機(jī)終端數(shù)據(jù)庫(kù)的通信是在一條安全可靠的有連接信道上進(jìn)行而讀卡器和無(wú)線(xiàn)Key之間的通信是不安全的。并且在用戶(hù)機(jī)終端和無(wú)線(xiàn)Key的RAM中已經(jīng)存儲(chǔ)了讀卡器和無(wú)線(xiàn)Key雙方的證書(shū)。協(xié)議描述過(guò)程（6）（7）如下：

⑴當(dāng)帶有標(biāo)簽的無(wú)線(xiàn)Key進(jìn)入到讀卡器的作用范圍內(nèi)時(shí)，讀卡器會(huì)向應(yīng)答器發(fā)送請(qǐng)求。⑵應(yīng)答器產(chǎn)生響應(yīng)，并由無(wú)線(xiàn)Key的COS執(zhí)行一系列操作：先由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)R1并存儲(chǔ)到RAM單元，然后取出RAM單元中存儲(chǔ)的讀卡器的證書(shū)Certreader，在加/解密邏輯單元中利用讀卡器證書(shū)里的公鑰KUB對(duì)隨機(jī)數(shù)R1進(jìn)行加密。通過(guò)應(yīng)答器再發(fā)送給讀卡器，如圖2所示：

圖2應(yīng)答器響應(yīng)并利用KUB發(fā)送R1

⑶讀卡器射頻接口接收到信號(hào)后，讀卡器的控制單元先從用戶(hù)機(jī)終端取得自己的證書(shū)，再由加解密部件進(jìn)行解密獲得R1，接著調(diào)用隨機(jī)數(shù)發(fā)生器(RNG)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)R2并存儲(chǔ)到用戶(hù)機(jī)終端的RAM中，然后再?gòu)挠脩?hù)機(jī)終端取得無(wú)線(xiàn)Key的證書(shū)CertKey，在加/解密邏輯單元中執(zhí)行以下操作：首先利用自己的私鑰KRB對(duì)R1、R2進(jìn)行簽名，再利用無(wú)線(xiàn)Key的公鑰KUA對(duì)上一步的結(jié)果進(jìn)行加密得到數(shù)據(jù)Token1，即：Token1=EKUA(DKRB(R2||R1))。讀卡器通過(guò)射頻接口將Token1發(fā)送給無(wú)線(xiàn)Key端，如圖3所示。

圖3發(fā)送Token1給無(wú)線(xiàn)Key

⑷應(yīng)答器收到后，COS從RAM單元中取出讀卡器和無(wú)線(xiàn)Key的證書(shū)，交由加解密邏輯單元完成解密和驗(yàn)證讀卡器的過(guò)程：首先用無(wú)線(xiàn)Key的私鑰KRA進(jìn)行解密，接著利用讀卡器的公鑰KUB進(jìn)行驗(yàn)證，得到R1和R2并存儲(chǔ)R2，將通過(guò)解密得到的R1與第⑵步中存儲(chǔ)的R1進(jìn)行比較看是否一致。如果沒(méi)有改變，則進(jìn)行下步操作。否則標(biāo)簽進(jìn)入休眠狀態(tài)。⑸無(wú)線(xiàn)Key端的隨機(jī)數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生另一隨機(jī)數(shù)R3并存儲(chǔ)，同時(shí)從ROM中取得標(biāo)簽的ID號(hào)，利用讀卡器和無(wú)線(xiàn)Key的證書(shū)，將R2、R3和ID號(hào)交由加/解密邏輯單元進(jìn)行加密和簽名操作得到數(shù)據(jù)Token2，即：Token2=DKRA(EKUB(R3||R2||ID))。完成后應(yīng)答器將Token2發(fā)送給讀卡器，如圖4所示。

圖4無(wú)線(xiàn)Key發(fā)送Token2給讀卡器

⑹讀卡器接收后，從用戶(hù)機(jī)終端取得讀卡器和無(wú)線(xiàn)Key的證書(shū)，在加解密邏輯單元中完成驗(yàn)證標(biāo)簽和得到標(biāo)簽ID號(hào)的過(guò)程：首先用無(wú)線(xiàn)Key的公鑰KUA進(jìn)行驗(yàn)證，再利用自己的私鑰KRB解密得到隨機(jī)數(shù)R2、R3和ID號(hào)碼。將得到的R2和ID號(hào)與存儲(chǔ)在用戶(hù)機(jī)終端RAM中的R2和ID號(hào)進(jìn)行比較，如果一致標(biāo)簽得到驗(yàn)證。讀卡器再將得到的R3利用自己的私鑰進(jìn)行簽名后發(fā)送給無(wú)線(xiàn)Key，以便無(wú)線(xiàn)Key接收后確認(rèn)讀卡器已收到自己的ID號(hào)。

⑺無(wú)線(xiàn)Key端應(yīng)答器收到后進(jìn)行解密，將計(jì)算得到的R3與第⑸步存儲(chǔ)的R3進(jìn)行驗(yàn)證比較，以確認(rèn)是正確授權(quán)的讀卡器接收了ID號(hào)。

至此，完成了讀卡器與標(biāo)簽之間的雙向，并且讀卡器安全地獲得了標(biāo)簽的ID號(hào)，為下面進(jìn)行用戶(hù)身份的提供了前提。

⑻用戶(hù)機(jī)提示用戶(hù)輸入無(wú)線(xiàn)Key對(duì)應(yīng)的PIN碼，輸入后保存到用戶(hù)機(jī)的RAM中；同時(shí)COS調(diào)用密鑰生成器，生成一對(duì)公/私鑰，將公/私鑰存儲(chǔ)到無(wú)線(xiàn)Key的RAM單元中，并把產(chǎn)生的公鑰發(fā)送給讀卡器。

⑼讀卡器接收后，利用該公鑰對(duì)上一步存儲(chǔ)的PIN碼進(jìn)行加密并發(fā)送給應(yīng)答器。⑽應(yīng)答器接收并取出存儲(chǔ)在RAM中相對(duì)應(yīng)的私鑰進(jìn)行解密，得到用戶(hù)輸入的PIN碼，然后與存儲(chǔ)在RAM單元中的PIN碼進(jìn)行比較，驗(yàn)證用戶(hù)身份。

驗(yàn)證通過(guò)后，用戶(hù)就可以利用無(wú)線(xiàn)Key進(jìn)行網(wǎng)上交易簽名或者其它電子商務(wù)活動(dòng)了。

4模型安全性分析

在虛擬的網(wǎng)絡(luò)世界，通信安全無(wú)疑是要考慮的首要問(wèn)題。而對(duì)于無(wú)線(xiàn)Key模型，如何解決無(wú)線(xiàn)射頻環(huán)境中的通信成為其安全與否的關(guān)鍵。下面具體從5個(gè)方面來(lái)分析。

⑴讀卡器與標(biāo)簽之間通信的保密性。讀卡器與標(biāo)簽都采用公鑰密碼算法(例如RSA算法)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加/解密運(yùn)算，即使被攻擊者截獲，也無(wú)法解密，有效地保證了數(shù)據(jù)在不安全信道傳輸?shù)陌踩院屯暾浴?/p>

⑵防止重放攻擊。在標(biāo)簽對(duì)讀卡器的過(guò)程中，讀卡器收到的R1是隨機(jī)產(chǎn)生的，下收到的R1是不一樣的，因此攻擊者再重放Token1給標(biāo)簽是不能通過(guò)驗(yàn)證的，同理標(biāo)簽應(yīng)答器收到的R2以及后來(lái)產(chǎn)生的R3也是如此。因此，讀卡器和標(biāo)簽都可以抵御重放攻擊。

⑶防止中間人攻擊。讀卡器與標(biāo)簽之間采用公鑰密碼算法有效地防止了攻擊者進(jìn)行中間人攻擊的可能。攻擊者可以獲得讀卡器和無(wú)線(xiàn)Key所對(duì)應(yīng)的證書(shū)，從而獲得公鑰。但是在應(yīng)答器利用讀卡器的公鑰將隨機(jī)數(shù)R1加密并發(fā)送給讀卡器后，攻擊者即使截獲，也無(wú)法解密獲得R1。

⑷保護(hù)隱私。在本模型中，RFID標(biāo)簽對(duì)讀卡器是有選擇性的，讀卡器取得標(biāo)簽信息之前，標(biāo)簽會(huì)對(duì)讀卡器的合法性進(jìn)行驗(yàn)證，如果讀卡器沒(méi)有通過(guò)驗(yàn)證，標(biāo)簽就認(rèn)為讀卡器是非法的，不會(huì)對(duì)讀卡器做出任何相應(yīng)。這種機(jī)制很好地保護(hù)了標(biāo)簽信息隱私的安全，非授權(quán)讀卡器是不可能取得標(biāo)簽中的信息，也不能對(duì)目標(biāo)進(jìn)行跟蹤。

⑸防止USBKey被利用進(jìn)行非法交易。由于采用了RFID技術(shù)，用戶(hù)走出讀卡器的作用范圍后，身上隨身攜帶的無(wú)線(xiàn)Key自動(dòng)與終端PC機(jī)斷開(kāi)連接，這樣可以防止用戶(hù)因?yàn)槭韬龆沀SBKey還插在PC機(jī)USB端口上的情況。這不僅方便了用戶(hù)，而且也杜絕了不法分子冒充用戶(hù)進(jìn)行非法交易活動(dòng)。

5總結(jié)

本文在對(duì)RFID安全性