基于DES算法的RFID安全系統(tǒng)設計

殷小虹

基于DES算法的RFID安全系統(tǒng)設計

殷小虹

RFID技術是一項自動化的安全認證技術，它具有較大的優(yōu)勢，得以在社會經濟生活中廣泛運用，如機場安檢、地鐵檢票等等。但這種技術存在著一定的薄弱環(huán)節(jié)，尤其是標簽與掃描器之間的信道的安全性能比較差，極大程度地影響了這項技術的安全性能及認證能力。因此，基于DES算法來探討RFID技術的安全系統(tǒng)，有助于改良它的安全能力，綜合性提升它的應用屬性。

RFID技術的安全性能比較優(yōu)良，社會應用面比較廣袤，不管是機場、車站的檢票，還是商品價格的識別等等，都可以利用這項技術的射頻優(yōu)勢。在實際發(fā)揮作用的過程中，這項技術主要是基于標簽與掃描器之間的雙向信息傳輸，但這也決定了該項技術的薄弱環(huán)節(jié)。因此，為提升RFID技術的安全性能，需要基于DES算法來改良它的作用機制，設計更加科學、更加精確、更有保障的安全系統(tǒng)。

RFID系統(tǒng)的組成部分及安全協(xié)議

RFID技術的組成部分RFID技術是一項安全屬性比較高的技術，具有較強的便捷性，可以實現(xiàn)自動化的識別，主要由三部分構成，電子標簽、讀寫器和后端數(shù)據(jù)庫等。電子標簽是這項技術的重要組成部分，它的內容是比較豐富的，同時也具有非常優(yōu)越的性能。在實際的作用發(fā)揮中，它比我們通常所見的條形碼具有更大的便利性，可以實現(xiàn)對信息的修改和完善，從而提升其利用率，避免浪費。讀寫器是RFID技術的關鍵設備，它負責對標簽所傳輸?shù)男畔⒌慕邮张c處理，主要的功能在于對信息的有效識別，以判斷標簽所對應的物品的屬性及內容。后端數(shù)據(jù)庫則是整個RFID技術的重要載體。在這部分元件中包含著豐富的信息，與它進行直接對接的是讀寫器。讀寫器將信息傳輸至這里，然后進行相應的存儲，以便于數(shù)據(jù)信息的有效利用。

RFID技術的作用機制。在RFID技術發(fā)揮作用的過程中，它的三部分系統(tǒng)內容，其實是一種雙向的信號傳輸通道，以便進行信息的處理與判斷。標簽是信源，它具有專屬屬性，內部的編碼作為它唯一的特征，具有一對一的特點。作為信源的標簽，通過發(fā)送信號來進行識別，基于天線的存在，然后將信號傳輸至讀寫器，讀寫器進行信號的判斷與分析，當處理結果再通過天線來傳輸至標簽，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的輪回與轉換。在這個過程中，三個組成部分并沒有發(fā)生接觸，而是基于數(shù)據(jù)信號的直接傳輸來進行作業(yè)。從它的傳輸特征也可以判斷出，這項技術的薄弱環(huán)節(jié)恰好在信號的傳輸中介上。外界非法信號很容易切斷標簽與讀寫器之間的信號傳輸，從而實現(xiàn)信息的篡改或者竊取。比如地鐵檢票卡失靈，用戶存儲在里面的金額發(fā)生改變或者被竊取，就是基于RFID技術自身的不安全屬性造成的。因此，通過加密或者改變算法的方式來進行RFID技術認證方式的優(yōu)化，能夠規(guī)避它的技術缺陷，有效提升其安全性能。

RFID安全系統(tǒng)的設計

RFID技術在初始階段，確實發(fā)揮著關鍵性的作用，它的應用領域也是比較廣泛的。但與此同時，RFID技術的薄弱環(huán)節(jié)也被逐漸放大，RFID的安全漏洞也凸顯了出來。為了優(yōu)化其安全性能，更好地將RFID技術運用在社會經濟生活中，需要對它進行科學合理的系統(tǒng)優(yōu)化和安全設計，只有這樣才能保護人民群眾的信息安全及財產安全，也才能擴大這項技術的應用領域。

RFID安全系統(tǒng)設計的主要著力點基于RFID技術發(fā)揮作用的機制，人們可以清楚地認知到，這項技術的薄弱環(huán)節(jié)以及最容易遭受攻擊的區(qū)域。因此，為了針對性地彌補它的安全漏洞，可以在認證方式上進行合理的優(yōu)化。一方面，標簽與讀寫器之間在信號傳輸?shù)倪^程中，傳統(tǒng)的認證方式具有一定的漏洞，很難判斷信號是否真實，很難甄別信號是否是對方的專屬信號。因此，應該在二者之間進行認證方式的加密，或者在三重認證的基礎上進行有效加密處理。為標簽或者讀寫器匹配專屬密鑰，避免外部非法信號的干擾或者破壞。當前標簽對于讀寫器的認證已經逐步成熟并得到了有效應用，但后者對于前者的認證還沒有落實到位?；诖?，在雙向認證的過程中，應該巧妙設計讀寫器對標簽的認證方式，有效預防非法的讀寫器對標簽的認證。比如非法人員仿造讀寫器，肆意竊取帶有標簽信息、具有價值的卡，然后進行金額的竊取。另一方面，在信號傳輸?shù)倪^程中，應該對信號做科學的加密處理。RFID技術一直以來都采用明文傳輸，這無疑增加了被竊取、被破壞的風險。此外，還應該加強對數(shù)據(jù)庫的科學管理。數(shù)據(jù)庫是整個RFID技術的核心部分，數(shù)據(jù)庫中蘊含著非常豐富的數(shù)據(jù)信息。一旦被肆意竊入，很可能會識別信號的屬性，進而對傳輸信號進行復制或者干擾。因此，在優(yōu)化其安全性能的過程中，還需要加強對數(shù)據(jù)庫的管控。

基于DES算法的RFID安全設計。基于以上分析可以判斷出，雙向認證是一種密鑰認證，能夠有效地提升RFID的安全屬性，同時也能夠避免外部非法信號的侵入。但當前一些加密算法在實際應用過程中，具有較大的排斥性，同時也會造成成本的增加及負荷量的增長。RFID自身的容量比較低，成本也偏低，因此基于DES算法來進行安全系統(tǒng)設計，具有較強的適用性。DES算法是基于優(yōu)良硬件電路的目的而產生的，它在RFID中的應用，能夠實現(xiàn)快速化的加密設計，同時也能夠快速地進行解密處理，這無疑提升了RFID技術的使用性能。DES算法的核心是一個輪函數(shù)，明文數(shù)據(jù)經過初始置換后進行16次函數(shù)的操作，最后經過一個逆初始置換輸出結果。這種算法有個非常大的特點，那就是每一次實施環(huán)節(jié)中的密鑰都是基于上一次運算而得來的，也就是說每一次密鑰都是相對獨立的，這就增加了RFID安全系統(tǒng)的整體安全性能。同時，基于DES算法來進行RFID安全系統(tǒng)的合理設計，遵循科學的設計理念，本著加密處理的方法，對S盒進行一定程度的融合，改變傳統(tǒng)分散的系統(tǒng)設計，采用集中化的設計。但在單一的S盒中，其主體內容并不單一的，而是8塊。這本身能夠減少RFID標簽的能耗，全面保障RFID的安全性能。

RFID是一種科學的自動化的識別技術，在RFID技術的運用過程中，它的安全性較強，但同時它自身的薄弱環(huán)節(jié)也比較明顯。因此，基于DES算法來進行有效的改良與優(yōu)化，能夠全面提升RFID的安全等級。

本文系2015年江西省教育廳科技計劃課題《基于改進AES加密算法的RFID安全機制研究與應用》（課題編號：GJJ151239）

南昌工學院）