内嵌安全机制的rfid防碰撞策略

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1、内嵌安全机制的RFID防碰撞策略摘要：当前的射频识别（RFID）系统只是简单地将防碰撞算法和安全机制粗糙地融合在一起。在分析经典自适应动态防碰撞算法的基础上，提出了一种内嵌安全机制的防碰撞策略。该策略将先序遍历机制、布尔运算双向认证协议内嵌入其中，解决了传统RFID系统标签识别效率较低、成本过高的问题，同时具有较高的安全性优势。与后退二叉树、动态自适应、二叉树搜索等算法进行比较，结果表明该策略能大大降低系统搜索的次数，提高标签的吞吐率。关键词：射频识别；防碰撞算法；安全机制；自适应二叉树遍历;布尔运算屮图分类号：TP301.6文献标志码：

2、A0引言近年来，很多学者尝试把安全机制和防碰撞算法结合在一起。张晖等最早提出了新型安全机制下的RFID防冲突算法[1],将物理方法和密码机制相结合，通过将Hash锁放入阅读器中使用来节省门电路。丁治国等提出的基于码分多址和防碰撞功能的RFID安全认证协议[2],利用码分多址技术的保密性、抗干扰性和多址通信能力，结合认证密钥和Hash函数[3],设计了一种具有防碰撞功能的安全认证协议；余松森等提出了融合安全与反碰撞的RFID处理机制[4],采用的方法是将轻量级的随机密钥双向认证和动态时隙ALOHA协议进行融合。然而这些机制都是简单地将安全协

3、议与防碰撞算法结合在一起,效率较低，随着标签的增加，信道占用率较高，吞吐率变低；数据在传输的过程中容易被窃听ID,隐私被刺探，安全性不高；而且防碰撞效果差，花费时间较长，不宜大规模使用；同时又由于安全性达不到实用级别，需耍另外的安全协议来加以保护，这样增加了成木,极大地降低了RFID系统运行的质量。本文提出了一种新的轻量级高安全性防碰撞策略，该方法将自适应二叉树遍历算法与布尔运算双向认证协议相融合，得到一种新的防碰撞策略，该算法在解决了标签碰撞问题的同时，具冇较高的安全性。对于在图书馆、流水线、快递服务、散货堆场等应用场合，已能提供足够的

4、安全级别，适用于大数量、高效率、低成本的物联网系统。1.1自适应二叉树遍历机制在系统读写识别之前，该机制相当于在碰撞标签堆中利用遍历规则整理出一个冇序的队列，从而使标签拥挤状态变成冇序状态。自适应二叉树遍历机制［5-6］的搜索过程是根据先序遍历规则，在收集到的所有碰撞标签中，根据碰撞位特征采収向前搜索策略，直到遇到一个可以识别的标签为止；同时再采取后退方式，返回上一查询指令节点，继续搜索直至识别完阅读器工作区域内所有碰撞标签。主要步骤如下：1）阅读器根据曼彻斯特编码方法得到所冇识别标签的碰撞位，得到一个查询指令栈。2）查询指令栈取出栈顶指

5、令Query（X,N）命令（X为碰撞位查询码,N为标签碰撞的最高位），检测所有标签的碰撞位。3）检测有无碰撞位编码符合条件的标签，若有两个以上响应，在符合条件的标签中重新执行曼彻斯特编码检测，根据是否连续位调整碰撞位查询码，并修改N值，得到下一次查询命令Query所需的参数，继续搜索直到出现一个碰撞位或者无碰撞位。4）若有一个碰撞位，可以根据约定直接先后识别两个标签（二进制位上取值具有互斥性，非0即1）；若无碰撞，则直接识别单个标签，处理完后回跳到父节点，得到下一次查询命令Query所需的参数。5）重复进行请求与检测过程，直到查询栈中无查

6、询命令时结束。算法充分利用返回式搜索［7］和自适应二进制搜索的优点，并根据检测碰撞位是否连续动态生成多分支进行分治，只查询碰撞位的方法，减少了冗余，提高了系统效率。1.2基于布尔运算的双向认证安全协议布尔运算是计算机最简单、最擅长、最快速的运算，具有无可媲美的优势，布尔运算贯穿该策略。1）标签收到阅读器发出的命令数据，与ID编码进行布尔运算，命令数据与标签生成的随机数进行布尔运算［8］o2）在阅读器中根据先建立好的hsh函数的索引，然后解码在后台数据验证，采用索引布尔运算的思想查找ID,可提高验证速度。3）后台数据库采用布尔运算的结果更新

7、响应标签的记录。现有协议标签中门电路较多，成木过高；而且动态TD机制中标签与数据库更新不同步造成了安全隐患。本文利用布尔运算，提出一种新的认证协议一一基于布尔运算的低成本双向认证机制（如图1所示）。将IGsh模块放在阅读器中，标签上无需集成Hash函数模块，只需要异或门电路和随机数生成器，通过布尔异或运算加密保证RFID系统通信安全[9-10],简单可行，适宜于低成本电子标签。2内嵌安全机制的防碰撞策略1.1策略的基木思想RFID技术利用无线射频方式在阅读器和标签Z间进行非接触双向数据传输來达到目标识别与数据交换的目的，电子标签的二进制唯

8、一标识的ID可以构成一棵完全二叉树。而在阅读器作用范

9、韦

10、内同步响应阅读器信号的标签的1D构成一棵不完全二叉树。阅读器根据信号冲突的情况反复对二叉树的分枝进行裁剪，快捷安全地找出这棵二叉树的结