基於標籤物理指紋的可信射頻識別安全認證協定研究

《基於標籤物理指紋的可信射頻識別安全認證協定研究》是依託華中科技大學，由童喬凌擔任項目負責人的青年科學基金項目。

基本介紹

• 中文名：基於標籤物理指紋的可信射頻識別安全認證協定研究
• 項目類別：青年科學基金項目
• 項目負責人：童喬凌
• 依託單位：華中科技大學

中文摘要

可信射頻識別是繼可信計算、可信軟體、可信網路之後信息科學領域亟待大力研究的宏大課題，然而目前其研究在國際國內都還剛剛起步。晶片物理指紋提取技術是一項具有廣泛套用前景的技術，國際上已經有研究成果發表，但是未見套用於可信射頻識別領域。本項目基於標籤物理指紋的可信射頻識別安全認證協定研究，將明確可信射頻識別的科學定義以及可信功能模組的作用，建立可信射頻識別的系統架構以及保證電路實現的關鍵技術體系。項目分三個專題開展研究：（1）標籤的物理指紋提取機制（2）基於標籤物理指紋的可信射頻識別安全認證協定研究（3）基於貝葉斯方法的安全認證加速機制研究。本項目將初步構建可信射頻識別的理論框架，完善可信射頻識別的基本關鍵技術，特別是標籤的物理指紋提取技術、低成本的電路實現技術以及新的可信射頻識別安全認證協定，可以為我國組建射頻識別可信網路提供一定的理論依據和示範。

結題摘要

本項目的研究工作從標籤的物理不可克隆機制入手，利用半導體工藝的隨機性，通過設計物理指紋電路提取標籤晶片的物理特徵值，將其作為標籤獨一無二的物理指紋，從晶片物理層保證標籤的唯一性，為標籤晶片的可信建立硬體基礎。首先，基於SRAM實現物理不可克隆電路，由於電壓斜升、老化、特別是環境溫度等都會對基於SRAM-PUF的密鑰產生發生影響，為了提高SRAM-PUF的環境適應性以產生健壯的密鑰，提出了權重參考補償算法以抵消環境溫度和電壓斜升的影響，使SRAM-PUF的穩定性提高了近10%。其次，在Xilinx Virtex-II Pro XC2VP30的FPGA開發平台上對基於環形振盪器的物理不可克隆電路進行設計，利用環形振盪器在製造過程中的一些不可避免的工藝因素，生成多個特有的、不可預測的密鑰，這些密鑰以激勵-回響對的形式只有在上電時才同時存在，很好地解決了傳統密碼學的密鑰存儲的問題。採用密鑰模糊提取，有效地解決了基於環形振盪器的物理不可克隆電路穩定性和隨機性不理想的問題。 在提取標籤物理指紋的基礎上，研究相應的安全認證機制，建立整個RFID系統的可信。針對標籤、閱讀器和後端伺服器之間的三方安全認證協定開展研究，利用標籤物理指紋電路和可信閱讀器具有的硬體安全優勢，探索輕量級的安全認證協定的實現方法。本項目提出的協定利用可信閱讀器的完整性度量值作為閱讀器的身份標識，可以有效避免攻擊者在閱讀器端載入惡意程式或非法竊取閱讀器的核心數據；利用標籤的物理指紋電路生成密鑰，通過和可信閱讀器同步密鑰的方式完成互動認證，可以避免重放攻擊、物理攻擊、拒絕服務攻擊和竊聽攻擊等攻擊方式，從而達到保護標籤使用者的安全和隱私的目的。 安全認證協定將為RFID系統帶來極大的通信負擔，為了增強協定的可擴展性，提高系統吞吐率，最後本項目研究了認證的加速機制，提出一種基於貝葉斯估計的動態幀時隙ALOHA算法，通過減少閱讀器同步標籤時產生的碰撞，增加系統吞吐率，提高標籤的認證識別速度。 在本項目的資助下，發表論文17篇，其中SCI 收錄8篇，EI 收錄4篇。申請發明專利1項，培養碩士研究生9名。