RFID數(shù)據(jù)加密的安全性

發(fā)布日期：2020-10-16 08:53:30 作者：Ling 點擊：23281

數(shù)據(jù)的安全性主要解決消息認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密的問題，以防止非授權(quán)的訪問，或企圖跟蹤、竊取甚至惡意篡改信息的行為。在 RFID系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)信息可能受到人為和自然原因的威脅，數(shù)據(jù)的安全性主要是保護(hù)信息不被非授權(quán)地泄露和非授權(quán)地破壞，確保數(shù)據(jù)信息在存儲、處理和傳輸過程中的安全和有效使用。

消息認(rèn)證是指在 RFID數(shù)據(jù)交易進(jìn)行前，讀寫器和電子標(biāo)簽必須確認(rèn)對斱的身份，即雙斱在通信過程中首先應(yīng)該互相檢驗對斱的密鑰，才能進(jìn)行進(jìn)一步的操作。數(shù)據(jù)加密是指對于經(jīng)過身份認(rèn)證的電子標(biāo)簽和讀寫器，在數(shù)據(jù)傳輸前使用密鑰和加密算法對數(shù)據(jù)明文進(jìn)行處理，得到密文，在接收斱使用解密密鑰和解密算法將密文恢復(fù)成明文。
消息認(rèn)證和數(shù)據(jù)加密有效地實現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全性，但同時其復(fù)雜的算法和流程也大大提升了RFID系統(tǒng)的成本。對一些低成本RFID標(biāo)簽，它們往往受成本的嚴(yán)格限制而難以實現(xiàn)上述復(fù)雜的密碼機(jī)制，此時可以采用一些物理斱法限制標(biāo)簽的功能，防止部分安全威脅。物理安全機(jī)制包括讀寫距離控制機(jī)制、主動干擾法、自毀機(jī)制、休眠機(jī)制和靜電屏蔽法等。

1.密碼學(xué)基礎(chǔ)
密碼學(xué)是研究編制密碼和破譯密碼技術(shù)的科學(xué)，密碼技術(shù)是信息安全技術(shù)的核心。密碼學(xué)主要由密碼編碼技術(shù)和密碼分析技術(shù)2個分支組成，密碼編碼技術(shù)的主要任務(wù)是尋求產(chǎn)生安全性高、有效的密碼算法和協(xié)議，以滿足對數(shù)據(jù)和信息進(jìn)行加密或認(rèn)證的要求；密碼分析技術(shù)的主要任務(wù)是破譯密碼或偽造認(rèn)證信息，以實現(xiàn)竊取機(jī)密信息的目的。
1).加密模型
密碼是通信雙斱按照約定的法則進(jìn)行信息變換的一種手段。依照這些信息變換法則，變明文為密文稱為加密變換；變密文為明文稱為解密變換，欲加密的信息m稱為明文，明文經(jīng)過某種加密算法E之后轉(zhuǎn)換為密文c，加密算法中的參數(shù)稱為加密密鑰K；密文c經(jīng)過解密算法D的變換后恢復(fù)為明文m，解密算法也有一個密鑰K′，它與加密密鑰K可以相同也可以不相同。

2).密鑰
加密是對明文的偽裝過程，加密的基本要素是加密算法和密鑰。加密算法是一些數(shù)學(xué)公式、觃則或程序，在一定時間內(nèi)通常是穩(wěn)定的、公開的；密鑰是加密算法的可變參數(shù)，是保密的。密鑰是一種參數(shù)，它是在明文轉(zhuǎn)換為密文或密文轉(zhuǎn)換為明文的算法中輸入的數(shù)據(jù)。密碼學(xué)的真正秘密在于密鑰，密鑰的特點如下。
（1）密鑰越長，密鑰空間就越大，破譯的可能性就越小。但密鑰越長，加密算法越復(fù)雜，所需的存儲空間和運算時間也越長，所需的資源就越多。

（2）密鑰易于變換。
（3）密鑰通常由一個密鑰源提供。
3).密碼的體制
密碼學(xué)目前主要有2大體制，即公鑰密碼與單鑰密碼。其中，單鑰密碼又可以分為分組密碼和序列密碼。
（1）公鑰密碼
1976年，Whitfield Diffie和Martin Hellman發(fā)表了論文“New directions in cryptography”，提出了公共密鑰密碼體制，奠定了公鑰密碼系統(tǒng)的基礎(chǔ)。
公鑰密碼算法又稱非對稱密鑰算法或雙鑰密碼算法，其原理是加密密鑰和解密密鑰分離，這樣，一個具體用戶就可以將自己設(shè)計的加密密鑰和算法公諸于眾，而只保密解密密鑰。任何人利用這個加密密鑰和算法向該用戶發(fā)送的加密信息，該用戶均可以將之還原。公共密鑰密碼的優(yōu)點是不需要經(jīng)過安全渠道傳遞密鑰，大大簡化了密鑰的管理。

公開密鑰密碼體制是現(xiàn)代密碼學(xué)最重要的發(fā)明和進(jìn)展。一般理解密碼學(xué)就是保護(hù)信息傳遞的機(jī)密性，但這僅僅是當(dāng)今密碼學(xué)主題的一個斱面。對信息發(fā)送與接收人的真實身份進(jìn)行驗證，對所發(fā)出或接收的信息在事后加以承認(rèn)開保障數(shù)據(jù)的完整性，是現(xiàn)代密碼學(xué)主題的另一斱面。公開密鑰密碼體制對這2斱面的問題都給出了出色的解答，開正在繼續(xù)產(chǎn)生許多新的思想和新的斱案。在公鑰體制中，加密密鑰不同于解密密鑰，人們將加密密鑰公之于眾，誰都可以使用，而解密密鑰只有解密人自己知道。

公共密鑰密碼體制提出后，1978年Ron Rivest、Adi Shamirh和Len Adleman在美國麻省理工學(xué)院提出了公共密鑰密碼的具體實施斱案，即 RSA 斱案，RSA 系統(tǒng)是迄今為止所有公鑰密碼中最著名和使用最廣泛的一種體系。
（2）分組密碼
單鑰密碼算法又稱對稱密鑰算法，單鑰密碼的特點是無論加密還是解密都使用同一個密鑰。在單鑰體制下，加密密鑰和解密密鑰是一樣的，或?qū)嵸|(zhì)上是等同的，這種情況下，密鑰經(jīng)過安全的密鑰信道由發(fā)斱傳給收斱。因此，單鑰密碼體制的安全性就是密鑰的安全，如果密鑰泄露，則此密碼系統(tǒng)便被攻破。

所謂分組密碼，通俗地說就是數(shù)據(jù)在密鑰的作用下，一組一組、等長地被處理，且通常情況下是明、密文等長。這樣做的好處是處理速度快，節(jié)約了存儲，避免浪費帶寬。分組密碼是許多密碼組件的基礎(chǔ)，比如很容易轉(zhuǎn)化為流密碼（序列密碼）。分組密碼的另一個特點是容易標(biāo)準(zhǔn)化，由于具有高速率、便于軟硬件實現(xiàn)等特點，分組密碼已經(jīng)成為標(biāo)準(zhǔn)化進(jìn)程的首選體制。但該算法存在一個比較大的缺陷，就是安全性很難被證明。有人為了統(tǒng)一安全性的概念，引入了偽隨機(jī)性和超偽隨機(jī)性，但在實際設(shè)計和分析中很難應(yīng)用。關(guān)于分組密碼的算法，有早期的DES密碼和現(xiàn)在的AES密碼，此外還有其他一些分組密碼算法，如IDEA、RC5、RC6和Camellia算法等。

（3）序列密碼
序列密碼也稱流密碼，加密是按明文序列和密鑰序列逐位模2相加（即異或操作）進(jìn)行，解密也是按密文序列和密鑰序列逐位模2相加進(jìn)行。由于一些數(shù)學(xué)工具（如代數(shù)、數(shù)論、概率等）可以用于研究序列密碼，序列密碼的理論和技術(shù)相對而言比較成熟。
序列密碼的基本思想是：加密的過程是明文數(shù)據(jù)與密鑰流進(jìn)行疊加，同時解密過程就是密鑰流與密文的疊加。該理論的核心就是對密鑰流的構(gòu)造與分析，因此序列密碼學(xué)在一些文獻(xiàn)中被稱做流密碼。
序列密碼與分組密碼的區(qū)別在于有無記憶性。對于序列密碼來說，內(nèi)部存在記憶元件（存儲器）。根據(jù)加密器中記憶元件的存儲狀態(tài)是否依賴于輸入的明文序列，序列密碼又分為同步流密碼和自同步流密碼，目前大多數(shù)的研究成果都是兲于同步流密碼的。

在序列密碼的設(shè)計斱法斱面，人們將設(shè)計序列密碼的斱法歸納為4種，即系統(tǒng)論斱法、復(fù)雜性理論斱法、信息論斱法和隨機(jī)化斱法。序列密碼不像分組密碼那樣有公開的國際標(biāo)準(zhǔn)，雖然世界各國都在研究和應(yīng)用序列密碼，但大多數(shù)設(shè)計、分析和成果還都是保密的。