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)的安全性主要用來(lái)保護(hù)信息不被非授權(quán)的泄露和非授權(quán)的破壞, 確保數(shù)據(jù)信息在存儲(chǔ)、處理和傳輸過(guò)程中的安全和有效使用。數(shù)據(jù)的安全性主要解決消息認(rèn)證和數(shù)據(jù)保密的問(wèn)題。消息認(rèn)證是指在RFID數(shù)據(jù)交易進(jìn)行前, 讀寫(xiě)器和電子標(biāo)簽必須確認(rèn)對(duì)方的身份, 即雙方在通信過(guò)程中首先應(yīng)該互相檢驗(yàn)對(duì)方的密鑰, 才能進(jìn)行進(jìn)一步的操作。數(shù)據(jù)加密是指經(jīng)過(guò)身份認(rèn)證的電子標(biāo)簽和讀寫(xiě)器, 在數(shù)據(jù)傳輸前使用密鑰和加密算法對(duì)數(shù)據(jù)明文進(jìn)行處理, 得到密文; 在接收方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(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)的安全性, 但同時(shí)其復(fù)雜的算法和流程也大大提高了RFID 系統(tǒng)的成本。對(duì)一些低成本標(biāo)簽, 它們往往受成本嚴(yán)格的限制而難以實(shí)現(xiàn)上述復(fù)雜的密碼機(jī)制, 此時(shí), 可以采用一些物理方法限制標(biāo)簽的功能, 防止部分安全威脅。物理安全機(jī)制包括讀寫(xiě)距離控制機(jī)制、主動(dòng)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的技術(shù)科學(xué)。密碼學(xué)主要由密碼編碼技術(shù)和密碼分析技術(shù)兩個(gè)分支組成, 密碼編碼技術(shù)的主要任務(wù)是尋求產(chǎn)生安全性高的有效密碼算法和協(xié)議, 以滿足對(duì)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(shí)現(xiàn)竊取機(jī)密信息的目的。密碼技術(shù)是信息安全技術(shù)的核心。
1. 加密模型
    密碼是通信雙方按照約定的法則進(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(chēng)為加密變換; 變密文為明文, 稱(chēng)為解密變換。加密模型如圖6. 7所示, 欲加密的信息m稱(chēng)為明文, 明文經(jīng)過(guò)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(chēng)為加密密鑰K; 密文經(jīng)過(guò)解密算法D的變換后恢復(fù)為明文, 解密算法也有一個(gè)密鑰K', 它與加密密鑰K可以相同也可以不同。
2. 密鑰
    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(diǎn)如下。
(1)密鑰越長(zhǎng), 密鑰空間就越大, 破譯的可能性就越小。但密鑰越長(zhǎng), 加密算法越復(fù)雜, 所需的存儲(chǔ)空間和運(yùn)算時(shí)間也越長(zhǎng), 所需的資源就越多。
(2)密鑰易于變換。
(3)密鑰通常由一個(gè)密鑰源提供。
3. 密碼的體制
    密碼學(xué)目前主要有兩大體制、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)。樣一個(gè)具體用戶就可以將自己設(shè)計(jì)的加密密鑰和算法公諸于眾, 而只保密解密密鑰。任何人利用公鑰密碼算法又稱(chēng)非對(duì)稱(chēng)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, 這個(gè)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(diǎn)是不需要經(jīng)過(guò)安全渠道傳遞密鑰, 大大簡(jiǎn)化了密鑰的管理。
    公開(kāi)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(gè)方面。對(duì)信息發(fā)送與接收人的真實(shí)身份進(jìn)行驗(yàn)證, 對(duì)所發(fā)出或接收的信息在事后加以承認(rèn)并保障數(shù)據(jù)的完整性, 是現(xiàn)代密碼學(xué)主題的另一方面。公開(kāi)密鑰密碼體制對(duì)這兩方面的問(wèn)題都給出了出色的解答, 并正在繼續(xù)產(chǎn)生許多新的思想和方案。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(shuí)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(guó)麻省理工學(xué)院提出了公共密鑰密碼的具體實(shí)施方案, 即 RSA 方案, 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(chēng)對(duì)稱(chēng)密鑰算法, 單鑰密碼的特點(diǎn)是無(wú)論加密還是解密都使用同一個(gè)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, 密鑰必須經(jīng)過(guò)安全的密鑰信道由發(fā)方傳給收方。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(shuō)就是數(shù)據(jù)在密鑰的作用下, 一組一組、等長(zhǎng)地被處理, 且通常情況下是明、密文等長(zhǎng)。這樣做的好處是處理速度快, 節(jié)約了存儲(chǔ)空間, 避免浪費(fèi)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(gè)特點(diǎn)是容易標(biāo)準(zhǔn)化, 由于具有速率高、便于軟硬件實(shí)現(xiàn)等特點(diǎn), 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(gè)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(shí)際設(shè)計(jì)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(chēng)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XOR)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)論和概率等)可以用于研究序列密碼, 序列密碼的理論和技術(shù)相對(duì)而言比較成熟。序列密碼的基本思想是:加密的過(guò)程是明文數(shù)據(jù)與密鑰流進(jìn)行疊加, 同時(shí), 解密過(guò)程就是密鑰流與密文的疊加。該理論的核心就是對(duì)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(chēng)為流密碼。
    序列密碼與分組密碼的區(qū)別在于有無(wú)記憶性。對(duì)于序列密碼來(lái)說(shuō), 內(nèi)部存在記憶元件(存儲(chǔ)器)。根據(jù)加密器中記憶元件的存儲(chǔ)狀態(tài)是否依賴于輸人的明文序列, 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)的研究成果都是關(guān)于同步流密碼的。

     在序列密碼的設(shè)計(jì)方法方面, 人們將設(shè)計(jì)序列密碼的方法歸納為4種, 即系統(tǒng)論方法、復(fù)雜性理論方法、信息論方法和隨機(jī)化方法。序列密碼不像分組密碼那樣有公開(kāi)的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn), 雖然世界各國(guó)都在研究和應(yīng)用序列密碼, 但大多數(shù)設(shè)計(jì)、分析和成果還都是保密的。