RFID的安全層次分析及安全解決方案
1、RFID的安全與隱私技術(shù)
     RFID技術(shù)中的數(shù)據(jù)安全和個(gè)人隱私問題日益突出，成為阻礙其進(jìn)一步發(fā)展的“瓶頸”。解決該問題需要有切實(shí)可行的綜合技術(shù)解決方案和完善的法規(guī)、政策解決方案?？刹扇〉募夹g(shù)解決方案包括殺死標(biāo)簽、法拉第網(wǎng)罩、主動(dòng)干擾、阻止標(biāo)簽、哈希（Hash）鎖、隨機(jī)Hash鎖、Hash鏈、重加密等。目前，找到一個(gè)既能保護(hù)用戶隱私和數(shù)據(jù)安全，又能維持低成本的解決方案非常重要。不僅如此，還需要有完善的RFID安全與隱私保護(hù)法規(guī)、政策的配合。
     RFID的安全和隱私保護(hù)與成本之間是相互制約的。優(yōu)秀的RFID安全技術(shù)解決方案應(yīng)該是平衡安全、隱私保護(hù)與成本的最佳方案。根據(jù)自動(dòng)識(shí)別（Auto-ID）中心的試驗(yàn)數(shù)據(jù)，在設(shè)計(jì)5美分標(biāo)簽時(shí)，集成電路芯片的成本不應(yīng)該超過2美分，這使得集成電路門電路數(shù)量限制在了7.5～15KB。一個(gè)96bit的EPC芯片約需要5～10KB的門電路，因此用于安全和隱私保護(hù)的門電路數(shù)量不能超過2.5～5KB，這使得現(xiàn)有密碼技術(shù)難以應(yīng)用。
現(xiàn)有的RFID的安全和隱私技術(shù)可以分為兩大類：一類是通過物理方法阻止標(biāo)簽與讀寫器之間的通信；另一類是通過邏輯方法增加標(biāo)簽安全機(jī)制。隨著RFID安全與隱私問題的日益凸現(xiàn)，國內(nèi)外的研究人員都在積極尋求各種可能的解決方案。下面著重介紹一些RFID安全和隱私保護(hù)的核心技術(shù)與對策。1.物理方法
1）殺死（Kill）標(biāo)簽
      Auto-ID中心提出的RFID標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)模式中包含有“Kill”命令，其原理是使標(biāo)簽喪失功能，從而阻止對標(biāo)簽及其攜帶物的跟蹤。執(zhí)行“Kill”命令后，標(biāo)簽的所有功能都將被永久關(guān)閉并且無法被再次激活，如在超市買單時(shí)的處理。但是“Kill”命令也使標(biāo)簽失去了它本身應(yīng)有的優(yōu)點(diǎn)，如商品在賣出后，標(biāo)簽上的信息將不再可用，不便于日后的售后服務(wù)以及用戶對產(chǎn)品信息的進(jìn)一步了解，另外，若Kill識(shí)別序列號(hào)（PIN）一旦泄露，可能導(dǎo)致惡意者對超市商品的偷盜。雖然消費(fèi)者可以在購買產(chǎn)品后執(zhí)行這個(gè)“Kill”命令使標(biāo)簽失效，從而消除了消費(fèi)者在隱私方面的顧慮，但是這種方法限制了RFID標(biāo)簽的進(jìn)一步應(yīng)用，如產(chǎn)品的售后服務(wù)、廢品的回收等。
2）法拉第網(wǎng)罩（Faraday Cage）
    法拉第網(wǎng)罩也稱電磁屏蔽（Faraday Cage）。根據(jù)電磁場理論，由傳導(dǎo)材料構(gòu)成的容器（如法拉第網(wǎng)罩）可以屏蔽無線電波，使得外部的無線電信號(hào)不能進(jìn)入其內(nèi)，反之亦然，把RFID標(biāo)簽置于由金屬網(wǎng)或金屬薄片制成的容器中，無線電信號(hào)將被屏蔽，從而使讀寫器無法讀取標(biāo)簽信息，標(biāo)簽也無法向讀寫器發(fā)送信息。因此，利用法拉第網(wǎng)罩可以阻止隱私侵犯者掃描標(biāo)簽獲取信息。例如，當(dāng)貨幣嵌入RFID標(biāo)簽后，可利用法拉第網(wǎng)罩原理阻止隱隱私侵犯者掃描，避免他人知道你包里有多少錢。顧客也可以將自己的私人物品放在有這種屏蔽功能的手提袋中，從而可防止非法讀寫器的侵犯，但是在很多應(yīng)用領(lǐng)域中，這種安全措施是不可行的，如衣服上的RFID標(biāo)簽無法用金屬網(wǎng)屏蔽。
3）主動(dòng)干擾
     主動(dòng)干擾也稱有源干擾（Active Jamming）。主動(dòng)干擾無線電信號(hào)是另一種保護(hù)RFID標(biāo)簽被非法讀寫器讀寫的物理手段。能主動(dòng)發(fā)出無線電干擾信號(hào)的設(shè)備可以使附近RFID系統(tǒng)的讀寫器無法正常工作，從而達(dá)到保護(hù)隱私的目的，但是這種方法在大多數(shù)情況下是違法的，它會(huì)給不要求隱私保護(hù)的合法系統(tǒng)帶來嚴(yán)重的破壞，也有可能影響其他無線通信。
4）阻塞器標(biāo)簽（Blocker Tag）
       RSA安全公司提出的阻塞器標(biāo)簽是一種特殊的電子標(biāo)簽。當(dāng)一個(gè)讀寫器詢問某一個(gè)標(biāo)簽時(shí)，即使所詢問的物品并不存在，阻塞器標(biāo)簽也將返回物品存在的信息，這樣就可防止RFID讀寫器讀取顧客的隱私信息。另外，通過設(shè)置標(biāo)簽的區(qū)域，阻塞器標(biāo)簽可以有選擇性地阻塞那些被設(shè)定為隱私狀態(tài)的標(biāo)簽，從而不影響那些被設(shè)定為公共狀態(tài)的標(biāo)簽的正常工作。例如，商品在未被購買之前，其標(biāo)簽設(shè)定為公共狀態(tài)，商家的讀寫器可以讀取標(biāo)簽信息；而商品一經(jīng)出售，標(biāo)簽就被設(shè)定為隱私狀態(tài)，阻塞器標(biāo)簽會(huì)保證顧客的物品信息不能被任何讀寫器再讀取。這項(xiàng)技術(shù)的缺點(diǎn)在于顧客必須持有阻塞器標(biāo)簽才能保證隱私不被侵犯，這給顧客帶來了額外的負(fù)擔(dān)。為了解決這個(gè)問題，該公司又提出了另一種相近的解決方法，即軟阻塞器，它用于顧客購買商品后，更新隱私信息并通知讀寫器不要讀取該信息。
5）可分離的RFID標(biāo)簽
     利用RFID標(biāo)簽物理結(jié)構(gòu)上的特點(diǎn)，IBM推出了可分離的RFID標(biāo)簽。它的基本設(shè)計(jì)理念是使無源標(biāo)簽上的天線和芯片可以方便地拆分。這種可分離的設(shè)計(jì)可以使消費(fèi)者改變電子標(biāo)簽的天線長度從而極大地縮短標(biāo)簽的讀取距離。如果使用手持的閱讀設(shè)備，幾乎要緊貼標(biāo)簽才可以讀取得到信息，因此沒有顧客本人的許可，閱讀設(shè)備便不可能通過遠(yuǎn)程隱蔽獲取信息?？s短天線后的標(biāo)簽本身還是可以運(yùn)行的，這樣就方便了貨物的售后服務(wù)和產(chǎn)品退貨時(shí)的識(shí)別。設(shè)計(jì)者稱這個(gè)設(shè)計(jì)可以為客戶消除隱私顧慮，同時(shí)也保證了制造廠家與商家的利益，但是可分離標(biāo)簽的制作成本還比較高，標(biāo)簽制造的可行性也有待進(jìn)一步的討論。

2.邏輯方法
下面簡要地介紹五種邏輯方法。
1）哈希（Hash）鎖方案（Hash Lock）
     Hash鎖是一種更完善的抵制標(biāo)簽未授權(quán)訪問的安全與隱私技術(shù)。整個(gè)方案只需要采用Hash散列函數(shù)（Hash Function）給RFID標(biāo)簽加鎖。當(dāng)標(biāo)簽處于“封鎖”狀態(tài)時(shí)，它將拒絕顯示電子編碼信息，只返回使用散列函數(shù)產(chǎn)生的散列值，只有發(fā)送正確的密鑰或電子編碼信息，標(biāo)簽才會(huì)在利用散列函數(shù)確認(rèn)后解鎖。這種方法的技術(shù)成本包括標(biāo)簽中散列函數(shù)的實(shí)現(xiàn)和后端數(shù)據(jù)庫里的密鑰管理。由于這種方法較為直接和經(jīng)濟(jì)，所以它受到了研究人員的普遍關(guān)注，并且其各種改進(jìn)算法紛紛出現(xiàn)。例如，通過引入隨機(jī)數(shù)生成器，meta-ID的非法跟蹤問題得到了初步解決。
采用Hash鎖方法控制標(biāo)簽（如圖6-10所示）的讀取訪問，其工作機(jī)制如下：
鎖定標(biāo)簽：對于唯一標(biāo)志號(hào)為ID的標(biāo)簽，首先讀寫器隨機(jī)產(chǎn)生該標(biāo)簽的Key，計(jì)算metaID=Hash（Key），將metaID發(fā)送給標(biāo)簽；然后由標(biāo)簽將metaID存儲(chǔ)下來，進(jìn)入鎖定狀態(tài)；最后讀寫器將（metaID，Key，ID）存儲(chǔ)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，并以metaID為索引。
解鎖標(biāo)簽：讀寫器詢問標(biāo)簽時(shí)，標(biāo)簽回答metaID；然后讀寫器查詢后臺(tái)數(shù)據(jù)庫，找到對應(yīng)的（metaID，Key，ID）記錄，再將該Key值發(fā)送給標(biāo)簽；標(biāo)簽收到Key值后，計(jì)算Hash（Key）值，并與自身存儲(chǔ)的metaID值比較，若Hash（Key）=metaID，則標(biāo)簽將其ID發(fā)送給讀寫器，這時(shí)標(biāo)簽進(jìn)入已解鎖狀態(tài)，并為附近的讀寫器開放所有的功能。
該方法的優(yōu)點(diǎn)：由于解密單向Hash函數(shù)是較困難的，所以該方法可以阻止未授權(quán)的讀寫器讀取標(biāo)簽信息數(shù)據(jù)，這在一定程度上為標(biāo)簽提供了隱私保護(hù)；該方法只需在標(biāo)簽上實(shí)現(xiàn)一個(gè)Hash函數(shù)的計(jì)算，以及增加存儲(chǔ)metaID值，因此在低成本的標(biāo)簽上容易實(shí)現(xiàn)。
該方法的缺點(diǎn)：由于每次詢問時(shí)標(biāo)簽回答的數(shù)據(jù)是特定的，所以它不能防止位置跟蹤攻擊；讀寫器和標(biāo)簽間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)未經(jīng)加密，竊聽者可以輕易地獲得標(biāo)簽Key和ID值。
2）隨機(jī)Hash鎖（Random Hash Lock）
     盡管Hash函數(shù)可以在低成本的情況下完成，但要集成隨機(jī)數(shù)發(fā)生器到計(jì)算能力有限的低成本被動(dòng)標(biāo)簽上卻是很困難的。另外，隨機(jī)Hash鎖僅解決了標(biāo)簽位置隱私問題，而一旦標(biāo)簽的秘密信息被截獲，隱私侵犯者便可以獲得訪問控制權(quán)，并通過信息回溯得到標(biāo)簽歷史記錄，推斷標(biāo)簽持有者的隱私。再者，后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫的解碼操作是通過窮舉搜索進(jìn)行的，需要對所有的標(biāo)簽進(jìn)行窮舉搜索和Hash函數(shù)計(jì)算，因此存在拒絕服務(wù)攻擊。
為了解決Hash鎖中位置跟蹤的問題，對Hash鎖方法加以改進(jìn)，即采用隨機(jī)Hash鎖方法。
     作為Hash鎖的擴(kuò)展，隨機(jī)Hash鎖解決了標(biāo)簽位置隱私問題。采用隨機(jī)Hash鎖方案，讀寫器每次訪問標(biāo)簽的輸出信息都不同。
     隨機(jī)Hash鎖的原理是：標(biāo)簽包含Hash函數(shù)和隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)所有標(biāo)簽ID；讀寫器請求訪問標(biāo)簽，標(biāo)簽接收到訪問請求后，由Hash函數(shù)計(jì)算標(biāo)簽ID與隨機(jī)數(shù)r（由隨機(jī)數(shù)發(fā)生器生成）的Hash值；標(biāo)簽再發(fā)送數(shù)據(jù)給請求的讀寫器，同時(shí)讀寫器將其發(fā)送給后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫，后臺(tái)服務(wù)器數(shù)據(jù)庫窮舉搜索所有標(biāo)簽ID和r的Hash值，判斷是否為對應(yīng)標(biāo)簽ID；標(biāo)標(biāo)簽接收到讀寫器發(fā)送的ID后解鎖。
      這里首先引入一個(gè)字符串連接符號(hào)“||”，如標(biāo)簽ID和隨機(jī)數(shù)R的連接即可表示為“ID||R”，然后將數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的各個(gè)標(biāo)簽的ID值設(shè)為IDl，ID2，IDk，…，IDn。
鎖定標(biāo)簽：通過向未鎖定的標(biāo)簽發(fā)送簡單的鎖定指令，即可鎖定該標(biāo)簽。
解鎖標(biāo)簽：讀寫器向標(biāo)簽ID發(fā)出詢問，標(biāo)簽產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)數(shù)R，計(jì)算Hash（ID||R），并將（R，Hash（ID||R））數(shù)據(jù)對傳送給讀寫器；讀寫器收到數(shù)據(jù)對后，從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中取到所有的標(biāo)簽ID值，分別計(jì)算各個(gè)Hash（ID||R）值，并與收到的Hash（ID||R）比較，若Hash（IDk||R）=Hash（ID||R），則向標(biāo)簽發(fā)送IDk；若標(biāo)簽接收到的IDk=ID，此時(shí)標(biāo)簽即被解鎖，在該方法中，標(biāo)簽每次的回答都是隨機(jī)的，因此可以防止依據(jù)特定輸出而進(jìn)行位置跟蹤攻擊。但是該方法也有一定的缺陷：讀寫器需要搜索所有標(biāo)簽ID，并為每一個(gè)標(biāo)簽計(jì)算Hash（IDk||R），因此標(biāo)簽數(shù)目很多時(shí)，系統(tǒng)延時(shí)會(huì)很長，效率并不高；隨機(jī)Hash鎖不具備前向安全性，若敵人獲得了標(biāo)簽ID值，則可根據(jù)R值計(jì)算出Hash（ID||R）值，因此可追蹤到標(biāo)簽歷史位置信息。
3）Hash鏈（Hash Chain）
    Hash鏈?zhǔn)荋ash方法的一個(gè)發(fā)展，為了解決可跟蹤問題，標(biāo)簽使用了一個(gè)Hash函數(shù)在每次讀寫器訪問后自動(dòng)更新標(biāo)識(shí)符，以保證前向安全性。
    Hash鏈原理是標(biāo)簽最初在存儲(chǔ)器設(shè)置一個(gè)隨機(jī)的初始化標(biāo)識(shí)符s1，同時(shí)這個(gè)標(biāo)識(shí)符也儲(chǔ)存在后臺(tái)數(shù)據(jù)庫。標(biāo)簽包含兩個(gè)Hash函數(shù)G和H。當(dāng)讀寫器請求訪問標(biāo)簽時(shí)，標(biāo)簽返回當(dāng)前標(biāo)簽標(biāo)識(shí)符rk=G（sk）給讀寫器，同時(shí)當(dāng)標(biāo)簽從讀寫器電磁場獲得能量時(shí)自動(dòng)更新標(biāo)識(shí)標(biāo)識(shí)符sk+1=H（sk）。
與之前的Hash方案相比，Hash鏈的主要優(yōu)點(diǎn)是提供了前向安全性，然而它并不能阻止重放攻擊，并且該方案每次識(shí)別時(shí)需要進(jìn)行窮舉搜索，比較后臺(tái)數(shù)據(jù)庫每個(gè)標(biāo)簽，一旦標(biāo)簽規(guī)模擴(kuò)大，后端服務(wù)器的計(jì)算負(fù)擔(dān)將急劇增大，因此Hash鏈方案存在著所有標(biāo)簽自更新標(biāo)識(shí)符方案的通用缺點(diǎn)，即難以大規(guī)模擴(kuò)展；同時(shí)，因?yàn)樾枰F舉搜索，所以它存在拒絕服務(wù)攻擊。
   NTT實(shí)驗(yàn)室提出了一個(gè)Hash鏈方法，可保證前向安全性，其工作機(jī)制如下。
鎖定標(biāo)簽：對于標(biāo)簽ID，讀寫器隨機(jī)選取一個(gè)數(shù)Sl發(fā)送給標(biāo)簽，并將（ID，S1）存儲(chǔ)到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫中，標(biāo)簽存儲(chǔ)接收到Sl后便進(jìn)入鎖定狀態(tài)。
解鎖標(biāo)簽：在第 i 次事務(wù)交換中，讀寫器向標(biāo)簽發(fā)出詢問消息，標(biāo)簽回答 ai =G（Sj），并更新 Si+l =H（si），其中 G和 H為單向 Hash函數(shù)，如圖 6-11所示。讀寫器接收到 ai后，搜索數(shù)據(jù)庫中所有的（ID，S1）數(shù)據(jù)對，并為每個(gè)標(biāo)簽計(jì)算ai =G（H（sj）），比較是否等于ai，若相等，則返回相應(yīng)ID。
該方法的優(yōu)點(diǎn)：具有不可分辨性，因?yàn)镚是單向Hash函數(shù)，外人獲得ai值不能推算出Si值，當(dāng)外人觀察標(biāo)簽輸出時(shí)，G輸出的是隨機(jī)數(shù)，所以不能將ai和ai+l聯(lián)系起來；具有前向安全性，因?yàn)镠是單向Hash函數(shù)，即使竊取了Si+1值，也無法推算出Si值，所以無法獲得標(biāo)簽歷史活動(dòng)信息。
該方法的缺點(diǎn)：需要為每一個(gè)標(biāo)簽計(jì)算=G（Hi（s1）），假設(shè)數(shù)據(jù)庫中存儲(chǔ)的標(biāo)簽個(gè)數(shù)為N，則需進(jìn)行N個(gè)記錄搜索，2N個(gè)Hash函數(shù)計(jì)算，N次比較，其計(jì)算和比較量較大，不適合標(biāo)簽數(shù)目較多的情況。
4）匿名ID方案
     匿名ID也稱臨時(shí)地址（Temporary change of ID）。采用匿名ID，隱私侵犯者即使在消息傳遞過程中截獲標(biāo)簽信息也不能獲得標(biāo)簽的真實(shí)ID。該方案通過第三方數(shù)據(jù)加密裝置采用公鑰加密、私鑰加密或者添加隨機(jī)數(shù)生成匿名標(biāo)簽ID。雖然標(biāo)簽信息只需要采用隨機(jī)讀取存儲(chǔ)器（RAM）存儲(chǔ)，成本較低，但數(shù)據(jù)加密裝置與高級(jí)加密算法都將導(dǎo)致系統(tǒng)的成本增加。因標(biāo)簽ID加密以后仍具有固定輸出，所以使得標(biāo)簽的跟蹤成為可能，存在標(biāo)簽位置隱私問題。并且該方案的實(shí)施前提是讀寫器與后臺(tái)服務(wù)器的通信建立在可信通道上。
這個(gè)解決方案可以讓顧客暫時(shí)更改標(biāo)簽ID。當(dāng)標(biāo)簽處于公共狀態(tài)時(shí)，存儲(chǔ)在芯片ROM里的ID可以被讀寫器讀取。當(dāng)顧客想要隱藏ID信息時(shí)，可以在芯片的RAM中輸入一個(gè)臨時(shí)ID。當(dāng)RAM中有臨時(shí)ID時(shí)，標(biāo)簽會(huì)利用這個(gè)臨時(shí)ID回復(fù)讀寫器的詢問。只有把RAM重置，標(biāo)簽才顯示它的真實(shí)ID。這個(gè)方法會(huì)給顧客使用RFID標(biāo)簽帶來額外的負(fù)擔(dān)，同時(shí)臨時(shí)ID的更改也存在潛在的安全問題。
5）重加密方案通用重加密（Universal re-encryption）
      該方案采用的是公鑰加密。標(biāo)簽可以在用戶請求下通過第三方數(shù)據(jù)加密裝置定期對標(biāo)簽數(shù)據(jù)進(jìn)行重寫，因采用公鑰加密，大量的計(jì)算負(fù)載超出了標(biāo)簽的能力，所以通常這個(gè)過程由讀寫器來處理。該方案存在的最大缺陷是標(biāo)簽的數(shù)據(jù)必須經(jīng)常重寫，否則即使加密標(biāo)簽ID固定的輸出也將導(dǎo)致標(biāo)簽定位隱私泄露。與匿名ID方案相似，標(biāo)簽數(shù)據(jù)加密裝置與公鑰加密將導(dǎo)致系統(tǒng)成本的增加，使得大規(guī)模的應(yīng)用受到限制，并且經(jīng)常地重復(fù)加密操作也會(huì)給實(shí)際操作帶來困難。
      為了防止RFID標(biāo)簽與讀寫器之間的通信被非法監(jiān)聽，P.Golle等人設(shè)計(jì)出一種通用重加密的方法。它通過公鑰密碼體制實(shí)現(xiàn)重加密（即對已加密的信息進(jìn)行周期性再加密）。這樣，由于標(biāo)簽和讀寫器間傳遞的加密ID信息變化很快，從而使得標(biāo)簽電子編碼信息很難被盜取，非法跟蹤也很難實(shí)現(xiàn)。3.法規(guī)、政策解決方案
     除了技術(shù)解決方案外，RFID的安全與隱私保護(hù)還需要非技術(shù)層面的安全策略，以及充分制定完善的法規(guī)、政策。為此，很多政府都在積極地制定與RFID安全相關(guān)的法律法規(guī)。2009年10月15日，美國加利福尼亞州州長阿諾德·施瓦辛格簽署了一項(xiàng)新法案。該法案規(guī)定：“未經(jīng)所有者允許就讀取其在RFID標(biāo)簽上存儲(chǔ)的個(gè)人信息是違法行為?！蔽ㄒ豢梢岳獾氖牵讷@得授權(quán)的情況下，緊急醫(yī)療工作者和執(zhí)法人員可以在得不到答復(fù)時(shí)掃描RFID標(biāo)簽，以輔助緊急醫(yī)療和調(diào)查犯罪。利用法律的威懾力來解決RFID數(shù)據(jù)的安全問題是一種最有力的策略，即使技術(shù)方面有些缺陷，但那些企圖竊取RFID商業(yè)與個(gè)人信息的人是不敢越“法律”半點(diǎn)“雷池”的。
有關(guān)RFID的權(quán)利法案提出了RFID系統(tǒng)創(chuàng)建和部署的五大指導(dǎo)原則，即RFID標(biāo)簽產(chǎn)品的用戶具有如下權(quán)利：
（1）有權(quán)知道產(chǎn)品是否包含RFID標(biāo)簽；
（2）有權(quán)在購買產(chǎn)品時(shí)移除、失效或摧毀嵌入的RFID標(biāo)簽；
（3）有權(quán)對RFID做最好的選擇，如果消費(fèi)者決定不選擇RFID或啟用RFID的Kill功能，消費(fèi)者不應(yīng)喪失其他權(quán)利；
（4）有權(quán)知道他們的RFID標(biāo)簽內(nèi)存儲(chǔ)著什么信息，如果信息不正確，則有方法進(jìn)行糾正或修改；
（5）有權(quán)知道何時(shí)、何地、為什么RFID標(biāo)簽被閱讀。