2024年8月26日发(作者：靖光济)
第２０卷
第２期
Ｖｏｌ＿２０ Ｎｏ．２
电子设计工程
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１２年１月
Ｊａｎ．２０１２
基于ＥＰＣ标准的认证及所有权转移协议
尹平 ，李群祖
（１．西北工业大学计算机学院，陕西西安７１０１２９；２．解放军９３９２６部队新疆和田８４８０００）
摘要：针对现有的ＥＰＣ协议的弱点，提出一种基于ＥＰＣ标准的认证及所有权转移协议。该协议可以通过较低的成本
实现隐私保护、匿名通信、完整性检验、所有权转移等特点。分析发现，该协议可以有效抵御跟踪、重发、克隆、假冒、离
线字典等多种攻击方式
关键词：ＲＦＩＤ；ＥＰＣ；认证；所有权转移；协议；低成本
中图分类号：ＴＮ９１８．０５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）０２—００３８—０４
Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＰＣ ｓｔａｎｄａｒｄ
ＹＩＮ Ｐｉｎｇ 。ＬＩ Ｑｕｎ—ＺＵ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１０１２９，Ｃｈｉｎａ；
２．ＰＬＡ ９３９２６ Ｕｎｉｔ，Ｈｅｔｉａｎ ８４８０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｗｅａｋｎｅｓｓ ｏｆｐｒｅｓｅｎｔ ＥＰＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ａ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＰＣ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｐｒｉｖａｃｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，
ａｎｏｎｙｍｏｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐｒｏｔｏｃｏ１．
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｃａｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｔｌｙ ｗｉｔｈｓｔａｎｄ ｔｒａｃｅ，ｒｅｐｌａｙ，ｃｌｏｎｅ，ｉｍｉｔａｔｉｏｎ，ｏｆｆ－ｌｉｎｅ ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ａｔｔａｃｋｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；ＥＰＣ；ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ；ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｌｏｗ ｃｏｓｔ
射频识别技术（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）的基本原 Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）电路和ＬＦＳＲ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）电路来
理是利用空间电磁波进行通信，以达到自动识别识对象，获
取相关信息的目的。
ＲＦＩＤ技术优点明显，可以应用于众多领域。在物联网领
域中，ＲＦＩＤ是一项关键技术。当前，ＲＦＩＤ安全认证协议是很
多从业人士研究重点【１－２１。
实现。完整的协议流程分初始化、标签认证、秘密更新、所有
权转移４个阶段。
表１协议所用参数
Ｔａｂ．１ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ
参数 描述
ＥＰＣｓ ９６位的ＥＰＣ码分成６段，互相异或操作形成的１６位数码
１ ＥＰＣ标准及相关协议
ＥＰＣ ｇｌｏｂａｌ是欧洲和美国联合推出的一种面对ＲＦＩＤ行
业的标准口１。该标准规定的标签是低成本的。计算能力有限［４１，
标签无法从硬件方面实现Ｈａｓｈ函数等常用的安全机制。
Ｓ ， Ｓ一数据库存储的旧的／新的动态索引
， 数据库存储的旧的／新的接入密码
ＳＫＬ
ＳＫＮ
ＳＫｉ
ＩＤＳ
数据库存储的上一个用户的私人密钥，ｌａｇ＝０时有效 ｆ
数据库存储的当前用户的私人密钥，ｆｌａｇ＝１时有效
标签存储的私人密钥
标签的动态索引
标签的接人密码
ＥＰＣ￣ｏｂａｌ提出的标准协议［５１。具有明显的安全漏洞。诸
多相关人士针对其安全方面的不足提出安全有效的双向认
证协议［６１。ｃｈｅｎ等人提出一种基于ＥＰＣ Ｃ１Ｇ２标准的双向认
月，ｚ） 阅读器的皿ｌ
证协议 。该方式在认证过程中使用ＣＲＣ机制对ＥＰＣ码进行
保护。但是，Ｃｈｅｎ的协议效率较低．且存在阅读器假冒等问
题。Ｙｅｈ等人［８１的协议里设定了一个动态索引增加数据库查
找速率。相对Ｃｈｅｎ的协议，Ｙｅｈ提出的协议在工作效率方面
ｌｆｇ ａ标志位。用于判断标签和数据库的私人密钥更新同步情况
阅读器产生的随机数
标签产生的随机数
Ｉｎｆｏ（Ｔ） 标签的其他信息，存储在数据库中
有了显著的提高，但是相应的安全问题也随之而来［９１。
，
数的左半边，右半边
轻量级加密函数Ｆ的函数值，ｍ是参数
异或操作
旧的标签拥有者
新的标签拥有者
２提出的协议
提出的协议增设了动态索引ＩＤＳ和私人密钥ＳＫ。文中使
用的轻量级的加密函数Ｆ可以通过ＰＵＰｌｏ］（ＰｈｙｓｉｃａｌＵｎｃｌｏｎａｂｌｅ
收稿日期：２０１１－１２—０４
－
Ｆ（ｍ）
①
Ａ
口
稿件编号：２０１１１２０１５
作者简介：尹平（１９８２一），男，四川南充人，硕士，助理工程师。研究方向：网络与信息安全。
３８－
尹平．等 基于ＥＰＣ标准的认证及所有权转移协议
２．１初始化阶段
初始化设置时，生产商使用Ｋｏ、ＩＤＳ０和ＳＫｏ这３个随机
选取的秘密值，把这些值写入标签Ｋｉ＝Ｋｏ，ＩＤＳ ＝ＩＤＳｏ，ＳＫ ＝ＳＫｏ。
数据库中也存储相应的信息 ＝ＩＤＳｎ￣＝ＩＤＳｏ， 瑚 ＝Ｋｏ，
ＳＫＮ＝ＳＫ￣－ＳＫｏ。
２．２标签认证阶段
标签认证过程如图ｌ所示。
后嫱数据库
阅读器
标签
ＥＰＣ，，Ｋ ＩＤＳｏ ＩＤＳ
ＳＫ，，，ＳＫ，，ＲＩＤ，ＤＡＴＡ
肋
ＥＰＣ，，墨，ＩＤＳ ，ＳＫ。
检验ｍＤ是否一致
查找索引ＩＤＳ ＝ＩＤＳ，．。
或者Ｉ
ＤＳ，？
检验ｆｌ
ＩＤＳ
ａｇ
。
肛叩蛔帮算 Ｐｃ ）ａ
若ｆｌａｇ＝ｌ
・
Ｍ Ｆ幢Ｐｃ搴６ｘＩ嘲 Ｒ
蝇，蝇，Ｍ，，ＩＤＳ
妁童ｔ
，
Ｍ ＩＩ￣３，
若ｆＪａｇ＝Ｏ
冠，ＲＩＤ
鸠市（田５筒；ｌ
ＭＬ－ 值Ｐｃ Ｋ 觚）０
或者
Ｍ咔（ＥＰｃ郎 豫舟日）ｔ
Ｐ－，ｏｌｄ或Ｐｆｉｆｎｅｗ
标签验证完成，是否需要秘密更新
图１认证过程图
Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ
１）阅读器生成随机数 ，发送给标签。
２）标签收到随机数‰，随后生成随机数Ｒ 标签计算：
ＥＰＣｘ＝ＥＰＣｓ（￣ＳＫｉ （１）
Ｍ１＝Ｆ（ ①Ｒｒ①ＥＰＣｘ） （２）
Ｍ２＝ＫＩ④Ｒｒ （３）
Ｍ３＝Ｆ（ＩＤＳｆ０Ｋｉ） （４）
标签把（Ｍ－， ，Ｍ３，ＩＤＳ，）发送给阅读器。
３）阅读器收到数据后，把（ ， ，鸭，ＩＤＳｉ，ＲＲ，ＲＩＤ）发送
给后端数据库。
４）后端数据库收到后，首先检验ＲＩＤ是否和数据库内
的ＲＩＤ一致。如果一致，说明阅读器是合法的。数据库通过动
态索引ＩＤＳＩ来查找对应的Ｋ和ＥＰＣｓ。数据库的索引值存在
ＩＤＳ￣＝ 或者ＩＤＳ ＤＳ 两种情况。数据库根据动态索引
ＩＤＳｅ找到相应的ＥＰＣｓ和接入密码Ｋｖ（Ｐ＝－ｏｌｄ或者Ｐ＝ｎｅｗ）。
数据库找到ＥＰＣｓ后，检查其标志位 。如果 ｑｇ＝１，说
明后端数据库和标签的私人密钥更新情况一致，即ＳＫＮ＝ＳＫｉ。
数据库用ＳＫＮ对标签进行验证。如果ｆｌｏ￣ｏ＝ｏ，数据库分别用
ＳＫＮ和ＳＫＬ对标签进行验证：
Ｍ，＝Ｆ（ＥＰＣｓＯ Ｒ ０ ④Ｋｅ）０ （５）
或者ＭＩ＝Ｆ（ＥＰＣｓＧＳＫＬＧＲｒＯＭ２（￣Ｋｅ）① （６）
如果上述两个等式都不成立，说明标签是非法的．进行
错误处理。如果ｆｌａｇ＝Ｏ时，等式（５）成立，说明后端数据库未
收到标签私人密钥更新成功的通知，数据库把ｆｌａｇ置１：如果
等式（６）成立，说明后端数据库与标签的私人密钥更新不一
致 保持不变。上述两个等式任一成立，后端数据库对标
签的验证通过。后端数据库把标签相应的其他信息Ｉｎｆｏ（Ｔ）发
送给阅读器。如果不进行秘密更新，认证协议执行完毕．否则
转到秘密更新阶段。
２．３秘密更新阶段
秘密更新阶段如图２所示。
后端数据库
脬 ，Ｋ ＾０ｆ１）Ｓ， ，ＩＤＳ． 阅读器 标签
肋 ＥＰＣ ，Ｋ．，ＩＤＳ．，ＳＫ．
ＳＫ，，．Ｓ￣Ｏ．ＯＡｒＡ舰
检验尬 Ｓ傩 先计算
／
Ｋ．。 《．Ｋ 皈．Ｊ ｓ
再验证
（ｓ砰＿ ）ｑ ｃ魁＿
＝
ＤＳ＿国ｓ—Ｐ（ ，Ｒ／Ｄ
｝Ｐ．０ｌｄ ＩＤＳ．。＿Ｆ ） Ｍ
，
叩 ￡ ）
Ｒｌ
ＳＫ
Ｄ ＲｌＤ．ｆｌａｇ，＝０ Ｍ
．，
Ｍ
＇
￣
ＳＫ＇ｓＫ 一
＾
，
Ｍ
ｒ Ｋ
如果相等
（Ｋ）ｌＯＳ （Ｒ期 ）
Ｆ Ｋ Ｐｃ 隧搴ＥＰｃ孽 瓤
Ｍ ＩＦ
【口℃孽
ＣＳＫ，￣
Ｂ（
ａｔ
Ｒ ｝
Ｑ
ｌ）） 一帆 一眠
帆叩锄 ．Ｋ
．
魄 ｌｌ
ｆ Ｌａｇ￣Ｌ
否则
Ｊｌｆ ＩＩ
否则ｆＩ敞墨０
图２秘密更新过程图
Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｒｅｔ ｕｐｄａｔｅ
１）旧的标签所有者Ａ为了保护个人隐私，设定一个新
的私人密码（ＳＫ 和临时身份标识ＲＩＤａ）来代替以前的密码和
身份标识。Ａ使用阅读器通过安全通道把（ＳＫ ， ）发送给
后端服务器。
２）后端服务器收到（ＳＫ ，ＲＩＤＡ）后，首先检查：
Ｍ３＝Ｆ（ＩＤＳｐ０Ｋｅ） （７）
如果等式（７）成立，说明动态索引值无误。后端数据库对
接人密码和动态索引进行如下更新：
如果Ｐ￣ｎｅｗ，磊 ＝Ｋ一，Ｋ一＝Ｆ（ ）；，Ｄ５ｏｌｄ＝ Ｓ一，ＩＤＳ￣＝
Ｆ（ＲＲＯＲｒ）。
如果Ｐ＝－ｏｌｄ， Ｆ（ＲＲ①Ｒｒ）。
然后，后端数据库对身份标识、私人密钥及标志位进行
更新：
ＲＩＤ＝ＲＩＤａ；ＳＫ￣ＳＫ ，ＳＫＬ＝ＳＫＮ；ｆｌａｇ＝Ｏ。
接着，数据库计算：
Ｍ４＝Ｆ（ＳＫＬ（￣ＥＰＣｓ）０ＳＫ￣ＥＰＣｓ＠）Ｒｒ （８）
Ｍ￣＝Ｆ（ＳＫＮ０Ｅ ①ＳＫＬ） （９）
后端数据库把（慨， ）发送给阅读器。
３）阅读器把（尬，慨）发送给标签。
４）标签接收到后，先计算：
Ⅳ＝Ｆ（Ｓ ④ＥＰＣｓ）①ＥＰＣｓ￣Ｒｒ①慨 （１０）
然后验证：
慨：Ｆ（ＳＫⅣ￣ＥＰＣｓ０ＳＫｆ） （１１）
如果等式（１１）成立，标签进行秘密更新：
Ｋｕｌ＝Ｆ（Ｋｉ）；ＩＤＳ“ｌ＝Ｆ（Ｒ ④Ｒｒ）；５ １＝ＳＫｓ。
标签计算：
Ｍ６＝Ｆ（ＥＰＣｓ￣）５｜Ｋ １①（Ｒ ｌＩＲ ）） （１２）
如果等式（１１）不成立，标签不进行更新操作，并且计算：
肘６＝Ｆ（ ０Ｓ ①（Ｒ ０Ｒ产）） （１３）
不论是否进行秘密更新，标签都把眠发送给阅读器。
５）阅读器收到后，把眠发送给后端数据库。
６）后端数据库收到眠后，检验眠＝Ｆ（ＥＰＣｓ①ＳＫｉ＋ｌ０
（Ｒ ））是否成立。如果成立，把 置１，否则不变。
－
３９－
《电子设计工程｝２０１２年第２期
２．４所有权转移阶段
旧的用户 为了保护自己隐私和信息安全，通过标签认
证和秘密更新将私人密钥ＳＫｉ和身份标识ＲＩＤ更改为ＳＫ 和
ＲＩＤＡ。双方可以使用对称密码的数字签名协议『ｌｌ】。
公征帆构ＡＳ
Ｓ ）
船用户＾ 渐用户Ｂ
图３所有权转移过程图
Ｆｉｇ．３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ ｔｒａｎｓｆｅｒ
１） 和曰在公证机构ＡＳ处协商得到共享密钥 ，Ａ在
公证机构ＡＳ存储私人密钥 。Ａ用 制作数字签名ＳＧ ＝
％（ＳＫ ，ＲＩＤａ，Ｉｎｆｏ（ ）），然后得到 （ＩＤＡ，ＪｓＧ ，ＩＤｎ）。Ａ把
该消息发送给ＡＳ。
２）ＡＳ收到％（ＩＤＡ，ＳＧ ，ＩＤｎ），用 解密该消息，得到
ＩＤＡ、ＩＤｓ和ＳＧ ，确认消息来自Ａ。ＡＳ用 加密得到ＥＫｃ
（ＳＫ ，Ｒ∞ ，Ｉｎｆｏ（Ｔ），ＩＤＡ，ＳＧ ），并把该消息发送给Ｂ。
３）曰收到后，用＆解密该消息，得到 ，ＲＩＤＡ，Ｉｎｆｏ（Ｔ），
ＩＤＡ，ＳＧＫＡ。新用户曰不知道 ，无法解密和修改．ｓＧ 。Ｂ把
ＳＧ 保存。如果Ａ抵赖，曰可以出示（ ，ＲＩＤＡ，ｌｎ／ｂ（ ，ＳＧ ）。
４）Ｂ获得标签所有相关信息后。应立即修改密钥和身份
标识以防止旧的用户继续控制标签或者获取一些新用户的
相关信息。曰先利用Ａ的临时身份标识ＲＩＤＡ在认证阶段验
证标签的合法性，在秘密更新阶段使用新的私人密钥ＳＫ 和
其阅读器的标识ＲＩＤ 来更新标签和数据库内的信息，以此
来完全控制标签。所有权转移后，Ｂ完全拥有了对标签的控
制权，而Ａ无法对标签进行读写及其他操作。
３协议的安全性能分析
１）标签假冒攻击者冒充标签进行认证，后端数据库在
检验动态索引ＩＤＳｉ时就能检验出该标签是非法的。
２）离线字典攻击为避免攻击者进行离线字典攻击，认
证过程使用多个密钥和随机数进行数据处理。攻击者很难使
用离线字典序方式获取真实的数据。
３）前向安全性认证过程中，标签和阅读器分别生成随
机数，保证了数据的匿名通信。攻击者无法从截获或偷听到
的数据中得出标签的真实信息，因此保证了数据的前向安
全性。
４）克隆攻击 在认证过程中，攻击者无法完全得知标签
的信息，进行标签克隆。
５）窃听攻击 每次的认证过程，标签和阅读器都要生成
随机数。用户数据与随机数以及密钥结合之后进行传输。攻
－
４０－
击者无法对标签进行窃听。
６）拒绝服务攻击 攻击者使用拒绝服务攻击来干扰系
统的通信，造成标签与后端数据库的更新不一致。导致数据
库与标签的去同步化。由于数据库保存的密钥和索引有ｎｅｗ
和ｏｌｄ两种，即使标签未完成密钥和索引更新，还是可以在下
一
次的认证过程中找到与之匹配的密钥和索引。
７）双向认证在改进协议中，标签、阅读器、服务器通过
严密的相互认证，保证了各组件的合法性，确保了用户数据
在认证过程中的安全。
８）所有权转移 在所有权转移后．新的用户通过认证和
秘密更新来实现对标签的完全拥有。在所有权转移过程中．
旧的拥有者制作了数字签名给新的拥有者。一旦旧的拥有者
抵赖或者反悔，新的拥有者可以以此作为证据。
９）匿名通信标签和阅读器产生伪随机数，保证了信道
里的信息是匿名的。
１０）授权访问 改进协议使用ＲＩＤ对阅读器的身份进
行标识。后端数据库在认证开始时要对阅读器进行身份标识
信息检查，只有合法的阅读器所传输的数据才能通过检测。
表２协议的安全 Ｅ较
Ｔａｂ．２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｓｅｃｕｒｉｔｙ
注： ０满足△部分满足×不满足
由表２可见，Ｃｈｅｎ的协议无法抵御假冒攻击，无法实现数
据的前向安全性和后向安全。Ｙｅｈ的协议无法避免离线字典攻
击方式，还面临假冒攻击方式和去同步化的风险。提出协议具
有较好的安全性能，可以防范多种攻击方式。通过授权访问方
式避免了阅读器和标签假冒。通过使用随机数保证了数据的
匿名通信和前向安全性。后端数据库里存储的两套密钥保证
了数据库与标签的同步。标签认证和秘密更新后，新旧用户通
过所有权转移过程实现了数据的后向安全。综上，提出的协议
拥有良好的安全性能。可以满足用户的安全需求。
４协议的性能分析
ＲＦＩＤ认证协议的性能主要通过存储空间、硬件成本、计
算量和认证步骤等方面体现。为便于分析各协议，文中涉及
的协议中的Ｅ 、密钥、伪随机数等长度都用 表示。函数的
输出长度也为 。
尹平．等 基于ＥＰＣ标准的认证及所有权转移协议
表３协议的性能比较
Ｔａｂ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
协议通过较低的硬件成本安全高效的实现相互认证、授权访
问、所有权转移等实用性要求，并且防范避免了多种常见的
攻击方式，对ＲＦＩＤ研究与应用有一定的意义。
参考文献：
［１］Ｙａｎｇ Ｍ Ｈ．Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ＲＦＩＤ
ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ】．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，
２０１０，５（１）：５３—６２．
【２］Ａｙｏａｄｅ Ｊ．Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ＲＦＩＤ ａｎｄ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，２００６，２５（３）：
２０７—２１２．
【３】Ｓｈｕｎｚｏ Ｔａｔｅｉｓｈｉ．ＥＰＣ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＲＦＩＤ［Ｊ］．Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ
Ｓｏｌｕｔｉｏｎ．２００６（３）：２８—３７．
注：ｒｔ：标签数目Ｌ：单位存储长度×：不需要
【４】刘亚东．基－ｔ－ＥＰＣ Ｃ１Ｇ２￣匿名双向认证协议研究【Ｊ】．通信
技术，２０１ １，４（４４）：１３５—１３７．
ＬＩＵ Ｙａ－ｄｏｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ａｎｏｎｙｍｏｕｓ ｍｕｔｕａｌ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ
存储空间方面：协议的存储空间要求主要是针对电子标
签而言。表中的３种协议都是基于ＥＰＣ标准的。因此，电子标
签都是低成本、易实现的。
计算量方面：Ｃｈｅｎ的协议中，后端数据库在认证过程中
需要进行逐一比对来查找相应的ＥＰＣ码，查找效率较低。
Ｙｅｈ的协议中，如果标签是首次验证。后端数据库要对索引
分ｎｅｗ和ｏｌｄ两种情况，然后逐一计算来查找ＥＰＣ码，影响
系统的工作效率。提出的协议使用动态索引来查找ＥＰＣ码。
后端数据库验证标签时．通过索引就可以直接找到相应的
ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＰＣ Ｃ１Ｇ２［Ｊ］．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
２０１ ｌ，４（４４）：１３５—１３７．
［５】Ｐｅｄｒｏ Ｐｅｒｉｓ－Ｌｏｐｅｚ，Ｊｕｌｉｏ Ｃｅｓａｒ Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ－Ｃａｓｔｒｏ，ｅｔ ＬＡＭＥＤＡ
ＰＲＮＧ ｆｏｒ ＥＰＣ Ｃｌａｓｓ－１ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ－２ ＲＦＩＤ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｔａｎｄａ耐Ｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２００９（３１）：８８—９７．
［６］Ｄｉｘｉｔ Ｖ，Ｖｅｒｍａ Ｈ Ｋ，Ｓｉｎｇｈ Ａ Ｋ．Ｃｏｍｐａｉｒｓｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ
ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ ＲＦＩＤ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１ ｌ，２４（７）：１７—２１．
ＥＰＣ码和接入密钥用于验证。提高了系统的认证效率，标签
数目越多优势越明显。
认证步骤方面：Ｃｈｅｎ的协议和Ｙｅｈ的协议通过５个步
［７】Ｃｈｉｅｎ Ｈ Ｙ，Ｃｈｅｎ Ｃ Ｈ．Ｍｕｔｕａｌ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ
ＲＦＩＤ ｃｏｎｆｏｒｍｉｎｇ ｔｏ ＥＰＣ ｃｌａｓｓ ｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ２ ｓｔａｎｄａｒｄｓ［Ｊ］．
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２００７（２９）：２５４—２５９．
骤完成了标签和阅读器的相互认证和秘密更新。提出的协议
完成相互认证和秘密更新需要１Ｏ个步骤。
【８】Ｙｅｈ Ｔ Ｃ，Ｗａｎｇ Ｙ Ｊ，Ｋｕｏ Ｔ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ｓｅｃｕｒｉｎｇ ＲＦＩＤ ｓｙｓｔｅｍｓ
综上。提出的协议在存储、硬件成本和其他两种协议相
差不大；在计算量方面略优于其他两种协议；认证步骤则多
于其他两种协议。由于提出的协议完成了相互认证、秘密更
新和所有权转移３个阶段．并且安全性能优于其他两种协
议，所以该协议的综合性能优于其他两种协议。
ｃｏｎｆｏｒｍｉｎｇ ｔｏ ＥＰＣ Ｃｌａｓｓ １ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ２ ｓｔａｎｄａｒｄ［Ｊ】．Ｅｘｐｅ￣
Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１０（３７）：７６７８－７６８３．
［９】Ｈａｂｉｂｉ Ｍ Ｈ，Ａｌａｇｈｅｂａｎｄ Ｍ Ｒ．Ａｔｔａｃｋｓ ｏｎ ａ Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ
Ｍｕｔｕａｌ Ａｕ山ｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｕｎｄｅｒ ＥＰＣ Ｃ—ｌ Ｇ－２ Ｓｔａｎｄａｒｄ
［Ｃ］／／ＷＩＳＴＰ，ＬＮＣＳ ６６３３，２０１ １：２５４－２６３．
５结 论
ＥＰＣ标准是当下影响较大的标准．受到越来越多的国家
和企业重视。在未来的物联网研究中．信息安全问题也将日
益凸显。文中分析了现有的几种协议存在的安全问题，结合
ＥＰＣ标准，提出一种符合该标准的安全的双向认证协议。该
（上接第３７页）
Ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ［Ｍ］．Ｕ．Ｓ．Ａ．Ｆｌｏｒｉｄａ：ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，２００６．
【１０］Ｓｕｈ Ｇ Ｅ，Ｄｅｖａｄａｓ Ｓ．Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ
Ｄｅｖｉｃｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｅｃｒｅｔ Ｋｅｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅ－
ｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４４ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ：ＡＣＭ Ｐｒｅｓｓ．２００７：９—１４．
【ｌｌ】卢开澄．计算机密码学一计算机网络中的数据保留与安全
【Ｍ］．３版．北京：清华大学出版社，２０ｏ３．
【６】侯伯亨，刘凯，顾新．ＶＨＤＬ硬件描述语言与数字逻辑电路
设计【Ｍ】．３版．西安：西安电子科技大学出版社，２００９．
【７】刘爱荣，王振成，曹瑞，等．ＥＤＡ技术与ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ开发应
用简明教程【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２ｏｏ７．
［５】ＨＵ Ｈａｏ—ｒａｎ，ＷＵ Ｊｉａ－ｎｉ，ＺＨＡＮＧ Ｆｅｉ．Ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ＦＰＧＡ［Ｃｌ／／
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ２０１０ Ｓｅｃｏｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｈｕｂｅｉ：
【８】刘江海，涂传威，郭松梅，等．ＥＤＡ技术【Ｍ】．武汉：华中科技
大学出版社．２００９．
Ｉｓ．ｎ．】，２０１０：４４－４７．
－
４１—．
2024年8月26日发(作者：靖光济)
第２０卷
第２期
Ｖｏｌ＿２０ Ｎｏ．２
电子设计工程
Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｄｅｓｉｇｎ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ
２０１２年１月
Ｊａｎ．２０１２
基于ＥＰＣ标准的认证及所有权转移协议
尹平 ，李群祖
（１．西北工业大学计算机学院，陕西西安７１０１２９；２．解放军９３９２６部队新疆和田８４８０００）
摘要：针对现有的ＥＰＣ协议的弱点，提出一种基于ＥＰＣ标准的认证及所有权转移协议。该协议可以通过较低的成本
实现隐私保护、匿名通信、完整性检验、所有权转移等特点。分析发现，该协议可以有效抵御跟踪、重发、克隆、假冒、离
线字典等多种攻击方式
关键词：ＲＦＩＤ；ＥＰＣ；认证；所有权转移；协议；低成本
中图分类号：ＴＮ９１８．０５ 文献标识码：Ａ 文章编号：１６７４—６２３６（２０１２）０２—００３８—０４
Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＰＣ ｓｔａｎｄａｒｄ
ＹＩＮ Ｐｉｎｇ 。ＬＩ Ｑｕｎ—ＺＵ
（１．Ｓｃｈｏｏｌ ｏｆＣｏｍｐｕｔｅｒ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｎｏｒｔｈｗｅｓｔｅｒｎ Ｐｏｌｙｔｅｃｈｎｉｃａｌ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｘｉ’ａｎ ７１０１２９，Ｃｈｉｎａ；
２．ＰＬＡ ９３９２６ Ｕｎｉｔ，Ｈｅｔｉａｎ ８４８０００，Ｃｈｉｎａ）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ａｃｃｏｒｄｉｎｇ ｔｏ ｔｈｅ ｗｅａｋｎｅｓｓ ｏｆｐｒｅｓｅｎｔ ＥＰＣ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ，ａ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＰＣ ｓｔａｎｄａｒｄ ｉｓ ｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｐｒｉｖａｃｙ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ，
ａｎｏｎｙｍｏｕｓ ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ，ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ ｃｈｅｃｋｉｎｇ ａｎｄ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ ｔｒａｎｓｆｅｒ ｗｉｌｌ ｂｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｅｄ ｗｉｔｈ ｌｏｗ ｃｏｓｔ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐｒｏｔｏｃｏ１．
Ａｎａｌｙｓｉｓ ｓｈｏｗｓ ｔｈａｔ ｔｈｅ ｐｒｏｐｏｓｅｄ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｃａｎ ｅｆｉｃｉｆｅｎｔｌｙ ｗｉｔｈｓｔａｎｄ ｔｒａｃｅ，ｒｅｐｌａｙ，ｃｌｏｎｅ，ｉｍｉｔａｔｉｏｎ，ｏｆｆ－ｌｉｎｅ ｄｉｃｔｉｏｎａｒｙ ａｔｔａｃｋｓ．
Ｋｅｙ ｗｏｒｄｓ：ＲＦＩＤ；ＥＰＣ；ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ；ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ ｔｒａｎｓｆｅｒ；ｐｒｏｔｏｃｏｌ；ｌｏｗ ｃｏｓｔ
射频识别技术（Ｒａｄｉｏ Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ）的基本原 Ｆｕｎｃｔｉｏｎ）电路和ＬＦＳＲ（Ｌｉｎｅａｒ Ｆｅｅｄｂａｃｋ Ｓｈｉｆｔ Ｒｅｇｉｓｔｅｒ）电路来
理是利用空间电磁波进行通信，以达到自动识别识对象，获
取相关信息的目的。
ＲＦＩＤ技术优点明显，可以应用于众多领域。在物联网领
域中，ＲＦＩＤ是一项关键技术。当前，ＲＦＩＤ安全认证协议是很
多从业人士研究重点【１－２１。
实现。完整的协议流程分初始化、标签认证、秘密更新、所有
权转移４个阶段。
表１协议所用参数
Ｔａｂ．１ Ｐａｒａｍｅｔｅｒ ｏｆ ｔｈｅ ｐｒｏｔｏｃｏｌ
参数 描述
ＥＰＣｓ ９６位的ＥＰＣ码分成６段，互相异或操作形成的１６位数码
１ ＥＰＣ标准及相关协议
ＥＰＣ ｇｌｏｂａｌ是欧洲和美国联合推出的一种面对ＲＦＩＤ行
业的标准口１。该标准规定的标签是低成本的。计算能力有限［４１，
标签无法从硬件方面实现Ｈａｓｈ函数等常用的安全机制。
Ｓ ， Ｓ一数据库存储的旧的／新的动态索引
， 数据库存储的旧的／新的接入密码
ＳＫＬ
ＳＫＮ
ＳＫｉ
ＩＤＳ
数据库存储的上一个用户的私人密钥，ｌａｇ＝０时有效 ｆ
数据库存储的当前用户的私人密钥，ｆｌａｇ＝１时有效
标签存储的私人密钥
标签的动态索引
标签的接人密码
ＥＰＣ￣ｏｂａｌ提出的标准协议［５１。具有明显的安全漏洞。诸
多相关人士针对其安全方面的不足提出安全有效的双向认
证协议［６１。ｃｈｅｎ等人提出一种基于ＥＰＣ Ｃ１Ｇ２标准的双向认
月，ｚ） 阅读器的皿ｌ
证协议 。该方式在认证过程中使用ＣＲＣ机制对ＥＰＣ码进行
保护。但是，Ｃｈｅｎ的协议效率较低．且存在阅读器假冒等问
题。Ｙｅｈ等人［８１的协议里设定了一个动态索引增加数据库查
找速率。相对Ｃｈｅｎ的协议，Ｙｅｈ提出的协议在工作效率方面
ｌｆｇ ａ标志位。用于判断标签和数据库的私人密钥更新同步情况
阅读器产生的随机数
标签产生的随机数
Ｉｎｆｏ（Ｔ） 标签的其他信息，存储在数据库中
有了显著的提高，但是相应的安全问题也随之而来［９１。
，
数的左半边，右半边
轻量级加密函数Ｆ的函数值，ｍ是参数
异或操作
旧的标签拥有者
新的标签拥有者
２提出的协议
提出的协议增设了动态索引ＩＤＳ和私人密钥ＳＫ。文中使
用的轻量级的加密函数Ｆ可以通过ＰＵＰｌｏ］（ＰｈｙｓｉｃａｌＵｎｃｌｏｎａｂｌｅ
收稿日期：２０１１－１２—０４
－
Ｆ（ｍ）
①
Ａ
口
稿件编号：２０１１１２０１５
作者简介：尹平（１９８２一），男，四川南充人，硕士，助理工程师。研究方向：网络与信息安全。
３８－
尹平．等 基于ＥＰＣ标准的认证及所有权转移协议
２．１初始化阶段
初始化设置时，生产商使用Ｋｏ、ＩＤＳ０和ＳＫｏ这３个随机
选取的秘密值，把这些值写入标签Ｋｉ＝Ｋｏ，ＩＤＳ ＝ＩＤＳｏ，ＳＫ ＝ＳＫｏ。
数据库中也存储相应的信息 ＝ＩＤＳｎ￣＝ＩＤＳｏ， 瑚 ＝Ｋｏ，
ＳＫＮ＝ＳＫ￣－ＳＫｏ。
２．２标签认证阶段
标签认证过程如图ｌ所示。
后嫱数据库
阅读器
标签
ＥＰＣ，，Ｋ ＩＤＳｏ ＩＤＳ
ＳＫ，，，ＳＫ，，ＲＩＤ，ＤＡＴＡ
肋
ＥＰＣ，，墨，ＩＤＳ ，ＳＫ。
检验ｍＤ是否一致
查找索引ＩＤＳ ＝ＩＤＳ，．。
或者Ｉ
ＤＳ，？
检验ｆｌ
ＩＤＳ
ａｇ
。
肛叩蛔帮算 Ｐｃ ）ａ
若ｆｌａｇ＝ｌ
・
Ｍ Ｆ幢Ｐｃ搴６ｘＩ嘲 Ｒ
蝇，蝇，Ｍ，，ＩＤＳ
妁童ｔ
，
Ｍ ＩＩ￣３，
若ｆＪａｇ＝Ｏ
冠，ＲＩＤ
鸠市（田５筒；ｌ
ＭＬ－ 值Ｐｃ Ｋ 觚）０
或者
Ｍ咔（ＥＰｃ郎 豫舟日）ｔ
Ｐ－，ｏｌｄ或Ｐｆｉｆｎｅｗ
标签验证完成，是否需要秘密更新
图１认证过程图
Ｆｉｇ．１ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｃｅｓｓ
１）阅读器生成随机数 ，发送给标签。
２）标签收到随机数‰，随后生成随机数Ｒ 标签计算：
ＥＰＣｘ＝ＥＰＣｓ（￣ＳＫｉ （１）
Ｍ１＝Ｆ（ ①Ｒｒ①ＥＰＣｘ） （２）
Ｍ２＝ＫＩ④Ｒｒ （３）
Ｍ３＝Ｆ（ＩＤＳｆ０Ｋｉ） （４）
标签把（Ｍ－， ，Ｍ３，ＩＤＳ，）发送给阅读器。
３）阅读器收到数据后，把（ ， ，鸭，ＩＤＳｉ，ＲＲ，ＲＩＤ）发送
给后端数据库。
４）后端数据库收到后，首先检验ＲＩＤ是否和数据库内
的ＲＩＤ一致。如果一致，说明阅读器是合法的。数据库通过动
态索引ＩＤＳＩ来查找对应的Ｋ和ＥＰＣｓ。数据库的索引值存在
ＩＤＳ￣＝ 或者ＩＤＳ ＤＳ 两种情况。数据库根据动态索引
ＩＤＳｅ找到相应的ＥＰＣｓ和接入密码Ｋｖ（Ｐ＝－ｏｌｄ或者Ｐ＝ｎｅｗ）。
数据库找到ＥＰＣｓ后，检查其标志位 。如果 ｑｇ＝１，说
明后端数据库和标签的私人密钥更新情况一致，即ＳＫＮ＝ＳＫｉ。
数据库用ＳＫＮ对标签进行验证。如果ｆｌｏ￣ｏ＝ｏ，数据库分别用
ＳＫＮ和ＳＫＬ对标签进行验证：
Ｍ，＝Ｆ（ＥＰＣｓＯ Ｒ ０ ④Ｋｅ）０ （５）
或者ＭＩ＝Ｆ（ＥＰＣｓＧＳＫＬＧＲｒＯＭ２（￣Ｋｅ）① （６）
如果上述两个等式都不成立，说明标签是非法的．进行
错误处理。如果ｆｌａｇ＝Ｏ时，等式（５）成立，说明后端数据库未
收到标签私人密钥更新成功的通知，数据库把ｆｌａｇ置１：如果
等式（６）成立，说明后端数据库与标签的私人密钥更新不一
致 保持不变。上述两个等式任一成立，后端数据库对标
签的验证通过。后端数据库把标签相应的其他信息Ｉｎｆｏ（Ｔ）发
送给阅读器。如果不进行秘密更新，认证协议执行完毕．否则
转到秘密更新阶段。
２．３秘密更新阶段
秘密更新阶段如图２所示。
后端数据库
脬 ，Ｋ ＾０ｆ１）Ｓ， ，ＩＤＳ． 阅读器 标签
肋 ＥＰＣ ，Ｋ．，ＩＤＳ．，ＳＫ．
ＳＫ，，．Ｓ￣Ｏ．ＯＡｒＡ舰
检验尬 Ｓ傩 先计算
／
Ｋ．。 《．Ｋ 皈．Ｊ ｓ
再验证
（ｓ砰＿ ）ｑ ｃ魁＿
＝
ＤＳ＿国ｓ—Ｐ（ ，Ｒ／Ｄ
｝Ｐ．０ｌｄ ＩＤＳ．。＿Ｆ ） Ｍ
，
叩 ￡ ）
Ｒｌ
ＳＫ
Ｄ ＲｌＤ．ｆｌａｇ，＝０ Ｍ
．，
Ｍ
＇
￣
ＳＫ＇ｓＫ 一
＾
，
Ｍ
ｒ Ｋ
如果相等
（Ｋ）ｌＯＳ （Ｒ期 ）
Ｆ Ｋ Ｐｃ 隧搴ＥＰｃ孽 瓤
Ｍ ＩＦ
【口℃孽
ＣＳＫ，￣
Ｂ（
ａｔ
Ｒ ｝
Ｑ
ｌ）） 一帆 一眠
帆叩锄 ．Ｋ
．
魄 ｌｌ
ｆ Ｌａｇ￣Ｌ
否则
Ｊｌｆ ＩＩ
否则ｆＩ敞墨０
图２秘密更新过程图
Ｆｉｇ．２ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｓｅｃｒｅｔ ｕｐｄａｔｅ
１）旧的标签所有者Ａ为了保护个人隐私，设定一个新
的私人密码（ＳＫ 和临时身份标识ＲＩＤａ）来代替以前的密码和
身份标识。Ａ使用阅读器通过安全通道把（ＳＫ ， ）发送给
后端服务器。
２）后端服务器收到（ＳＫ ，ＲＩＤＡ）后，首先检查：
Ｍ３＝Ｆ（ＩＤＳｐ０Ｋｅ） （７）
如果等式（７）成立，说明动态索引值无误。后端数据库对
接人密码和动态索引进行如下更新：
如果Ｐ￣ｎｅｗ，磊 ＝Ｋ一，Ｋ一＝Ｆ（ ）；，Ｄ５ｏｌｄ＝ Ｓ一，ＩＤＳ￣＝
Ｆ（ＲＲＯＲｒ）。
如果Ｐ＝－ｏｌｄ， Ｆ（ＲＲ①Ｒｒ）。
然后，后端数据库对身份标识、私人密钥及标志位进行
更新：
ＲＩＤ＝ＲＩＤａ；ＳＫ￣ＳＫ ，ＳＫＬ＝ＳＫＮ；ｆｌａｇ＝Ｏ。
接着，数据库计算：
Ｍ４＝Ｆ（ＳＫＬ（￣ＥＰＣｓ）０ＳＫ￣ＥＰＣｓ＠）Ｒｒ （８）
Ｍ￣＝Ｆ（ＳＫＮ０Ｅ ①ＳＫＬ） （９）
后端数据库把（慨， ）发送给阅读器。
３）阅读器把（尬，慨）发送给标签。
４）标签接收到后，先计算：
Ⅳ＝Ｆ（Ｓ ④ＥＰＣｓ）①ＥＰＣｓ￣Ｒｒ①慨 （１０）
然后验证：
慨：Ｆ（ＳＫⅣ￣ＥＰＣｓ０ＳＫｆ） （１１）
如果等式（１１）成立，标签进行秘密更新：
Ｋｕｌ＝Ｆ（Ｋｉ）；ＩＤＳ“ｌ＝Ｆ（Ｒ ④Ｒｒ）；５ １＝ＳＫｓ。
标签计算：
Ｍ６＝Ｆ（ＥＰＣｓ￣）５｜Ｋ １①（Ｒ ｌＩＲ ）） （１２）
如果等式（１１）不成立，标签不进行更新操作，并且计算：
肘６＝Ｆ（ ０Ｓ ①（Ｒ ０Ｒ产）） （１３）
不论是否进行秘密更新，标签都把眠发送给阅读器。
５）阅读器收到后，把眠发送给后端数据库。
６）后端数据库收到眠后，检验眠＝Ｆ（ＥＰＣｓ①ＳＫｉ＋ｌ０
（Ｒ ））是否成立。如果成立，把 置１，否则不变。
－
３９－
《电子设计工程｝２０１２年第２期
２．４所有权转移阶段
旧的用户 为了保护自己隐私和信息安全，通过标签认
证和秘密更新将私人密钥ＳＫｉ和身份标识ＲＩＤ更改为ＳＫ 和
ＲＩＤＡ。双方可以使用对称密码的数字签名协议『ｌｌ】。
公征帆构ＡＳ
Ｓ ）
船用户＾ 渐用户Ｂ
图３所有权转移过程图
Ｆｉｇ．３ Ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ ｄｉａｇｒａｍ ｏｆ ｔｈｅ ｏｗｎｅｒｓｈｉｐ ｔｒａｎｓｆｅｒ
１） 和曰在公证机构ＡＳ处协商得到共享密钥 ，Ａ在
公证机构ＡＳ存储私人密钥 。Ａ用 制作数字签名ＳＧ ＝
％（ＳＫ ，ＲＩＤａ，Ｉｎｆｏ（ ）），然后得到 （ＩＤＡ，ＪｓＧ ，ＩＤｎ）。Ａ把
该消息发送给ＡＳ。
２）ＡＳ收到％（ＩＤＡ，ＳＧ ，ＩＤｎ），用 解密该消息，得到
ＩＤＡ、ＩＤｓ和ＳＧ ，确认消息来自Ａ。ＡＳ用 加密得到ＥＫｃ
（ＳＫ ，Ｒ∞ ，Ｉｎｆｏ（Ｔ），ＩＤＡ，ＳＧ ），并把该消息发送给Ｂ。
３）曰收到后，用＆解密该消息，得到 ，ＲＩＤＡ，Ｉｎｆｏ（Ｔ），
ＩＤＡ，ＳＧＫＡ。新用户曰不知道 ，无法解密和修改．ｓＧ 。Ｂ把
ＳＧ 保存。如果Ａ抵赖，曰可以出示（ ，ＲＩＤＡ，ｌｎ／ｂ（ ，ＳＧ ）。
４）Ｂ获得标签所有相关信息后。应立即修改密钥和身份
标识以防止旧的用户继续控制标签或者获取一些新用户的
相关信息。曰先利用Ａ的临时身份标识ＲＩＤＡ在认证阶段验
证标签的合法性，在秘密更新阶段使用新的私人密钥ＳＫ 和
其阅读器的标识ＲＩＤ 来更新标签和数据库内的信息，以此
来完全控制标签。所有权转移后，Ｂ完全拥有了对标签的控
制权，而Ａ无法对标签进行读写及其他操作。
３协议的安全性能分析
１）标签假冒攻击者冒充标签进行认证，后端数据库在
检验动态索引ＩＤＳｉ时就能检验出该标签是非法的。
２）离线字典攻击为避免攻击者进行离线字典攻击，认
证过程使用多个密钥和随机数进行数据处理。攻击者很难使
用离线字典序方式获取真实的数据。
３）前向安全性认证过程中，标签和阅读器分别生成随
机数，保证了数据的匿名通信。攻击者无法从截获或偷听到
的数据中得出标签的真实信息，因此保证了数据的前向安
全性。
４）克隆攻击 在认证过程中，攻击者无法完全得知标签
的信息，进行标签克隆。
５）窃听攻击 每次的认证过程，标签和阅读器都要生成
随机数。用户数据与随机数以及密钥结合之后进行传输。攻
－
４０－
击者无法对标签进行窃听。
６）拒绝服务攻击 攻击者使用拒绝服务攻击来干扰系
统的通信，造成标签与后端数据库的更新不一致。导致数据
库与标签的去同步化。由于数据库保存的密钥和索引有ｎｅｗ
和ｏｌｄ两种，即使标签未完成密钥和索引更新，还是可以在下
一
次的认证过程中找到与之匹配的密钥和索引。
７）双向认证在改进协议中，标签、阅读器、服务器通过
严密的相互认证，保证了各组件的合法性，确保了用户数据
在认证过程中的安全。
８）所有权转移 在所有权转移后．新的用户通过认证和
秘密更新来实现对标签的完全拥有。在所有权转移过程中．
旧的拥有者制作了数字签名给新的拥有者。一旦旧的拥有者
抵赖或者反悔，新的拥有者可以以此作为证据。
９）匿名通信标签和阅读器产生伪随机数，保证了信道
里的信息是匿名的。
１０）授权访问 改进协议使用ＲＩＤ对阅读器的身份进
行标识。后端数据库在认证开始时要对阅读器进行身份标识
信息检查，只有合法的阅读器所传输的数据才能通过检测。
表２协议的安全 Ｅ较
Ｔａｂ．２ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｓｅｃｕｒｉｔｙ
注： ０满足△部分满足×不满足
由表２可见，Ｃｈｅｎ的协议无法抵御假冒攻击，无法实现数
据的前向安全性和后向安全。Ｙｅｈ的协议无法避免离线字典攻
击方式，还面临假冒攻击方式和去同步化的风险。提出协议具
有较好的安全性能，可以防范多种攻击方式。通过授权访问方
式避免了阅读器和标签假冒。通过使用随机数保证了数据的
匿名通信和前向安全性。后端数据库里存储的两套密钥保证
了数据库与标签的同步。标签认证和秘密更新后，新旧用户通
过所有权转移过程实现了数据的后向安全。综上，提出的协议
拥有良好的安全性能。可以满足用户的安全需求。
４协议的性能分析
ＲＦＩＤ认证协议的性能主要通过存储空间、硬件成本、计
算量和认证步骤等方面体现。为便于分析各协议，文中涉及
的协议中的Ｅ 、密钥、伪随机数等长度都用 表示。函数的
输出长度也为 。
尹平．等 基于ＥＰＣ标准的认证及所有权转移协议
表３协议的性能比较
Ｔａｂ．３ Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｓ ｏｆ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ
协议通过较低的硬件成本安全高效的实现相互认证、授权访
问、所有权转移等实用性要求，并且防范避免了多种常见的
攻击方式，对ＲＦＩＤ研究与应用有一定的意义。
参考文献：
［１］Ｙａｎｇ Ｍ Ｈ．Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ ｍｏｂｉｌｅ ＲＦＩＤ
ｎｅｔｗｏｒｋｓ［Ｊ】．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ａｎｄ Ｎｅｔｗｏｒｋｓ，
２０１０，５（１）：５３—６２．
【２］Ａｙｏａｄｅ Ｊ．Ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｉｍｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｉｎ ＲＦＩＤ ａｎｄ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ
ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ ｆｒａｍｅｗｏｒｋ［Ｊ］．Ｃｏｍｐｕｔｅｒ＆Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，２００６，２５（３）：
２０７—２１２．
【３】Ｓｈｕｎｚｏ Ｔａｔｅｉｓｈｉ．ＥＰＣ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ ｏｆ ＲＦＩＤ［Ｊ］．Ｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｏｎ
Ｓｏｌｕｔｉｏｎ．２００６（３）：２８—３７．
注：ｒｔ：标签数目Ｌ：单位存储长度×：不需要
【４】刘亚东．基－ｔ－ＥＰＣ Ｃ１Ｇ２￣匿名双向认证协议研究【Ｊ】．通信
技术，２０１ １，４（４４）：１３５—１３７．
ＬＩＵ Ｙａ－ｄｏｎｇ．Ｒｅｓｅａｒｃｈ ｏｆ ａｎｏｎｙｍｏｕｓ ｍｕｔｕａｌ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ
存储空间方面：协议的存储空间要求主要是针对电子标
签而言。表中的３种协议都是基于ＥＰＣ标准的。因此，电子标
签都是低成本、易实现的。
计算量方面：Ｃｈｅｎ的协议中，后端数据库在认证过程中
需要进行逐一比对来查找相应的ＥＰＣ码，查找效率较低。
Ｙｅｈ的协议中，如果标签是首次验证。后端数据库要对索引
分ｎｅｗ和ｏｌｄ两种情况，然后逐一计算来查找ＥＰＣ码，影响
系统的工作效率。提出的协议使用动态索引来查找ＥＰＣ码。
后端数据库验证标签时．通过索引就可以直接找到相应的
ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｂａｓｅｄ ｏｎ ＥＰＣ Ｃ１Ｇ２［Ｊ］．Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，
２０１ ｌ，４（４４）：１３５—１３７．
［５】Ｐｅｄｒｏ Ｐｅｒｉｓ－Ｌｏｐｅｚ，Ｊｕｌｉｏ Ｃｅｓａｒ Ｈｅｒｎａｎｄｅｚ－Ｃａｓｔｒｏ，ｅｔ ＬＡＭＥＤＡ
ＰＲＮＧ ｆｏｒ ＥＰＣ Ｃｌａｓｓ－１ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ－２ ＲＦＩＤ ｓｐｅｃｉｆｉｃａｔｉｏｎ［Ｊ］．
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｔａｎｄａ耐Ｓ＆Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２００９（３１）：８８—９７．
［６］Ｄｉｘｉｔ Ｖ，Ｖｅｒｍａ Ｈ Ｋ，Ｓｉｎｇｈ Ａ Ｋ．Ｃｏｍｐａｉｒｓｏｎ ｏｆ ｖａｒｉｏｕｓ
ｓｅｃｕｒｉｔｙ ｐｒｏｔｏｃｏｌｓ ｉｎ ＲＦＩＤ［Ｊ］．Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｃｏｍｐｕｔｅｒ
Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１ ｌ，２４（７）：１７—２１．
ＥＰＣ码和接入密钥用于验证。提高了系统的认证效率，标签
数目越多优势越明显。
认证步骤方面：Ｃｈｅｎ的协议和Ｙｅｈ的协议通过５个步
［７】Ｃｈｉｅｎ Ｈ Ｙ，Ｃｈｅｎ Ｃ Ｈ．Ｍｕｔｕａｌ ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｆｏｒ
ＲＦＩＤ ｃｏｎｆｏｒｍｉｎｇ ｔｏ ＥＰＣ ｃｌａｓｓ ｌ ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ２ ｓｔａｎｄａｒｄｓ［Ｊ］．
Ｃｏｍｐｕｔｅｒ Ｓｔａｎｄａｒｄｓ ａｎｄ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅｓ，２００７（２９）：２５４—２５９．
骤完成了标签和阅读器的相互认证和秘密更新。提出的协议
完成相互认证和秘密更新需要１Ｏ个步骤。
【８】Ｙｅｈ Ｔ Ｃ，Ｗａｎｇ Ｙ Ｊ，Ｋｕｏ Ｔ Ｃ，ｅｔ ａ１．Ｓｅｃｕｒｉｎｇ ＲＦＩＤ ｓｙｓｔｅｍｓ
综上。提出的协议在存储、硬件成本和其他两种协议相
差不大；在计算量方面略优于其他两种协议；认证步骤则多
于其他两种协议。由于提出的协议完成了相互认证、秘密更
新和所有权转移３个阶段．并且安全性能优于其他两种协
议，所以该协议的综合性能优于其他两种协议。
ｃｏｎｆｏｒｍｉｎｇ ｔｏ ＥＰＣ Ｃｌａｓｓ １ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ ２ ｓｔａｎｄａｒｄ［Ｊ】．Ｅｘｐｅ￣
Ｓｙｓｔｅｍｓ ｗｉｔｈ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ，２０１０（３７）：７６７８－７６８３．
［９】Ｈａｂｉｂｉ Ｍ Ｈ，Ａｌａｇｈｅｂａｎｄ Ｍ Ｒ．Ａｔｔａｃｋｓ ｏｎ ａ Ｌｉｇｈｔｗｅｉｇｈｔ
Ｍｕｔｕａｌ Ａｕ山ｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ ｕｎｄｅｒ ＥＰＣ Ｃ—ｌ Ｇ－２ Ｓｔａｎｄａｒｄ
［Ｃ］／／ＷＩＳＴＰ，ＬＮＣＳ ６６３３，２０１ １：２５４－２６３．
５结 论
ＥＰＣ标准是当下影响较大的标准．受到越来越多的国家
和企业重视。在未来的物联网研究中．信息安全问题也将日
益凸显。文中分析了现有的几种协议存在的安全问题，结合
ＥＰＣ标准，提出一种符合该标准的安全的双向认证协议。该
（上接第３７页）
Ｖｅｒｉｉｆｃａｔｉｏｎ，ａｎｄ Ｔｅｓｔｉｎｇ［Ｍ］．Ｕ．Ｓ．Ａ．Ｆｌｏｒｉｄａ：ＣＲＣ Ｐｒｅｓｓ，２００６．
【１０］Ｓｕｈ Ｇ Ｅ，Ｄｅｖａｄａｓ Ｓ．Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ ｆｏｒ
Ｄｅｖｉｃｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ ａｎｄ Ｓｅｃｒｅｔ Ｋｅｙ Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ［Ｃ］／／Ｐｒｏｃｅｅ－
ｄｉｎｇｓ ｏｆ ｔｈｅ ４４ｔｈ Ａｎｎｕａｌ Ｄｅｓｉｇｎ Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，Ｎｅｗ
Ｙｏｒｋ：ＡＣＭ Ｐｒｅｓｓ．２００７：９—１４．
【ｌｌ】卢开澄．计算机密码学一计算机网络中的数据保留与安全
【Ｍ］．３版．北京：清华大学出版社，２０ｏ３．
【６】侯伯亨，刘凯，顾新．ＶＨＤＬ硬件描述语言与数字逻辑电路
设计【Ｍ】．３版．西安：西安电子科技大学出版社，２００９．
【７】刘爱荣，王振成，曹瑞，等．ＥＤＡ技术与ＣＰＬＤ／ＦＰＧＡ开发应
用简明教程【Ｍ】．北京：清华大学出版社，２ｏｏ７．
［５】ＨＵ Ｈａｏ—ｒａｎ，ＷＵ Ｊｉａ－ｎｉ，ＺＨＡＮＧ Ｆｅｉ．Ｈａｒｄｗａｒｅ ｄｅｓｉｇｎ ｏｆ
ｉｎｄｅｐｅｎｄｅｎｔ ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｌａ ｐｌａｔｆｏｒｍ ｂａｓｅｄ Ｏｉｌ ＦＰＧＡ［Ｃｌ／／
Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇ ｏｆ ２０１０ Ｓｅｃｏｎｄ Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ ｏｎ
Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｓｙｓｔｅｍｓ，Ｎｅｔｗｏｒｋｓ ａｎｄ Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ｈｕｂｅｉ：
【８】刘江海，涂传威，郭松梅，等．ＥＤＡ技术【Ｍ】．武汉：华中科技
大学出版社．２００９．
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