基于轻量级函数集的rfid系统中标签所有权转换方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及信息安全的技术领域，具体涉及一种基于轻量级函数集的RFID系统 中标签所有权转换方法。
【背景技术】
[0002] 无线射频识别（Radio Frequency Identification，RFID)是一种能够自动识别物 品的技术，具有耐久性强、使用方便灵活和通信距离长等优点，常用于物流管理、门禁系统 管理、动物监控等领域。该技术在为生产生活带来方便性的同时，也引起了用户对信息安全 和隐私保护方面的关注。
[0003] 附有标签的物品在交付最终用户使用前，往往需要经历多个所有者。相应地，物品 上所附的标签也要经历多个所有者。在此期间，不仅要将物品的所有权交给新的所有者， 还需要将标签的所有权也交付给新的所有者，即进行标签所有权转换。标签所有权转换通 常指的是标签的原所有者将对标签的访问权交给新所有者，而自己不再具有对标签的访问 权。如何保护标签所有权转换过程中信息的安全性，使其能够抵御外界攻击，是一个亟待解 决的问题。
[0004] 目前，已经有研宄人员提出了一些RFID系统中标签所有权安全转换协议。通常认 为标签与所有者之间的信道是不安全的，而不同所有者之间的信道是安全的。在传统的标 签所有权转换协议中，标签与所有者采用固定的算法进行所有权转换。当所有者与标签进 行认证和密钥协商时，所采用的安全算法不变，计算量较大，而且在多次使用后，会提高攻 击者破解出机密信息的概率。标签具有的计算资源非常有限，执行复杂的计算时会消耗较 多的时间，而标签的所有者拥有充足的计算资源，能在很短的时间内完成复杂的计算。降低 标签在进行所有权转换过程中的计算量，提高协议的执行效率，同时降低攻击者破解机密 信息的概率，是非常必要的。
【发明内容】
[0005] 本发明要解决的技术问题是提供一种基于轻量级函数集的RFID系统中标签所有 权转换方法，其计算量小、安全性高、具有较好的可扩展性。
[0006] 本发明的技术方案是：一种基于轻量级函数集的RFID系统中标签所有权转换方 法，标签、原所有者和新所有者拥有同一个轻量级函数集F = {fi，f2,……，4,……，fn}， 其步骤如下：
[0007] 1)原所有者向标签发送Ir1, IDQQ，0TC}，其中Γι为原所有者生成的随机数，ID QQ为 原所有者的身份标识，OTC为所有权转换指令；
[0008] 2)标签检查收到的IDqq是否与自己存储的ID QQ-致，若不一致，则协议终止；若 一致，标签生成随机数1*2，计算1^? r2? kA_u? kFS_w，并将计算结果作为inputl值，根据 inputl值从轻量级函数集F中选取函数，设为4;标签计算Kr 1, r2, kA_u)，并发送{iv r2， fa〇V r2, kA_u)}给原所有者，其中kFS_w为标签与所有者共享的第w个函数选取密钥，k A_u为 标签与所有者共享的第U个认证密钥；
[0009] 3)原所有者收到标签发来的消息后，在原所有者数据库中搜索是否存在密钥二元 组（k A_u，kFS_w)满足：计算 inputl' = a? r2? kA_u? kFS_w，根据 inputl' 的值从轻量级函 数集？中选取函数4'，使;^'（1'1，1'2，1^_11)与收到的;^(1' 1，1'2，1^_11)相等；若不存在密钥二元 组（k A_u，kFS_w)，则协议终止；若存在密钥二元组（k A_u，kFS_w)，通过对标签的认证；将inputl' 向左循环移位作为input2,原所有者根据input2的值从轻量级函数集中选择与f a'不同的 函数 fb，计算并发送 Ir1, r2, OTC，fb(OTC，IV r2, kA_u)}给标签；
[0010] 4)标签收到原所有者发来的消息后，将inputl向左循环移位作为input2'，根据 input2'的值从轻量级函数集F中选取与f a不同的函数f b'，计算fb'（OTaivivk^u)，若计 算结果与收到的f b(〇TC，Γι，r2, kA_u)不相同，则协议终止；否则，通过对原所有者的认证，并 将标签所有权转换允许标志位flag设置为1 ;标签将input2'向左循环移位作为input3， 根据input3的值从轻量级函数集F中选择与函数fjP f b'不同的函数f。，计算fe(0TC， flag，IV r2, kA_u)，并发送 Ir1，:r2, OTC，flag，fe(0TC，flag，IV r2, kA_u)}给原所有者；
[0011] 5)原所有者收到标签发来的消息后，将input2向左循环移位作为input3'，根据 input3'的值从轻量级函数集F中选取与函数f a'、fb均不同的函数f。'，计算f。'（OTC，flag， ri，A，k Anj)，并检查计算结果与收到的fJOTC，flag，iv r2, kA_u)是否相等，若不相等，则协 议终止；若相等，可以进行所有权转换，将密钥k ra_dP kFS_w通过安全信道发送给新所有者， 其中kOT_ v为标签与所有者共享的第V个所有权转换密钥；
[0012] 6)新所有者收到密钥kQT_v和kFS_ w后，在原所有者的通信范围之外发送{r 3, IDnq， 00R}给标签，其中r3为新所有者生成的随机数，ID NQ为新所有者的身份标识，OOR为所有权 获取请求；
[0013] 7)标签收到新所有者的请求后，检查自己存储的flag的值，若为0,则发送所有权 获取失败消息OOF给新所有者；若为1，则生成随机数r 4,计算r3? r4? kQT_v? kFS_w作为 input4,根据input4的值从轻量级函数集F中选取函数，设为f d，标签计算fd(r3, r4，IDn。， U，并发送{r3, r4, IDnq，fd(r3, r4, IDnq，kQT_v)}给新所有者；
[0014] 8)新所有者若收到OOF消息，不允许进行所有权转换，协议终止；新所有者 收到 Ir3, r4，IDNQ，fd(r3, r4, IDNQ，kQT_v)}后，用自己存储的 kQT_v和 kFS_w计算 input4' = !3田1'4田1^。1^田1^1，根据;[即此4'的值从轻量级函数集？中选取函数;^'，计算;^'（1' 3， r4，IDNQ，kQT_v)，并与收到的f d(r3, r4，IDNQ，kQT_v)值进行对比；若两者不相同，则协议终止； 若两者相同，通过对标签的认证；新所有者将input4'向左循环移位得到input5、input6、 input7、input8,根据input5、input6、input7、input8的值从轻量级函数集F中分别选取 与函数f/不同的函数f；、f f、fjP f 1;新所有者生成与其拥有的其他密钥值不同的新密钥 ^-(11+1)、让。1'-(^+:0和1^阳-( 111+1；)，新所有者计算并发1^{001?，1'3，1'4，!|^(1' 3，1'4，1^。1"1)田1^_(11+1)，!|^(1' 3， r4，k0T_v，kA_(u+1)) ? k0T_(v+1)，fg (r3，r4，k0T_v，kA_ (u+1)，k0T_(v+1)) ? kFS_(w+1), fx (00R, r3, r4, IDno, k0T-v，kA_(u+1)，k 0T_(v+1)，kFS_(w+1) )}给标签；
[0015] 9)标签收到消息后将input4向左循环移位得到input5'、input6'、input7'、 input8'，根据input5'、input6'、input7'、input8'的值从轻量级函数集F中分别选取函 数 f/、f/、fg' 和 f\'，分别计算出 f/ (r3, r4, kOT_v)、f/ (r3, r4, kOT_v，kA_(u+:0)和 fg'（r3, r4， k〇T-v，kA-(u+i)，k0T_(v+1) )以得到新密钥 k A-(u+l)、k 0T-(v+1)和 k FS-(w+l)， 标签用自己存储的kOT_v和 计算出的 k A-(u+1" k 〇τ-(v+1)和 k FS-(w+1)，计算 (OOR，r3, r4, IDN0, k0T-v，k A-(u+1)，k οτ-(v+1)， k FS-(w+l) )，检查该计算结果与收到的T1(C)OR, r3, r4，IDN0, k0T-v，kA-(u+1)，k0T- (v+1)，kFS-(w+1) )是否 相同；若不相同，则协议终止；若相同，则自己计算出的k' A-(u+1)、k οτ-(v+1)、和 k FS-(w+l) 与新 所有者生成的 (u+i)、k0T-(v+1)和 k FS-(w+1) 相同，标签存储k A-(u+1)、k〇T-(v+1)、kFS-(w+1)和 ID N0 ;标签 将input8'的值向左循环移位作为input9从轻量级函数集F中选择与fd、fe'、f/、f g'和 f\' 都不同的函数 f。，计算 fQ(r3, r4, IDNQ，kA_(u+1)，kQT_(v+1)，k FS_(w+1))，发送{r3, r4, IDNQ，f；(r3， r4，IDN0，k A_(u+1)，k0T_(v+1)，kFS_( w+1)))· 给新所有者，并将flag设置为0 ;
[0016] 10)若新所有者长时间没有收到标签发来的确认消息，则返回第6)步重新执行； 若新所有者收到标签发来的消息，将input8向左循环移位作为input9'，根据input9'的值 从轻量级函数集F中选择函数f。'，计算 f〇 (r3? r4? IDno? kA_(u+1)N k〇T_(v+1)? kFS_(w+1) )，并与收到 的 f。(r3, r4，IDN〇，kA-(u+1)、 k〇T-(v+i)，kFS-(w+1)) 比较，若不相等，则协议终止；若相等，则表明所有 权转换过程已经完成，新所有者可以使用密钥 (u+i)、k 0T-(v+1)和 k FS-(w+1) 与标签进行通信。
[0017] 所述根据input的值从轻量级函数集F中选取函数的规则为：若轻量级函数集F 中有η个函数，则从input中选取的比特位的长度log〗];从右至左，input中的比特 依次为第1位，第2位，第3位，......，第ext位；从第1位开始，input中的第h(h = 1， 2，......，ext)位若为1，则选取input的第（ext-h+1)位的值按照从右至左的顺序依次放 入变量result中，直至选取的input的值达到Ien位；将轻量级函数集F中的每一个函数 进行编号，选择编号与result的值一致的轻量级函数。
[0018] 若result的值不同于轻量级函数集F中任何一个函数的编号时，将input的值 向左循环移位1个比特，再