高安全低成本RFID系统研究和标签基带设计

摘要

本论文首先介绍了RFID(Radio Frequency Identification)系统的基本知识，详细讨论了目前制约RFID发展的两个重要因素：安全和成本。介绍了现有的加强RFID系统安全性的各种方法和它们的不足。 随后本论文提出了一种新的改进的RFID结构，该结构具有高安全和低成本两大优点，解决了目前困扰RFID发展的两大难题。本文随后对这个结构的安全性和执行效率进行了说明，并把它与其他的加强安全型的RFID结构进行对比，结果都证明本文提出的RFID结构的优越性。 基于这个新的高安全和低成本的RFID结构，本论文进一步提出了一种改进的UHF(Ultra High Frequency)RHD协议，该协议是使用这个新的结构和广泛流行的UHF RFID协议EPC(Electronic Product Code)Gen2相结合而成。使用这个改进的协议设计的RFID系统将具有非常强的安全性和较低的成本，本文也把这个改进的协议跟EPC Gen2协议和其他的根据EPC Gen2改进的协议进行了对比，在对比中，本改进协议的优越性得到体现。 根据这个改进的协议，本论文设计了适用于该RFID系统的标签基带，使用这个基带的标签仅仅发送随机数、商品分类号和经过单向hash函数加密的ID(Identification)码到读卡器，因此即使这些数据被非法截获，攻击者也无法获得有用的信息。我们也根据这个新的RFID结构的特点对标签基带进行简化，并在设计时利用各种方法降低标签的硬件资源消耗，使得相对于其它的一些加强安全型RFID标签基带，我们设计的标签基带所消耗的硬件资源较少。因此本文所设计的标签基带为高安全低成本的标签基带。最后通过FPGA(Field Programmable Gate Array)测试和验证，证明了我们的设计的正确性和可行性。

目录

文摘

英文文摘

声明

第1章绪论

1.1 RFID简介

1.2 RFID系统国内外发展现状以及前景

1.3 UHF RFID简介

1.4本论文主要研究的课题和涉及的工作

第2章RFID结构的研究和改进

2.1 RFID的结构以及基本工作原理

2.2 RFID系统的安全性分析

2.2.1一个安全的RFID应当具备的特性

2.2.2 RFID系统面临的安全威胁

2.3目前在增强RFID安全性上采取的措施

2.4智能标签

2.4.1散列函数锁存方法

2.4.2重加密方法

2.4.3二叉树方法

2.4.4低复杂度的密码算法

2.5设计新的高安全低成本RFID结构

2.5.1详细的新的高安全低成本RFID结构

2.5.2跟其他的RFID结构进行对比

2.5.3数据库执行效率评估

2.6本章小结

第3章新的改进的RFID协议

3.1 EPC Gen2 RFID协议介绍

3.2新的改进的RFID协议简介

3.2.1高安全和低成本的RFID协议的解决思路

3.2.2符合EPC Gen2协议的RFID系统的优缺点

3.2.3大多数改进的EPC Gen2协议的优缺点

3.2.4新的改进的RFID协议

3.3本文提出的改进的RFID协议详细介绍

3.3.1信号传输模式与编码

3.3.2标签存储器

3.3.3反冲撞机制

3.3.4通话、盘存标记和选定标记

3.3.5标签的状态

3.3.6改进的协议的基本操作和命令系统

3.3.7改进的协议的状态转换表

3.3.8改进的协议的加密处理部分

3.3.9改进的协议和EPC Gen2协议的执行流程和状态转换图

3.4本章小结

第4章 基于改进协议的高安全低成本标签基带硬件设计

4.1所设计标签基带硬件框架

4.2所使用的Hash加密函数以及该函数的硬件实现

4.2.1 NH函数简介

4.2.2 PH函数简介

4.2.3 PH函数在标签基带设计中的硬件实现

4.3输入部分硬件设计

4.4输出部分硬件设计

4.5 CRC校验模块设计

4.6随机数产生器设计

4.7 ALOHA反冲撞模块设计

4.8命令处理模块设计

4.9为降低硬件资源所进行的优化

4.9.1使用存储器代替寄存器暂存数据

4.9.2寄存器和加法器的分时复用

4.9.3使用资源耗费最小的算法

4.9.4减少Hash加密模块的资源消耗

4.10设计环境和验证

4.10.1设计和验证环境

4.10.2 FPGA验证

4.10.3 Hash函数和伪随机数发生器的性能评估

4.10.4硬件资源消耗评估

4.11本章小结

结论

致谢

参考文献

攻读学位期间发表的论文