李琳　胡亞楠

摘要：近年來，RFID技術(shù)應(yīng)用得越來越廣泛，其安全性也逐漸引起用戶的重視。該文介紹了RFID系統(tǒng)的組成、工作原理及其優(yōu)缺點(diǎn)，繼而引出RFID技術(shù)中的安全性問題，文章主要從差錯(cuò)檢測(cè)和防碰撞兩個(gè)方面敘述了如何提高RFID技術(shù)的信息安全性。

關(guān)鍵詞：RFID；信息安全；差錯(cuò)檢測(cè)；防碰撞

中圖分類號(hào)：TP391 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1009-3044（2015）27-0172-02

Abstract： In recent years， RFID technology is used more and more widely， and its security has gradually attracted the attention of users. This paper introduces the composition， working principle and advantages and disadvantages of RFID system， and then leads to the security problem of RFID technology. This paper mainly describes how to improve the information security of RFID technology from two aspects of error detection and anti-collision.

Key words： RFID；information security； error detection； anti-collision

1 RFID概述

RFID的英文全稱是Radio Frequency Identification，即射頻識(shí)別，又稱電子標(biāo)簽，無(wú)線射頻識(shí)別，感應(yīng)式電子晶片，近接卡、感應(yīng)卡、非接觸卡、電子條碼。RFID射頻識(shí)別是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，它通過射頻信號(hào)自動(dòng)識(shí)別目標(biāo)對(duì)象并獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識(shí)別工作無(wú)須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。

2 RFID工作原理

2.1 RFID的組成

RFID基本上由三部分組成：

1）Tag-電子標(biāo)簽，亦稱標(biāo)簽或者識(shí)別卡，是一種微型無(wú)線收發(fā)器。主要作用是將目標(biāo)對(duì)象的數(shù)據(jù)植入在相應(yīng)位置上，當(dāng)讀寫器發(fā)出請(qǐng)求信號(hào)時(shí)將數(shù)據(jù)送傳至讀寫器。

2）Reader-讀寫器，集發(fā)送、接收于一體，是射頻系統(tǒng)中的核心部分。

3）天線：在電子標(biāo)簽和讀寫器間傳輸高頻信號(hào)。

4）計(jì)算機(jī)系統(tǒng)：根據(jù)邏輯運(yùn)算判斷該標(biāo)簽的合法性。

2.2 RFID的工作原理

標(biāo)簽進(jìn)入讀寫器天線電磁感應(yīng)磁場(chǎng)后，接收解讀器發(fā)出的射頻信號(hào)，憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)送出存儲(chǔ)在芯片中的產(chǎn)品信息（無(wú)源標(biāo)簽或被動(dòng)標(biāo)簽），或者由標(biāo)簽主動(dòng)發(fā)送某一頻率的信號(hào)（Active Tag，有源標(biāo)簽或主動(dòng)標(biāo)簽），解讀器讀取信息并解碼后，送至中央信息系統(tǒng)進(jìn)行有關(guān)數(shù)據(jù)處理。

2.3 RFID技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)

RFID芯片及讀卡器的環(huán)境適應(yīng)能力強(qiáng)；在信息的讀取上不受芯片尺寸大小與形狀限制，因此RFID標(biāo)簽正往小型化與多樣形態(tài)發(fā)展，以應(yīng)用于不同產(chǎn)品；RFID技術(shù)較傳統(tǒng)芯片更精確，識(shí)別的距離更靈活；RFID芯片標(biāo)簽可以重復(fù)地新增、修改、刪除內(nèi)部?jī)?chǔ)存的數(shù)據(jù)，方便信息的更新；內(nèi)部數(shù)據(jù)內(nèi)容經(jīng)由密碼保護(hù)，使其內(nèi)容不易被偽造及變?cè)?；RFID芯片數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量大，隨著技術(shù)發(fā)展，其容量將會(huì)繼續(xù)擴(kuò)充。

2.4 RFID技術(shù)的缺點(diǎn)

1）由于RFID技術(shù)出現(xiàn)較晚，在技術(shù)上并不成熟。由于超高頻RFID電子標(biāo)簽具有反向反射性特點(diǎn)，使得其在金屬、液體等商品中應(yīng)用比較困難。技術(shù)成熟度不夠。

2）成本高。RFID電子標(biāo)簽相對(duì)于普通條碼標(biāo)簽價(jià)格較高，為普通條碼標(biāo)簽的幾十倍，如果使用量大的話，就會(huì)造成成本太高，在很大程度上降低了市場(chǎng)使用RFID技術(shù)的積極性。

3）安全性不夠強(qiáng)。RFID技術(shù)面臨的安全性問題主要表現(xiàn)為RFID電子標(biāo)簽信息被非法讀取和惡意篡改。

4）技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一。RFID技術(shù)目前還沒有形成統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，而且市場(chǎng)上多種標(biāo)準(zhǔn)并存，致使不同企業(yè)產(chǎn)品的RFID標(biāo)簽互不兼容，進(jìn)而在一定程度上造成RFID技術(shù)的應(yīng)用的混亂。

3 RFID應(yīng)用中存在的問題

目前，RFID廣泛應(yīng)用于物流、零售、制造業(yè)、交通管理、身份驗(yàn)證、門禁系統(tǒng)、物流信息跟蹤等領(lǐng)域。盡管如此，RFID的安全隱患一直阻礙著其技術(shù)的進(jìn)一步的應(yīng)用及推廣。

3.1 主要存在的問題

RFID的安全隱患主要指的是數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾?，而?shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾嬖趦煞矫娴膯栴}：一是外界的各種干擾可能使數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生錯(cuò)誤；二是多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)占用信道使發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。

3.2 提高安全性的途徑

運(yùn)用差錯(cuò)檢測(cè)和防碰撞算法可分別解決這兩個(gè)問題：一是外界的各種干擾可能使數(shù)據(jù)傳輸產(chǎn)生錯(cuò)誤；二是多個(gè)應(yīng)答器同時(shí)占用信道使發(fā)送數(shù)據(jù)產(chǎn)生碰撞。

利用防碰撞算法和差錯(cuò)檢測(cè)兩種方法能充分解決以上問題

3.2.1 防碰撞算法

1）碰撞：所謂碰撞是指當(dāng)有多個(gè)讀寫器同時(shí)傳輸數(shù)據(jù)時(shí)，會(huì)在信道中產(chǎn)生沖突，從而造成數(shù)據(jù)間的相互干擾。

2）防碰撞算法：主要利用防碰撞協(xié)議（防沖突協(xié)議），由防碰撞算法（Anti-collision Algorithms）及相關(guān)命令來實(shí)現(xiàn)。常用的防碰撞算法有ALOHA算法、二進(jìn)制樹型搜索算法等。

3）碰撞檢測(cè)

檢測(cè)接收到信號(hào)電壓幅度、脈沖寬度等參數(shù)是否出現(xiàn)了變化，通過差錯(cuò)檢測(cè)法檢查是否出現(xiàn)錯(cuò)碼，盡管奇偶校驗(yàn)、CRC碼檢測(cè)到的傳輸錯(cuò)誤可能不是由數(shù)據(jù)碰撞引起的，但也把這種情況視為碰撞；利用某些編碼的特性，通過檢查是否出現(xiàn)非正常碼來判斷數(shù)據(jù)是否產(chǎn)生了碰撞，若以2倍數(shù)據(jù)時(shí)鐘頻率的NRZ碼表示曼徹斯特碼，當(dāng)出現(xiàn)11碼時(shí)則表示出現(xiàn)了碰撞，且可以確定哪一位出現(xiàn)了碰撞。

3.2.2 差錯(cuò)檢測(cè)

1）差錯(cuò)：包括隨機(jī)錯(cuò)誤，即信道中隨機(jī)噪聲或干擾引起的差錯(cuò)；突發(fā)錯(cuò)誤，由突發(fā)干擾引起和混合錯(cuò)誤三種。

2）差錯(cuò)控制：在信息數(shù)據(jù)中增加冗余編碼，使檢測(cè)碼和信息碼間建立一特定關(guān)系，從而實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制編碼及解碼，即差錯(cuò)控制。差錯(cuò)控制過程為ARQ-反饋重發(fā)、FEC-前向糾錯(cuò)、HEC-混合糾錯(cuò)。

3）差錯(cuò)檢測(cè)：RFID技術(shù)中常用差錯(cuò)檢測(cè)碼是循環(huán)冗余碼，即CRC。循環(huán)冗余碼的檢錯(cuò)能力強(qiáng)，硬件實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單。具體算法為：將k位信息寫成k-1階多項(xiàng)式M（X）；然后設(shè)生成多項(xiàng)式G（X）的階為r；再用模2除法計(jì)算XrM（X）/G（X），獲得余數(shù)多項(xiàng)式R（X）；最后用模2減法求得傳送多項(xiàng)式T（X），T（X）= XrM（X）-R（X），則T（X）多項(xiàng)式系數(shù)序列的前k位為信息位，后r位為校驗(yàn)位，總位數(shù)n=k+r。

4 結(jié)束語(yǔ)

近年來，由于RFID技術(shù)的成熟和制作成本的下降，RFID已廣泛應(yīng)用到各行各業(yè)。然而隨著應(yīng)用的推廣，人們也逐漸意識(shí)到了RFID在安全性方面的缺失。本文所提到的差錯(cuò)檢測(cè)和防碰撞算法在一定程度上提高了數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐暾裕玆FID安全性涉及多個(gè)方面，單一的技術(shù)并不能完全解決其安全性問題，因此進(jìn)一步研究如何提高系統(tǒng)安全性仍是我們需要不斷研究的課題。

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