基于RFID的供應(yīng)鏈系統(tǒng)安全性分析

王笑梅，張朝暉WANG Xiao-mei,ZHANG Zhao-hui

（1.上海師范大學(xué) 信息與機(jī)電工程學(xué)院，上海 200234；2.東華大學(xué) 旭日工商管理學(xué)院，上海 200051）

(1.Shanghai Normal University College of Information,Mechanical and Electrical Engineering,Shanghai 200234,China;2.Donghua University Glorious Sun School of Business and Management,Shanghai 200051,China)

隨著市場(chǎng)全球化和競(jìng)爭(zhēng)的日益加劇，企業(yè)利潤的實(shí)現(xiàn)方式也正發(fā)生變化，生產(chǎn)領(lǐng)域成本降低的潛力正逐步消弱，但隨著信息技術(shù)的不斷發(fā)展，供應(yīng)鏈領(lǐng)域中存在降低成本的大量機(jī)會(huì)。供應(yīng)鏈管理是圍繞核心企業(yè)對(duì)信息流、物流、資金流進(jìn)行協(xié)調(diào)和控制，形成一個(gè)整體的功能網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)模式。在供應(yīng)鏈系統(tǒng)中，信息共享起著關(guān)鍵作用，信息共享可以弱化供應(yīng)鏈上不可避免的信息扭曲現(xiàn)象，改善由于信息不對(duì)稱導(dǎo)致的供應(yīng)鏈?zhǔn)д{(diào)，從而減弱牛鞭效應(yīng)對(duì)供應(yīng)鏈的負(fù)面影響。將射頻技術(shù)和Inetrnet技術(shù)結(jié)合可以提供一個(gè)信息共享和溯源的服務(wù)平臺(tái)?，F(xiàn)有的RFID技術(shù)多用于相對(duì)封閉的企業(yè)內(nèi)部，要在基于RFID的供應(yīng)鏈系統(tǒng)中實(shí)現(xiàn)信息的共享和溯源，必須將原本安全的信息從相對(duì)封閉的供應(yīng)鏈面向相對(duì)開放的環(huán)境，這在安全性上會(huì)存在很多風(fēng)險(xiǎn)，如何在不明顯增加成本的前提下降低風(fēng)險(xiǎn)，提高系統(tǒng)的安全性，是基于RFID的供應(yīng)鏈系統(tǒng)研究的方向之一。

1 RFID和供應(yīng)鏈的關(guān)系

供應(yīng)鏈管理是一個(gè)復(fù)雜的系統(tǒng)，其中的種種難題幾乎都跟供應(yīng)鏈系統(tǒng)的復(fù)雜性和不確定性特征息息相關(guān)，而RFID在提高供應(yīng)鏈可視化程度、庫存準(zhǔn)確性、對(duì)需求預(yù)測(cè)的準(zhǔn)確度、供應(yīng)鏈中各節(jié)點(diǎn)企業(yè)的協(xié)同性、供應(yīng)鏈快速反應(yīng)能力上都有很大的作用。原因如下[1]：

（1）可以更有效地利用資源。RFID不需要人工去識(shí)別標(biāo)簽，讀卡器直接從射頻標(biāo)簽中讀出商品相關(guān)數(shù)據(jù)。一些讀卡器可以每秒讀取上百個(gè)標(biāo)簽的數(shù)據(jù)，節(jié)省大量的勞動(dòng)力資源。

（2）有效地促成供應(yīng)鏈結(jié)構(gòu)的優(yōu)化。通過跨組織實(shí)施RFID技術(shù)，上游的供應(yīng)商和制造商，下游的分銷和零售商，都可以跟蹤供應(yīng)鏈中的產(chǎn)品，降低存貨量以減少流動(dòng)資金的占用，更精確高效地存儲(chǔ)產(chǎn)品并增加銷售。

（3）真正做到實(shí)時(shí)供應(yīng)鏈管理。RFID在自動(dòng)采集數(shù)據(jù)技術(shù)當(dāng)中具有非常大的優(yōu)勢(shì)，通過RFID網(wǎng)絡(luò)提供的信息平臺(tái)，庫存或運(yùn)輸途中的貨物都能清晰準(zhǔn)確的表現(xiàn)出來，各供應(yīng)鏈成員可以了解整個(gè)供應(yīng)鏈的銷售、供應(yīng)狀態(tài)。整個(gè)供應(yīng)鏈的反應(yīng)速度、準(zhǔn)確性提高，從而減少了反向物流。

供應(yīng)鏈中包含的不同企業(yè)具有不同的運(yùn)營目標(biāo)，會(huì)出現(xiàn)供應(yīng)鏈協(xié)調(diào)問題，要想解決這個(gè)問題就要實(shí)現(xiàn)供應(yīng)鏈當(dāng)中的信息共享。基于RFID的供應(yīng)鏈系統(tǒng)可以很好地解決信息共享問題。目前最成功的RFID供應(yīng)鏈的信息模型是Auto-ID中心提出的EPCglobal網(wǎng)絡(luò)，該網(wǎng)絡(luò)通過提高供應(yīng)鏈上貿(mào)易單元信息的透明度和可視性，提高供應(yīng)鏈的運(yùn)作效率。下面將以此信息模型為樣本分析基于RFID的供應(yīng)鏈在信息共享中存在的安全隱患。

2 EPC網(wǎng)絡(luò)體系結(jié)構(gòu)

RFID是一種非接觸式的自動(dòng)識(shí)別技術(shù)，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)信息。為了降低標(biāo)簽的成本，標(biāo)簽中通常只存儲(chǔ)一個(gè)識(shí)別號(hào)，作為查詢數(shù)據(jù)的鍵值，其它的相關(guān)信息存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)中的服務(wù)器中，這就需要一個(gè)RFID信息交換平臺(tái)來存儲(chǔ)和分享商品流通的信息。EPC（Electronic Product Code）網(wǎng)絡(luò)就是在現(xiàn)有的Internet基礎(chǔ)上利用RFID和數(shù)據(jù)通信技術(shù)構(gòu)建的一個(gè) “物聯(lián)網(wǎng)”，該網(wǎng)絡(luò)中的實(shí)體對(duì)象采用非人工干預(yù)的方式，以Internet為平臺(tái)實(shí)現(xiàn)信息的共享和交互。EPC網(wǎng)絡(luò)的運(yùn)作方式，如圖1所示[3]。

（1）首先制造商將寫有EPC碼的RFID標(biāo)簽貼在產(chǎn)品上。（2）制造商在EPCIS（Information Service）中記錄產(chǎn)品資料 （如制造日期、制造地點(diǎn)等）。（3）EPCIS將EPC資料動(dòng)態(tài)登陸于EPC Discovery Server（DS）上。（4）制造商將商品運(yùn)送到經(jīng)銷商。（5）經(jīng)銷商將產(chǎn)品收貨記錄記錄于EPCIS中。（6）經(jīng)銷商的EPC IS將EPC資料動(dòng)態(tài)登陸于EPCDS上。

EPC碼是在供應(yīng)鏈中唯一標(biāo)識(shí)商品的編碼，用于識(shí)別運(yùn)動(dòng)中的物品并通過Internet提供相關(guān)物品的信息。EPCIS提供以EPC碼為索引值，有此EPC碼的產(chǎn)品的基本屬性資料和相關(guān)動(dòng)態(tài)資料。EPCDS提供以EPC碼為索引值，有此EPC碼所經(jīng)過供應(yīng)鏈成員所屬的IS的URL。EPC網(wǎng)絡(luò)還提供了一個(gè)查詢系統(tǒng)滿足信息查詢的要求，該查詢系統(tǒng)包括EPCONS（Object Name Service），提供以EPC碼為索引值，有此EPC碼的IS的URL，如果需要查詢某個(gè)商品的信息，首先查詢記錄Root ONS，根據(jù)EPC中的公司代碼找出對(duì)應(yīng)的Local ONS地址，根據(jù)EPC中商品的代碼找出對(duì)應(yīng)的EPCDS，EPCDS告知相關(guān)的產(chǎn)品信息。EPC網(wǎng)絡(luò)允許所有相關(guān)的單位 （制造商、供應(yīng)商、銷售商等）動(dòng)態(tài)的檢索EPC信息，可以通過整個(gè)供應(yīng)鏈對(duì)貨品進(jìn)行實(shí)時(shí)跟蹤，信息共享。

圖1 EPC網(wǎng)絡(luò)運(yùn)作方式

3 基于RFID的供應(yīng)鏈系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)分析

供應(yīng)鏈中共享信息的重要性和敏感性決定了在開展RFID技術(shù)時(shí)必須嚴(yán)肅對(duì)待數(shù)據(jù)的安全性。下面首先對(duì)基于RFID供應(yīng)鏈系統(tǒng)的安全造成威脅的風(fēng)險(xiǎn)進(jìn)行分析，以便采用適當(dāng)對(duì)策降低風(fēng)險(xiǎn)。

RFID供應(yīng)鏈中信息的共享由以下三個(gè)階段構(gòu)成： （1）RFID標(biāo)簽的讀取和內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)通信。RFID讀寫器通過無線射頻讀取標(biāo)簽中的信息，并提交給中間件以完成進(jìn)一步的處理。（2）查詢服務(wù)。根據(jù)標(biāo)簽中的代碼信息，查詢ONS，找出對(duì)應(yīng)商品的EPCIS。（3）信息訪問。從對(duì)應(yīng)商品的EPCIS中查詢目標(biāo)商品的信息。

根據(jù)這個(gè)過程的不同階段，可以將對(duì)整個(gè)網(wǎng)絡(luò)的風(fēng)險(xiǎn)分析分為兩個(gè)部分來討論： （1）識(shí)別系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)應(yīng)的是第一個(gè)階段，指RFID標(biāo)簽和讀寫器之間利用無線射頻傳遞信息時(shí)存在的風(fēng)險(xiǎn)。（2）查詢服務(wù)存在的風(fēng)險(xiǎn)，對(duì)應(yīng)的是第二、三階段，指在信息查詢時(shí)存在風(fēng)險(xiǎn)。

3.1 風(fēng)險(xiǎn)分析方法

信息安全中有 “三大原則”[3]。即隱秘性 （Confidentiality）、完整性 （Integrity）和可用性 （Availability）（CIA），這三個(gè)信息安全準(zhǔn)則被認(rèn)為是信息系統(tǒng)安全防護(hù)的基礎(chǔ)。

隱秘性：是確保信息在存儲(chǔ)、使用、傳輸過程中不會(huì)泄漏給非授權(quán)用戶或?qū)嶓w，是對(duì)數(shù)據(jù)和資源的保護(hù)。存儲(chǔ)在RFID標(biāo)簽中的信息有些是敏感信息，這類信息包含兩類隱私，位置隱私和信息隱私，如果被破壞會(huì)導(dǎo)致商業(yè)情報(bào)被竊取和非法跟蹤。

完整性：包括數(shù)據(jù)完整性和身份完整性。確保信息在存儲(chǔ)、使用、傳輸過程中不會(huì)被非授權(quán)用戶篡改，同時(shí)還要防止授權(quán)用戶對(duì)系統(tǒng)及信息進(jìn)行不恰當(dāng)?shù)拇鄹?，保持信息的一致性。如果不能保證網(wǎng)絡(luò)和服務(wù)器接收的是完整而正確的信息，則他們提供的服務(wù)是危險(xiǎn)的。破壞完整性的一種攻擊方式是數(shù)據(jù)欺騙，數(shù)據(jù)欺騙是攻擊者試圖證明自己身份的合法性，攻擊成功就可以和所欺騙的資源通信，對(duì)合法用戶的正常資源造成影響和破壞。

可用性：確保授權(quán)用戶或?qū)嶓w對(duì)信息及資源的正常使用不會(huì)被異常拒絕，允許其可靠而及時(shí)地訪問信息及資源。

除了CIA，信息安全還有一些其他原則，包括可追溯性 （Accountability）、不可抵賴性 （Non-repudiation）、真實(shí)性 （Authenticity）、可控性 （Controllable）等，這些都是對(duì)CIA原則的細(xì)化、補(bǔ)充或加強(qiáng)。與CIA三元組相反的有一個(gè)DAD概念，即泄漏 （Disclosure）、篡改 （Alteration）和破壞 （Destruction），實(shí)際上DAD就是信息安全面臨的最普遍的三類風(fēng)險(xiǎn)。下面從這CIA出發(fā)來分析威脅RFID網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)安全性的因素。

3.2 識(shí)別系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)

識(shí)別系統(tǒng)部件間的通信信道，如標(biāo)簽和讀寫器之間是不安全的無線信道，在該系統(tǒng)存在很多涉及安全性的問題，也一直是很多研究的關(guān)注點(diǎn)[4-5]。

隱秘性風(fēng)險(xiǎn)：隱秘性風(fēng)險(xiǎn)主要來自欺騙，信息公開和提高權(quán)限[5]。欺騙攻擊是指攻擊者向系統(tǒng)提供與有效信息相似的虛假信息，如在一個(gè)RFID系統(tǒng)中利用一個(gè)虛假的讀寫器讀取標(biāo)簽，獲取標(biāo)簽中的信息。欺騙攻擊不僅可以帶來隱秘性風(fēng)險(xiǎn)還可以導(dǎo)致完整性風(fēng)險(xiǎn)。信息公開也會(huì)給RFID系統(tǒng)帶來隱秘性風(fēng)險(xiǎn)，RFID系統(tǒng)中的標(biāo)簽數(shù)據(jù)可在一定距離中傳輸，且在讀寫器和標(biāo)簽中的通信信道是不安全的無線信道，容易被攻擊者竊聽，根據(jù)標(biāo)簽中的識(shí)別信息的唯一性，可以實(shí)施對(duì)攜帶該標(biāo)簽對(duì)象的克隆和跟蹤。如利用一個(gè)便攜式讀寫器掃描一個(gè)合法的帶有標(biāo)簽的行李，就能得到標(biāo)簽所存儲(chǔ)的信息，通過使用這些信息，可以復(fù)制出相同的標(biāo)簽并貼到非法行李中。歐洲央行試圖將RFID技術(shù)應(yīng)用到歐元上以防止假幣，如果一個(gè)小偷攜帶一個(gè)RFID讀寫器來掃描潛在的對(duì)象，就會(huì)識(shí)別哪些目標(biāo)帶有大量現(xiàn)金[6]。

完整性風(fēng)險(xiǎn)：欺騙和篡改數(shù)據(jù)可以造成完整性風(fēng)險(xiǎn)。攻擊者可以通過刪除、添加、修改標(biāo)簽中的數(shù)據(jù)，或在標(biāo)簽和讀寫器通信之間篡改信息來實(shí)現(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的破壞。

可用性風(fēng)險(xiǎn)：拒絕服務(wù)攻擊又稱淹沒攻擊，當(dāng)數(shù)據(jù)量超過服務(wù)器的處理能力導(dǎo)致信號(hào)淹沒時(shí)，則會(huì)發(fā)生拒絕攻擊。在RFID系統(tǒng)中還可以通過射頻阻塞，即用噪聲信號(hào)淹沒射頻信號(hào)導(dǎo)致系統(tǒng)失效。現(xiàn)在很多標(biāo)簽都有Kill指令，使標(biāo)簽可以被滅活，以保護(hù)私有信息的安全性，文獻(xiàn)[8]中就介紹了一種攻擊方式，可以觸發(fā)Kill指令，使標(biāo)簽失效。

3.3 查詢服務(wù)中的風(fēng)險(xiǎn)

ONS解決方案本身會(huì)導(dǎo)致安全性上的很多問題。ONS是域名服務(wù)器 （DNS）的子集，即利用已存的DNS的處理過程和工具來實(shí)現(xiàn)EPC的域名管理，所以DNS上存在的安全性問題同樣會(huì)影響ONS服務(wù)，遺憾的是DNS在設(shè)計(jì)之初并沒有考慮其安全性問題，既沒有在DNS內(nèi)部對(duì)其數(shù)據(jù)提供認(rèn)證和安全性檢查，也沒有對(duì)DNS服務(wù)進(jìn)行訪問控制，存在較多漏洞，在文獻(xiàn)[7]中對(duì)現(xiàn)有DNS存在的缺陷做了詳細(xì)的分析。

ONS服務(wù)的特點(diǎn)是，對(duì)于每個(gè)指定的EPC標(biāo)簽，根據(jù)EPC編碼值進(jìn)行查詢，返回和該EPC編碼相關(guān)的EPCIS的信息。ONS中不包含任何與EPC相關(guān)的數(shù)據(jù)，只是實(shí)際數(shù)據(jù)的網(wǎng)絡(luò)服務(wù)地址。

對(duì)EPCIS服務(wù)器的連接雖然使用了安全套接字層 （SSL）/安全傳輸層 （TLS），但在初始化ONS查詢進(jìn)程服務(wù)時(shí)是沒有認(rèn)證和加密措施的，部分編碼主體是以明文方式在中間件和ONS之間傳遞[3]，而這些編碼會(huì)導(dǎo)致商業(yè)信息的泄漏，帶來隱秘性上的風(fēng)險(xiǎn)。在EPC網(wǎng)絡(luò)中完整性包括返回的ONS信息的正確性和完整性，特別是相關(guān)的EPCIS的地址和信息自身。一個(gè)攻擊者如果控制了中間ONS或DNS服務(wù)器，或者成功實(shí)現(xiàn)中間人通信攻擊，就可以偽造返回的EPCIS表。例如攻擊者攔截了來自外部應(yīng)用到某公司ONS查詢，并返回了一個(gè)虛假的URLs的應(yīng)答，攻擊者就可能將錯(cuò)誤的信息傳遞給對(duì)方，這會(huì)導(dǎo)致完整性風(fēng)險(xiǎn)。若攻擊者利用名稱鏈或緩存病毒入侵攻擊，會(huì)導(dǎo)致用戶和非法的服務(wù)器交換信息，帶來極大的威脅。ONS提供的服務(wù)是整個(gè)RFID網(wǎng)絡(luò)的關(guān)鍵，而DNS面對(duì)拒絕服務(wù) （DoS）攻擊是很脆弱的[7]，由于ONS對(duì)DNS的依賴性，如果不能很好的解決拒絕服務(wù)攻擊的問題，對(duì)RFID網(wǎng)絡(luò)的可用性會(huì)帶來很大的風(fēng)險(xiǎn)。

4 解決方案

如果以風(fēng)險(xiǎn)發(fā)生的可能性和風(fēng)險(xiǎn)對(duì)系統(tǒng)的影響為主要因素來評(píng)估風(fēng)險(xiǎn)的威脅程度，則在識(shí)別系統(tǒng)中欺騙和非法的信息公開是最危險(xiǎn)的。篡改數(shù)據(jù)在技術(shù)上存在較大的困難，首先攻擊者要能克服欺騙攻擊時(shí)的技術(shù)問題，同時(shí)在修改標(biāo)簽內(nèi)部數(shù)據(jù)時(shí)又必須克服32位的PIN，如果試圖修改標(biāo)簽和讀寫器間傳遞的信息，則既要準(zhǔn)確的抓住合適的時(shí)機(jī)，又要克服和其他合法標(biāo)簽發(fā)送的信息之間的沖突，所以對(duì)該威脅造成的風(fēng)險(xiǎn)可以暫時(shí)忽略。

欺騙攻擊產(chǎn)生的主要原因缺乏必要的認(rèn)證體系。RFID標(biāo)簽的計(jì)算資源和存儲(chǔ)資源都十分有限，缺乏有效的密碼機(jī)制支持，限制了在標(biāo)簽和讀寫器之間的安全認(rèn)證體制。現(xiàn)有的一些解決方案都存在一些問題，Hash-Lock方案無法動(dòng)態(tài)刷新ID，攻擊者可以跟蹤標(biāo)簽并利用重放進(jìn)行攻擊。隨機(jī)化的Hash-Lock方案可以解決標(biāo)簽跟蹤問題，但不能抵抗重放攻擊。Hash鏈協(xié)議也只能實(shí)現(xiàn)對(duì)標(biāo)簽身份的單向認(rèn)證，不能抵抗重放攻擊[12]，從而導(dǎo)致欺騙攻擊在技術(shù)上是可以實(shí)現(xiàn)的，也是最危險(xiǎn)的。鑒于標(biāo)簽的物理特性，標(biāo)簽的存儲(chǔ)空間和計(jì)算能力都是有限的，使用輕量級(jí)協(xié)議提供安全保障是目前以及未來的研究重點(diǎn)，所謂輕量級(jí)算法僅具有很少的一些規(guī)則，或者說，這些規(guī)則遵守起來很容易。但是目前還沒有完善的方案可以提供足夠的安全保證，這是我們未來研究的方向。

現(xiàn)在的一些標(biāo)簽也具有了更好的安全加密功能，保證了在讀寫器讀取信息的過程中不會(huì)把數(shù)據(jù)擴(kuò)散出去。如EPC Gen2標(biāo)簽在芯片中有96字節(jié)的存儲(chǔ)空間，為了更好的保護(hù)存儲(chǔ)在標(biāo)簽和相應(yīng)數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)，在Unconceal（公開）、Unlock（解鎖）和Kill（滅活）指令中都設(shè)置了專門的口令，使得標(biāo)簽不能隨意被公開、解鎖和滅活。

在查詢過程中，欺騙、信息公開、篡改數(shù)據(jù)和拒絕服務(wù)帶來的風(fēng)險(xiǎn)也都是必須嚴(yán)肅對(duì)待的。現(xiàn)有的對(duì)策主要有VPN或SSL專用通道、DNS安全性擴(kuò)展 （DNSSEC）[9]等。VPN或SSL專用通道利用VPN和SSL加密技術(shù)建立一個(gè)私有的RFID網(wǎng)絡(luò)，可以降低在隱秘性和完整性上存在的風(fēng)險(xiǎn)，但是無法實(shí)現(xiàn)動(dòng)態(tài)的全球化的信息平臺(tái)共享。DNSSEC是一整套安全規(guī)則，用來確保域名系統(tǒng)內(nèi)部信息的安全，在提供權(quán)限認(rèn)證功能的同時(shí)保證信息的完整，同時(shí)使用了非對(duì)稱與對(duì)稱式的加密模式對(duì)資源記錄和區(qū)域傳輸模式分別進(jìn)行了處理。如果DNSSEC能被廣泛使用，則基于ONS方案導(dǎo)致的安全性問題就會(huì)迎刃而解。

5 結(jié) 論

RFID在我國的應(yīng)用和國際應(yīng)用幾乎是同步進(jìn)行的，在供應(yīng)鏈系統(tǒng)上已有成功的應(yīng)用，如某集團(tuán)在棉花物流系統(tǒng)中采用RFID，從棉花收購開始，在棉包里放置RFID，應(yīng)用于收購、質(zhì)檢、物流、倉儲(chǔ)等環(huán)節(jié)的信息共享。但現(xiàn)在的應(yīng)用通常集中在某個(gè)系統(tǒng)中，相對(duì)封閉，自成體系，一旦真正用于供應(yīng)鏈中，首先面臨安全性風(fēng)險(xiǎn)問題。要想真正發(fā)揮RFID在供應(yīng)鏈領(lǐng)域中的作用，就必須采取有效措施來降低風(fēng)險(xiǎn)，使系統(tǒng)遭受安全攻擊的可能性最小化。本文對(duì)基于RFID的供應(yīng)鏈系統(tǒng)的安全做了分析，對(duì)相應(yīng)解決方案做了評(píng)估。RFID標(biāo)簽和后端系統(tǒng)之間的通信是非接觸和無線的，很容易受到竊聽；標(biāo)簽本身的計(jì)算能力和可編程性，直接受到成本要求的限制；網(wǎng)絡(luò)的設(shè)計(jì)特別是ONS固有的缺陷等，都會(huì)給RFID網(wǎng)絡(luò)帶來風(fēng)險(xiǎn)。但是一些機(jī)制，如輕量型RFID協(xié)議，DNSSEC等可以解決這些風(fēng)險(xiǎn)。我們未來工作的目標(biāo)是設(shè)計(jì)有效的輕型RFID協(xié)議，在不明顯增加成本的前提下實(shí)現(xiàn)RFID在供應(yīng)鏈系統(tǒng)的應(yīng)用，提供一個(gè)安全可靠的物聯(lián)網(wǎng)。

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