基于MD5和DES算法的RFID標簽簽發(fā)和驗證機制

胡冶　李翔

摘 要：RFID標簽的簽發(fā)和驗證是RFID應用系統(tǒng)的關鍵環(huán)節(jié)和重要節(jié)點，是RFID應用系統(tǒng)安全的基礎和保障。通過引入MD5簽名算法和DES加密算法，有效提高了RFID標簽的防偽、防篡改、防復制的能力，增強了RFID標簽的安全性。

關鍵詞：RFID；簽發(fā)；驗證；加密

中圖分類號：TP316 文獻標識碼：B 文章編號：2095-1302（2015）03-00-02

0 引 言

RFID（Radio Frequency Identification，射頻識別技術）是自動識別技術的一種，通過無線射頻方式進行非接觸雙向數(shù)據(jù)通信，對目標加以識別并獲取相關數(shù)據(jù)。它的主要核心部件是電子標簽，通過相距幾厘米到幾米距離內讀寫器發(fā)射的無線電波，可以讀取電子標簽內儲存的信息，識別電子標簽代表的物品、人和器具的身份。射頻識別技術具有很多突出的優(yōu)點：RFID技術不需要人工干預、不需要直接接觸、不需要光學可視即可完成信息輸入和處理，可工作于各種惡劣環(huán)境，可識別高速運動物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便，實現(xiàn)了無源和免接觸操作，應用便利、無機械磨損、壽命長。目前RFID技術已在倉儲、物流、交通、海關、追溯、金融等諸多領域得到了廣泛應用，其安全特性的重要性不言而喻，它決定了各個RFID應用項目的成敗。

RFID標簽的簽發(fā)是整個RFID應用鏈的起點和源點，是整個RFID應用的安全體系中最重要的核心環(huán)節(jié)之一，是后續(xù)安全要素的基礎和前提。同樣，RFID標簽的驗證也是RFID應用安全體系的核心環(huán)節(jié)和重要節(jié)點。本文通過引入MD5算法和DES算法，從技術上提高了RFID標簽應用的安全特性，有效減低了RFID標簽被偽造、篡改和攻擊的風險。

1 MD5和DES算法

MD5（Message-Digest Algorithm 5[1]，信息摘要算法5）用于確保信息傳輸完整一致，是計算機廣泛使用的摘要算法之一。作為典型應用，MD5可對一段信息（Message）產生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。MD5報文摘要算法將任意長度的信息作為輸入值，并將其換算成一個 128 位長度的"指紋信息"或"報文摘要"值來代表這個輸入值，并以換算后的值作為結果。

一般情況下，MD5算法是非常安全的。MD5算法的優(yōu)勢在于其使用不需要支付版權費用的，且已有各種計算機語言的算法實現(xiàn)。

DES（Data Encryption Standard）[2]是在1975年由IBM公司公開發(fā)表的。DES是對稱加密算法體系中的代表，在計算機網(wǎng)絡系統(tǒng)中廣泛使用。在DES算法中，明文按64位進行分組，密鑰長64位，密鑰事實上是56位參與DES運算分組后的明文組和56位的密鑰按位替代或交換的方法形成密文組的加密方法。

DES算法具有很高的安全性，到目前為止，除了用窮舉搜索法對DES算法進行攻擊外，還沒有發(fā)現(xiàn)更有效的辦法。

由于MD5算法存在一定的碰撞幾率[3]，為避免對RFID標簽摘要信息的惡意攻擊、復制和克隆，本文提出，在對RFID核心數(shù)據(jù)進行散列算法獲得摘要信息后，用DES算法予以加密，從而避免對現(xiàn)有RFID標簽數(shù)據(jù)的篡改、復制和克隆，以及非授權RFID標簽的出現(xiàn)，提高了RFID標簽的安全可靠性。

2 RFID標簽的簽發(fā)

RFID標簽的簽發(fā)，是指對對即將進入RFID應用領域的標簽進行發(fā)行機構的數(shù)字簽發(fā)，賦予其應用屬性和特征，標明該標簽的作用域、適用范圍和發(fā)行機構，避免與其他標簽或業(yè)務系統(tǒng)的混用、誤用、非授權使用等，并盡量使其具備防偽造、防篡改和防攻擊等能力的過程。通常，對RFID的標簽需經過系統(tǒng)權限驗證、讀取預發(fā)行標簽的基本特征數(shù)據(jù)并驗證，對標簽進行數(shù)字簽名等若干步驟。在本文中，如圖1所示，我們將整個簽發(fā)過程分為：

①驗證標簽發(fā)行權限；②驗證使用者權限；③讀標簽特征數(shù)據(jù)；④讀標簽TID；⑤對TID、系統(tǒng)預設的標簽編號以及其他的標簽特征數(shù)據(jù)進行MD5散列算法并進行DES加密；⑥將⑤的結果寫入標簽發(fā)行數(shù)據(jù)區(qū)。

圖1 RFID標簽簽發(fā)流程

本發(fā)行簽發(fā)模式的最大特點是將RFID標簽固有的物理特征數(shù)據(jù)TID納入了MD5數(shù)據(jù)摘要并進行了DES數(shù)據(jù)加密，結合后續(xù)的驗證機制，可有效避免RFID標簽被偽造、克隆或篡改，提高了RFID標簽的安全防偽能力。

簽發(fā)過程的部分核心源碼實現(xiàn)如下：

Procedure issue

begin

...

tagValue=tagBasicValue+tagTid；

tagMD5Value：=MD5Encrypt（tagValue）；

//MD5散列，得到信息摘要

tagDESValue：=DESEncrypt（tagMD5Value，Password）；

//DES 加密

Res：=WriteLabelBlock（Handle_Scanner，

tagDESValue，USER，@mask，@AccessPassword）；

//結果寫入標簽

...

end；

3 RFID標簽的驗證

RFID標簽的驗證是RFID應用系統(tǒng)對本其使用的RFID的標簽的合法性進行確認的過程。本文提出的RFID標簽的驗證基本流程如圖2所示。

RFID標簽驗證的基本流程包括：①驗證RFID讀權限；②讀標簽TID、標簽編號及其他標簽特征數(shù)據(jù)，讀標簽發(fā)行數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)；③DES解密標簽散列數(shù)據(jù)、HASH（TID+標簽編號+其他標簽特征數(shù)據(jù)）；④比較解密數(shù)據(jù)與HASH散列數(shù)據(jù)；⑤簽名認證完畢。

結合RFID標簽的簽發(fā)流程不難看出，通過對標簽固有的物理特征數(shù)據(jù)TID、標簽編號和其他標簽特征數(shù)據(jù)進行HASH散列，并將結果與解密后的發(fā)行簽發(fā)數(shù)據(jù)進行比較，可有效驗證RFID標簽的合法性，降低了RFID標簽被偽造和非法入侵的風險，提高了RFID應用系統(tǒng)的安全保障。

圖2 RFID標簽驗證的基本流程

驗證過程的部分核心源碼實現(xiàn)如下：

Procedure Verification

begin

res：=ReadWordBlock（Handle_Scanner，USER，@IDTemp，@ nCounter）；

if res=_OK then

begin

for j：=0 to nCounter do

begin

VerifyValues ：= VerifyValues +chr（IDTemp [j]）；

End；

TidMD5Value：=DESDecode（VerifyValues， ，Password）； //DES解密

end；

ReadLabelID（Handle_Scanner，Tid，Tid_len，@mask，@IDBuffer，@nCounter）； //讀

for j：=0 to nCounter do

begin

TidValues ：= TidValues +chr（IDBuffer [j]）；

End；

If TidMD5Value = MD5Encrypt（TidValues） then

//比較MD5值

Begin

...

End；

end；

4 結 語

本文針對RFID標簽的簽發(fā)和驗證提出了基于DES和HASH算法的鏈式結構，有效解決了RFID標簽可能存在的可能被偽造、盜用或非法入侵的安全隱患，提升了RFID標簽的安全和可用性。

在現(xiàn)有的諸多RFID應用體系框架中，還存在著很多安全隱患，亟待相關RFID從業(yè)人員從技術或管理角度予以解決，這也將是我們下一步的工作內容和研究方向。

參考文獻

[1] Ronald L. Rivest. The MD5 Message-Digest Algorithm. Network Working Group Request for Comments： 1321[S].1992.

[2] NBS. Data Encryption Standard[S]. FIPS-Pub.46，1977.

[3] Tao Xie， Dengguo Feng. How To Find Weak Input Differences For MD5 Collision Attacks[EB/OL]， http：//eprint.iacr.org/2009/223.pdf， 2009.