無線射頻識別技術(shù)在藍牙通信中的應(yīng)用

安海霞

（諾基亞通信系統(tǒng)技術(shù)（北京）有限公司，浙江 杭州 310000）

0 引 言

互聯(lián)網(wǎng)的誕生為相關(guān)技術(shù)發(fā)展提供了重要的基礎(chǔ)條件，目前大部分技術(shù)都是以互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)為依托進行創(chuàng)新。而物聯(lián)網(wǎng)作為我國重點開發(fā)的新興領(lǐng)域，不僅可以提升人們?nèi)粘Ｉ畹谋憬菪?，而且還能推動社會的快速發(fā)展。在信息大爆炸時代，信息數(shù)據(jù)自身的更新速度和數(shù)量都超出人們想象，而無線射頻識別（Radio Frequency IDentification，RFID）技術(shù)的應(yīng)用能夠不與物體直接接觸就快速獲取數(shù)據(jù)，并且完成自動識別。

1 無線射頻識別技術(shù)

RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，根據(jù)射頻信號的傳輸特性自動識別貼有RFID標(biāo)簽的對象，隨后閱讀器會向空間發(fā)送電磁波能量，該能量感應(yīng)到的標(biāo)簽會利用電磁波能量驅(qū)動內(nèi)部電路，以反射的作用帶回自身所攜帶數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)經(jīng)過閱讀器接收、解碼后傳遞至RFID中間件進行處理，以此完成整個數(shù)據(jù)識別流程[1]。

產(chǎn)品電子代碼（Electronic Product Code，EPC）是美國麻省理工學(xué)院自動識別技術(shù)中心于1999年提出的開放網(wǎng)絡(luò)構(gòu)想，在國際條碼組織和寶潔公司、IBM公司等全球83個跨國公司的共同支持下，開展了EPC網(wǎng)絡(luò)框架構(gòu)想計劃。在2003年，此計劃已經(jīng)完成了相關(guān)技術(shù)體系的規(guī)模場地使用測試，并且成立了EPC GLOBAL全球組織，以推廣EPC技術(shù)的應(yīng)用。EPC載體是RFID電子標(biāo)簽，并利用互聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)傳遞信息。其中，EPC標(biāo)簽含有微芯片和天線，天線與芯片相互連接。該標(biāo)簽中存入EPC代碼，貼附在貨箱、貨盤以及其他需要標(biāo)識的物品上[2]。利用無線射頻識別技術(shù)將RFID標(biāo)簽傳送到閱讀器上，閱讀器通過無線電波與EPC標(biāo)簽通信，同時利用RFID中間件傳輸信息至本地信息系統(tǒng)。簡單的無線設(shè)備識別系統(tǒng)包含應(yīng)用程序、服務(wù)器、閱讀器以及標(biāo)簽對象，具體如圖1所示。

圖1 無線設(shè)備識別系統(tǒng)

RFID技術(shù)種類繁多，由其所創(chuàng)建的系統(tǒng)也相對較多。電子商品防盜系統(tǒng)（Electronic Article Surveillance，EAS）是一種用于控制貨物進出入口的技術(shù)，超市出入口、收銀臺都有所應(yīng)用，商品如若未進行消磁處理，系統(tǒng)就會自動報警。EAS系統(tǒng)由電子傳感器、電子標(biāo)簽消除設(shè)備以及顯示器3大部分構(gòu)成，該技術(shù)的運用使產(chǎn)品安全性得到了極大提高，不需要人為監(jiān)督。便攜式數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)利用RFID技術(shù)在手機上進行數(shù)據(jù)采集，具有良好的環(huán)境適應(yīng)性，能夠?qū)崟r、準(zhǔn)確地向主機傳輸大量數(shù)據(jù)[3]。隨著網(wǎng)絡(luò)電商的快速發(fā)展，商家可通過讀取標(biāo)簽來迅速獲得商品信息，從而實現(xiàn)控制物流。除此之外，RFID技術(shù)還能夠?qū)崿F(xiàn)對車輛的準(zhǔn)確定位，為協(xié)調(diào)解決交通問題提供了便利。

2 射頻識別技術(shù)在藍牙通信中的實際應(yīng)用

基于跳頻碼分多址的高斯型頻率監(jiān)控調(diào)制中，在應(yīng)用藍牙技術(shù)時需要選擇工業(yè)、科學(xué)、醫(yī)學(xué)（Industrial ScienTIfic Medical，ISM）波段，在ISM波段上開展藍牙通信能夠避免潛在干擾[4]。對于跳頻通信而言，頻率合成器必不可少，但是該器件電子組件性能屬于非理想化，頻率變化存在時間特征，一般被劃分為功率下降、零功率和功率上升3個時段，其中可能會包含瞬態(tài)特征。RFID技術(shù)在藍牙設(shè)備傳輸無線電信號期間，可輕易捕捉跳頻信號。頻率跳變的瞬態(tài)信號具有規(guī)則性與穩(wěn)定性，同時也方便檢測到瞬態(tài)信號開始點[5]。本次使用Tekronix公司生產(chǎn)的RSA3408A型實時頻譜分析儀進行藍牙信號捕捉工作，該儀器具備兩個USB接口和1個局域網(wǎng)接口，用于數(shù)據(jù)的探測和傳輸[6]。

藍牙設(shè)備在開機期間，其瞬態(tài)信號可以反映一個無線電設(shè)備獨一無二的硬件特征，除非能夠整體精準(zhǔn)復(fù)制無線電設(shè)備電路結(jié)構(gòu)，否則要想偽造該信號和硬件，必須要竊取無線電設(shè)備。假設(shè)攻擊者不能對藍牙設(shè)備進行完美復(fù)制，則不能偽造相應(yīng)的射頻指紋?；诖耍瑢λ{牙指紋射頻識別如何檢測到外部復(fù)制和蟲洞攻擊進行分析。在蟲洞攻擊過程中，攻擊者從網(wǎng)絡(luò)中的某節(jié)點接收分組，將包通過秘密通道傳送給網(wǎng)絡(luò)中的其他節(jié)點，再將包的數(shù)據(jù)拷貝到網(wǎng)絡(luò)中。兩個藍牙微微網(wǎng)組成一個分布網(wǎng)，每個微微網(wǎng)包含8個藍牙設(shè)備，如圖2所示。

圖2 蟲洞模型

蟲洞攻擊是最難以偵測的一種，攻擊者不需要對分組里的信息進行改變就可以攻擊。每個微微網(wǎng)都有一個由攻擊者所控制的節(jié)點，攻擊者可以創(chuàng)建一個蟲洞[7]。如果針對無線自組織路由協(xié)議進行蟲洞攻擊，在蟲洞攻擊中的隧道距離大于間隔距離情況下，攻擊者可以很容易使通過隧道的分組比其他通過一般多跳路由的分組更早地到達目的節(jié)點。如果攻擊者有意地傳送數(shù)據(jù)包的一部分或?qū)?shù)據(jù)包的內(nèi)容進行修改，那么數(shù)據(jù)包就會丟失或受到損害。同時，由于蟲洞造成的假路徑比真實路徑短，因此基于節(jié)點距離的路由協(xié)議不能被發(fā)現(xiàn)。而藍牙指紋射頻識別技術(shù)可以用來鑒別個體的藍牙節(jié)點，是對抗藍牙無線網(wǎng)絡(luò)中蟲洞攻擊的有效工具。蟲洞攻擊案例如圖3所示，其中節(jié)點B能夠檢測到蟲洞攻擊，雖然分組的內(nèi)容表示發(fā)自于節(jié)點A，但是對于信號進行指紋識別可以了解其來自于節(jié)點E2。如果分組通過微微網(wǎng)路由，那么分組的內(nèi)容會聲稱其發(fā)自于節(jié)點M。

圖3 蟲洞攻擊案例

為了對抗蟲洞攻擊并加強整個鏈路的安全管理，特提出一種安全鏈路管理協(xié)議，如圖4所示。

圖4 擁有指紋鑒別的鏈路管理協(xié)議

步驟1：A節(jié)點發(fā)送一個尋找鄰近節(jié)點的請求信息，節(jié)點B接收到含有請求信息的RFID信號后將其與記憶體中的指紋相比較，如果有相同的指紋資料，則輸入；如果無法找到相同的指紋資料，則轉(zhuǎn)到步驟3。

步驟2：B節(jié)點向A發(fā)送響應(yīng)信息，然后進行下一步的工作，例如進入配對程序。

步驟3：B節(jié)點向授權(quán)節(jié)點發(fā)送報告信息，以驗證節(jié)點A的身份。

步驟4：授權(quán)節(jié)點和節(jié)點A互動，以決定節(jié)點A是否被準(zhǔn)許進入微網(wǎng)。

步驟5：節(jié)點A和授權(quán)節(jié)點互動，分析節(jié)點A所包含的信息。

步驟6：授權(quán)節(jié)點向B發(fā)送回復(fù)消息，包括如何處理節(jié)點A。

3 無線射頻技術(shù)的應(yīng)用前景

經(jīng)過多年的發(fā)展，RFID技術(shù)已經(jīng)被廣泛應(yīng)用到了各個領(lǐng)域。設(shè)備可以在規(guī)定時間內(nèi)傳輸大量信息且不會受到其他無線技術(shù)的干擾，無需供應(yīng)成型濾波和多級混合電路。將電視和個人數(shù)字終端等連接可以有效整合有線電視與因特網(wǎng)，實現(xiàn)在同一條光纜上傳輸信號，極大提高了數(shù)據(jù)信號的傳輸速度與質(zhì)量。

通過對RFID技術(shù)進行分析，相關(guān)行業(yè)發(fā)展對RFID技術(shù)的需求量很大。各企業(yè)為了推動自身發(fā)展、提升自身影響力以及獲取更大的市場份額，不斷進行技術(shù)提升和企業(yè)管理革新，力求技術(shù)取勝。除了傳統(tǒng)物流、商場、圖書館管理等領(lǐng)域應(yīng)用到RFID技術(shù)之外，該技術(shù)在零部件管理領(lǐng)域也逐漸得到有效應(yīng)用。工廠設(shè)備在長期應(yīng)用中會產(chǎn)生損耗，如果維護不及時就會加速零件損壞，進而出現(xiàn)設(shè)備故障，甚至?xí)l(fā)更嚴(yán)重的安全問題。借助RFID技術(shù)可以對零件狀況進行監(jiān)測，為零部件的更換和維修提供重要依據(jù)。

建立統(tǒng)一的管理標(biāo)準(zhǔn)和技術(shù)應(yīng)用公約，各國依據(jù)此標(biāo)準(zhǔn)開展生產(chǎn)工作。加強對RFID技術(shù)的深入研究，提升技術(shù)發(fā)展水平，實現(xiàn)RFID產(chǎn)品批量化生產(chǎn)，簡化技術(shù)操作流程。除此之外，提高RFID技術(shù)的信息安全水平，建立物理安全防御體系，采取主動干擾的方式阻攔不法人員獲取標(biāo)簽信息。通過優(yōu)化通信協(xié)議并增添個人標(biāo)識，進入系統(tǒng)訪問數(shù)據(jù)時要準(zhǔn)確輸入多種驗證碼，賦予系統(tǒng)隱藏原始ID的功能，以此提高數(shù)據(jù)信息的安全性。

4 結(jié) 論

探討無線射頻識別技術(shù)在藍牙通信中的應(yīng)用，利用無線射頻識別對高頻信號的瞬時特性進行檢測，并將其應(yīng)用于藍牙設(shè)備間的數(shù)據(jù)源識別，實踐效果較好。與此同時，在具體研究過程中仍存在許多問題，例如低信噪比下的特征抽取困難、節(jié)點移動性對指紋識別的影響較大等，未來將進一步深入分析并優(yōu)化完善。