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RFID系统防碰撞与安全技术研究

张学军  
【摘要】:射频识别(Radio Frequency Identification, RFID)是利用射频信号通过空间电磁耦合实现无接触式自动识别的技术。RFID技术无需直接接触、无需光学可视、无需人工干预即可完成信息输入和处理,具有操作方便快捷、存储数据量大、保密性好、反应时间短、对环境适应性强、识别距离远、穿透能力强、多物体识别、抗污染等优点,现在已广泛应用于工业自动化,商业自动化、交通运输管理、产品证件防伪、防盗等众多领域,随着物联网技术和应用的不断深入,作为物联网关键技术的RFID技术已成为当前研究的热点。论文首先研究了RFID系统的组成和分类,并对现有防碰撞算法性能进行了分析和仿真,深入研究了RFID系统的安全与隐私协议。 论文在自适应多叉树防碰撞算法的基础上,通过优化阅读器所发送前缀的方法,提出了改进型自适应多叉树防碰撞算法(IAMS算法)。该算法通过计算碰撞因子来动态地选择搜索树的叉数,并对四叉树的查询前缀进行优化,从而避免了大量的空闲时隙。论文通过数学分析,准确地描述了IAMS算法识别标签所需的时隙数。仿真结果表明,IAMS算法具有更快的识别速度和更高的系统吞吐率。 根据特定应用场合下,标签识别码连续的特点,论文提出了基于标签识别码分组的连续识别防碰撞算法(UIG算法),该算法首先根据公司编码和产品编码将所有标签分组,再由产品序列号的碰撞信息生成每组的两个初始标签识别码。然后,通过对初始标签识别码分别连续减1和加1识别出所有标签。性能分析和仿真结果显示,该算法在时间复杂度和通信复杂度上都有很大改善,吞吐率得到了大大的提高。 结合自适应时隙数防碰撞算法和二进制树算法,论文提出了一种新型的防碰撞算法——增强型自适应时隙数算法(EAS算法),该算法首先运用改进型的自适应时隙数算法,依据碰撞时隙迅速把标签分成若干组,再根据保存在队列中的碰撞时隙应用二进制树算法快速识别标签。性能分析和仿真结果显示,该算法在识别效率和吞吐率上都有很大的改善。 论文在轻量型相互认证协议(LMAP协议)的基础上,通过增加一个基于随机数循环左移的操作,提出了基于循环移位的轻量型相互认证协议(CSLMAP协议),并用BAN逻辑对协议的安全性进行了证明。结果显示,所提出的CSLMAP协议解决了LMAP协议中的安全隐私问题,提高了认证协议的执行效率,降低了标签的应用成本。 在极低限要求相互认证协议(M2AP)的基础上,通过对传输的信息进行一定的保护,论文提出了一种改进型极低限要求相互认证协议(IM2AP),并用BAN逻辑对协议的安全性进行了证明。该协议利用标签配备的密钥,产生两个可以和阅读器共享的随机数,并根据这个随机数对传输的信息进行循环移位,从而有效地避免了中间人攻击。文章通过安全分析和性能分析,表明该协议能够在维持标签低成本的同时确保很好的安全性和可靠性。


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