Key值更新随机Hash锁对RFID安全隐私的加强

2．2．3 Hash链(Hash Chain)

NTT实验室提出了一个Hash链方法，其保证了前向安全性，工作机制如下：锁定标签：对于标签ID，阅读器随机选取一个数Sl发送给标签，并将(ID，S )存储到后台数据库中，标签存储接收



到Sl后，进入锁定状态。

解锁标签：在第i次事务交换中，阅读器向标签发出询问消息，标签回答ai=G(S。)，并更新Si+l=H(s。)，其中G和H为单向Hash函数，如图4所示。

阅读器接收到ai后，搜索数据库中所有的(ID，S1)数据对，并为每个标签计算ai =G(H (s1))，比较ai*是否等于ai，若相等，则返回相应ID。

方法优点：具有不可分辨性，因为G是单向Hash函数，外人获得a。值不能推算出S。值，当外人观察标签输出时，G输出的是随机数，所以不能将a。和a。+l联系起来；具有前向安全性，因为H是单向Hash函数，即使窃取了Si+1值，也无法推算出S 值，所以无法获得标签历史活动信息。

方法缺点：需要为每一个标签计算ai*：G(H (s1))，假设数据库中存储的标签个数为N，则需进行N个记录搜索，2N个Hash函数计算，N次比较，计算和比较量较大，不适合标签数目较多的情况。

3 Key值更新随机Hash锁

鉴于上述几种安全隐私保护方法存在的缺陷，并结合几种方法的思想，本文提出了一种“Key值更新随机Hash锁”方法，实现了安全高效的读取访问控制。

3．1工作原理

数据库记录主要包括4列：H(Key)，ID，Key，Pointer，主键为H(Key)。其中ID为标签唯一标志号，Key是阅读器为每个标签选取的随机关键字，H(Key)是Key的单向Hash函数H计算值，Pointer是数据记录关联指针，主要用来保证数据的一致性。

下面详细阐述该方法的基本工作原理：

(1)锁定标签

对于标签ID，首先阅读器随机选取一个数作为该标签的Key，将Key值发送给该标签，并建立标签在数据库中的初始记录(H(Key)，ID，Key，0))，标签将接收到的Key值存储下来后，进入锁定状态。

(2)解锁标签

1)数据库首先产生一个随机数R，传送给阅读器，然后阅读器将询问消息Query和R都发送给标签；

2)标签根据接收到的R和自身Key值，计算H(Key)和H(KeylIR)的值，然后将(H(Key)，H(KeylIR))数据对发送给阅读器，接着自行计算H(IDIIR)和Key =S(key)，但此时Key值并不更新。

3)阅读器查找数据库中的记录， 若找到记录i：

(H(Keyi)，IDk，Key。，Pointeri)，其中H(Key。)：H(Key)，则数据库计算H(KeyjIIR)，并比较H(Key ItR)与接收到的H(KeyIIR)值是否相等。若不相等，则忽略此消息，表明标签是非法标签，在此阅读器完成对标签的合法性验证；若相等则继续下一步；

4)数据库计算H(IDkIIR)的值，并将IDk和H(IDkIIR)的值都传送给阅读器。然后阅读器将H(IDkIIR)发送给标签；

5)数据库计算Key*i=S(key。)和H(Key* )的值。若Pointeri：O， 则在数据库中添加新的记录J：(H(Key*i)，IDbKey i，i)，并将记录i修改成(H(Key。)，IDbKeyij)； 若Pointer !=O， 则找到第Pointer。条记录， 将其修改成(H(Key i)，IDk，Key i，i)；

6)在标签接收到H(IDkIIR)后，比较其与标签在第2步中计算的H(IDIIR)是否相等，若相等，则将自身的Key值更新为Key ，标签进入解锁状态，对阅读器开放其所有功能；若不相等，表明阅读器是非法阅读器，标签保持沉默，在此标签完成对阅读器的验证。如图5所示。



3．2 数值实验

设数据库初始时存储了两个标签，ID分别为1、2，随机选择的Key分别为5、12，数据库初始化如表1所示。



设阅读器要询问ID为1的标签，首先阅读器向标签发送询问消息和随机数3，标签向阅读器回答数据(H(5)，H(5II3))，接着自行计算自身的H(IDIIR)=H(1Il3)值和Key =s(5)；阅读器根据H(5)查找后台数据库，找到记录1：(H(5)，1，5,0)，数据库计算H(KeyllR)=H(5lI3)，与接收到的H(5113)相等，至此验证了标签是合法的；接着数据库计算H(IDIIR)=H(1 113)，并将(1，H(1113))传送给阅读器，由此阅读器知道了该标签的ID为1，然后阅读器将H(1113)发送给标签； 数据库计算Key*I=s(5)， 由于PointerI=0，数据库中新建一条记录3：(H(s(5))，1，s(5)，1)，并将记录1修改为(H(5)，1，5，3)。标签接收到数据H(1 113)后，比较发现其等于之前计算的H(IDIIR)，于是将自身Key值更新为s(5)。此时数据库中的数据记录如表2所示。



下一次再与标签1通信时，数据库根据标签的H(Key)=H(s(5))查找到第3条记录，该记录的Pointer为1，则第2次更新Key值的记录将会覆盖第1条记录。

当标签被询问过一次之后，数据库中始终保持了两条与该标签有关的数据记录，这主要是为了保证数据的一致性。假设在这次通信中阅读器发送的数据H(ll3)并未成功地被标签接收到，则标签1的Key值将不会更新，此时数据库的第3条记录是错误的。那么在下次与标签1的通信中，查找到的仍是记录1，数据库根据记录1的Pointer值为3，将修改第3条记录，如此就保证了数据的一致性。