大规模RFID系统中基于CPK-ECC的双向认证协议

doi:10.11959/j.issn.1000-436x.2017174

通信学报 ›› 2017, Vol. 38 ›› Issue (8): 165-171.doi: 10.11959/j.issn.1000-436x.2017174

大规模RFID系统中基于CPK-ECC的双向认证协议

潘耀民^1,²,单征^1,²,戴青^1,²,岳峰^1,²

¹ 解放军信息工程大学网络空间安全学院，河南郑州 450001
² 数学工程与先进计算国家重点实验室，河南郑州 450001

修回日期:2017-04-18 出版日期:2017-08-01 发布日期:2017-09-07
作者简介:潘耀民（1993-），男，河南新乡人，解放军信息工程大学硕士生，主要研究方向为网络安全、物联网安全。|单征（1977-），男，辽宁沈阳人，博士，解放军信息工程大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为先进计算、网络安全。|戴青（1963-），男，辽宁沈阳人，解放军信息工程大学副教授、硕士生导师，主要研究方向为网络安全、物联网安全和高性能计算。|岳峰（1985-），男，山西长治人，博士，解放军信息工程大学讲师，主要研究方向为高性能计算与信息安全。
基金资助:
国家自然科学基金资助项目(61472447)

CPK-ECC based mutual authentication protocol for large-scale RFID system

Yao-min PAN^1,²,Zheng SHAN^1,²,Qing DAI^1,²,Feng YUE^1,²

¹ College of Cyberspace Security，PLA Information Engineering University，Zhengzhou 450001，China
² State Key Laboratory of Mathematical Engineering and Advanced Computing，Zhengzhou 450001，China

Revised:2017-04-18 Online:2017-08-01 Published:2017-09-07
Supported by:
The Nationa1 Natura1 Science Foundation of China(61472447)

摘要/Abstract

摘要：

针对现有射频识别（RFID，radio frequency identification）认证协议扩展性较差的问题，分析了大规模RFID系统认证协议的设计需求与CPK的技术优势，提出基于CPK-ECC的认证协议。协议采用椭圆曲线加密方案与改进的快速数字签名算法，实现了双向认证与离线认证。进一步给出安全性分析，指出协议可以有效抵御已有安全与隐私攻击。与其他基于 ECC 的认证协议相比，协议支持无后端服务器认证，扩展性好，性能更优，适用于大规模RFID系统。

关键词: 射频识别, 认证协议, 组合公钥, 无后端服务器, 扩展性

Abstract:

The existing RFID authentication protoco1s were short of sca1abi1ity.Taking advantage of combined pub1ic key（CPK），a CPK-ECC based authentication protoco1 was proposed considering the design demand of authentication protoco1s for 1arge-sca1e RFID system.The protoco1 imp1ements mutua1 and server1ess authentication by adoption of the e11iptic curve encryption scheme and the improved digita1 signature a1gorithm.Based on the security ana1ysis，the protoco1 can resist the existing security and privacy attacks effective1y.Compared with other ECC-based protoco1s，the server1ess protoco1 has better sca1abi1ity and performance，suitab1e for 1arge-sca1e RFID systems.

Key words: RFID, authentication protoco1, combined pub1ic key, server1ess, sca1abi1ity

中图分类号:

TP309.1

潘耀民,单征,戴青,岳峰. 大规模RFID系统中基于CPK-ECC的双向认证协议[J]. 通信学报, 2017, 38(8): 165-171.

Yao-min PAN,Zheng SHAN,Qing DAI,Feng YUE. CPK-ECC based mutual authentication protocol for large-scale RFID system[J]. Journal on Communications, 2017, 38(8): 165-171.

图/表 7

图1

表1

图2

图3

图4

表2

表3

性能比较"

方案	传输次数	标签计算量	总计算量	标签存储开销	通信开销	搜索成本
EC-RAC IV^[6]	6	$5 T_{EM} + 2 T_{EA} + 3 T_{M} \approx 6 123 T_{M}$	$10 T_{EM} + 4 T_{EA} + 3 T_{INV} + 4 T_{M} \approx 12 268 T_{M}$	4l	18l	o（N）
文献[8]方案	6	$5 T_{EM} + 3 T_{EA} \approx 6 130 T_{M}$	$10 T_{EM} + 6 T_{EA} \approx 12 260 T_{M}$	5l	16l	o（N）
文献9方案	6	$5 T_{EM} + 3 T_{EA} + 2 T_{M} \approx 6 132 T_{M}$	$10 T_{EM} + 6 T_{EA} + 4 T_{M} \approx 12 264 T_{M}$	5l	16l	o（N）
文献[10]方案	5	$3 T_{EM} + T_{EA} + 2 T_{H} \approx 3 670 T_{M} + 2 T_{H}$	$10 T_{EM} + 11 T_{EA} + 2 T_{INV} + 6 T_{H}$ $\approx 12 326 T_{M} + 6 T_{H}$	4l	17l	o（N）
本文方案	3	$3 T_{EM} + u T_{EA} + T_{M} \approx (3 661 + 10 u) T_{M}$	$8 T_{EM} + (2 u + 1) T_{EA} + T_{M} \approx (9 771 + 2 u) T_{M}$	2l+2l×s×t	9l	o（1）

表3

参考文献 17

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符号	定义
PSK	公钥矩阵列
SK_T	标签的私钥
SK_R	阅读器的私钥
PK_T（=SK_TP）	标签的私钥
PK_R（=SK_RP）	阅读器的私钥
ID_T	标签标识，这里是散列运算后的值
ID_R	阅读器标识，这里是散列运算后的值
P	椭圆曲线上阶为n的基点
n	一个大素数

方案	标签匿名性	标签位置隐私	前向安全	双向认证	假冒攻击	重放攻击	大规模环境
EC-RAC IV^[6]	√	×	×	×	√	√	×
文献[8]方案	√	×	×	√	×	×	×
文献[9]方案	√	×	×	√	√	×	×
文献[10]方案	√	√	√	√	√	√	×
本文方案	√	√	√	√	√	√	√

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CPK-ECC based mutual authentication protocol for large-scale RFID system

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