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河海大学常州校区1262410327王炤宇具有防碰撞功能的RFID安全认证协议研究(态度还行，但是不懂写作章法，向林志文请教吧主要大大大缺陷：1.小论文不是学位论文的删节，请看万网网上中文期刊的格式2.具有防碰撞功能的RFID安全认证协议研究，其中的防碰撞和安全认证只是个相关的知识储备，不要详写！3.你的“第四章”中的内容才是你文的重点，要详写详写详写！4.“第五章”该给出具有防碰撞功能的RFID安全认证协议的仿真结果，而不是传统防碰撞的结果)摘要无线射频识别技术（RFID）是一种利用无线电射频信号进行通信的非接触式自动识别技术，它被誉为21世纪最有前途的技术之一。防碰撞算法和安全认证协议是RFID关键技术研究的两个主要方面。事实上，从RFID的通信过程中可以看出，这两种技术在RFID通信的两个阶段里都分别发挥着至关重要的作用。论文对现有的防碰撞算法和安全认证协议进行了研究和归纳，并对一种基于树的安全认证协议进行了改进，利用该安全协议中特有的树的结构采用基于无空闲周期八叉树的防碰撞算法，克服了标签鉴别阶段的标签碰撞问题。同时，还可以利用八叉树各个节点上的密钥为标签鉴别时传输的信息进行加密，保证防碰撞算法中传输的信息具有安全性，保密性，可靠性。通过将两者结合，设计出一种具有防碰撞功能的安全认证协议。通过算法仿真以及安全性能的证明和分析，表明具有防碰撞功能的安全认证协议不仅在功能上得到进一步完善，而且也保证了算法的效率和协议的安全性。关键词:射频识别，防碰撞算法，安全认证协议，八叉树abstract:RadioFrequencyIdentification(RFID)isakindofnon-touchingautomaticidentifyingtechnology,knownasoneofthemostpromisingtechnologyatthe21stcentury.Infact,fromtheRFIDcommunicationprocess,wecanseethatthesetwokindsoftechnologybothplayvitalrolesinthetwostagesofRFIDcommunication.Thereforethetwokindsoftechnologywillbesummarizedandresearchedinourarticleatthesametime.Wewillimproveasecurityauthenticationprotocolbasedonthetree,andadoptananti-collisionalgorithmbasedonoctreewithnoidleslotbyusingthespecialstructureofthesecurityprotocol.Itsolvestheproblemoftagcollisionduringtagauthentication.Thetwoaspectsarecombinedwitheachother,formingasecurityauthenticationprotocolwiththefunctionofanti-collision.Keywords:RFID（RadioFrequencyIdentification）,anti-collisionalgorithms,securityauthenticationprotocol,octree第一章绪论1.1RFID技术简介1.1.1RFID概念RFID（RadioFrequencyIdentification）即无线射频识别，可以通过无线电讯号识别未读目标并读写数据，而无需系统与未读目标之间建立机械或光学接触，是非接触式自动识别技术的一种。与传统的识别方式相比，RFID技术无需光学可视、无需直接接触、也不需要人工干涉就可完成信息的读写和处理，具有操作简单快捷、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，成为当前IT业研究的热点技术之一。1.1.2RFID结构和工作原理典型的RFID系统主要包括三个部分：电子标签（Tag）、阅读器（Reader）和数据处理子系统。如图1.1所示。图1.1RFID系统结构图标签（Tag）,阅读器（Reader）,天线（Antenna）RFID系统的大致工作原理是：标签进入阅读器的工作区域后，接收到阅读器通过天线发出的一特定频率的射频信号，并产生感应电流。标签利用感应电流获得的能量将自身激活，把储存在芯片中的信息和数据通过天线发送给阅读器。阅读器收到从标签发送来的信息后对其进行解调和解码，然后送至中央信息系统进行相关的数据处理。1.3本文的研究内容和结构安排第一章介绍了RFID的概念及基本工作原理，并简单描述了RFID的发展背景和研究意义。第二章主要归纳了一些现阶段比较流行的或效率比较高的防碰撞算法，并对它们进行了分析与仿真。第三章对典型的安全认证协议进行归纳，并分析了各个协议的安全性。第四章是在已有协议的基础上提出了一种新的具有防碰撞功能的安全认证协议。第五章对新提出的具有防碰撞功能的安全认证协议进行了分析、仿真和安全证明。第六章是论文的总结以及对RFID研究前景的展望。第二章典型RFID防碰撞算法综述2.1防碰撞算法的简述为了消除或减少RFID系统中的碰撞问题，近年来，国内外学者提出了多种不同的防碰撞算法，由于RFID的碰撞问题主要是标签碰撞，故以下均针对RFID的标签防碰撞算法进行分析。一般来说，RFID碰撞问题的解决有4种方式：空分多址（SDMA）、频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。但RFID系统具有一定的特殊性，标签的成本很低，不具有主动通信的能力，而且RFID通信的带宽也有限制，传输的信息量不能很大。上述4种方法中，TDMA应用简单，容易实现大量标签的读写，构成了RFID系统防碰撞算法最为广泛使用的一族。2.2基于ALOHA的防碰撞算法基于ALOHA的防碰撞算法ALOHA协议是最早最基本的无线数据通信协议，主要分为纯ALOHA和时隙ALOHA两种。在高频段，RFID的防碰撞算法一般采用的就是基于ALOHA的相关算法。本节中将对一些基于ALOHA的算法作简要介绍。（1）动态帧时隙ALOHA防碰撞算法对于上述帧时隙ALOHA算法中的问题，一些学者又提出了动态帧的概念。它根据估算出的标签数目，动态改变帧的大小，使得识别效率总是处于最优。如图2.4所示。在该算法中每帧有多少个时隙都是动态生成的，它的个数可以随情况变化，因此解决了FSA中有可能造成的时隙浪费。一旦当前的碰撞时隙比较多，就进行调整，在下一轮发送时增加帧长。这个方法从一定程度上提高了吞吐率，但它的不足之处在于在鉴别阶段开始时，如果标签数量跟初始的时隙数相差比较大时，就会消耗比较长的鉴别时间。（2）改进型动态帧时隙ALOHA防碰撞算法改进型动态帧时隙ALOHA算法根据这个问题提出了分组的思想。阅读器向它阅读范围内的标签发送查询命令的同时也会发送分组的数目和一个随机数字。标签把收到的随机数字与自身结合，生成一个新的序列号，并对接收到的分组的数量取模，如果结果为0就响应阅读器。在鉴别过程中，为了提高系统的效率，可以通过估计当前系统中标签的数目来决定分组的数量，具体计算数值如表2.1所示。观察上表可以看出，标签数小于354时不进行分组，标签数在355至707之间时分2组，大于707时则分成4组或更多。阅读器读写器按组鉴别标签，避免了由于标签数目过大而造成的效率降低。总结：RFID的安全部分成为了其发展的关键基础，只有充分保障安全性能，RFID才能运用得更为广泛，而防碰撞功能，是安全协议中的重中之重。基础的防碰撞算法有4种，分别是空分多路法，码分多路法，频分多路法和时分多路法。2.3混合算法基于树的算法和基于ALOHA的算法各有优缺点，其中基于ALOHA的算法鉴别时间比较短，但它容易产生“标签饥饿”现象，而基于树的防碰撞算法虽然能达到100%的读取率但却拥有较长的鉴别延时。ALOHA算法+改进型二叉树考虑到上面两种算法的优缺点，提出了一种混合算法，主要分成两个部分。首先，帧时隙ALOHA的鉴别部分。在这个阶段中，依然按照最基本的帧时隙ALOHA对标签进行鉴别，不同于FSA的是，在一帧结束之后，并没有继续开始下一帧，而是对所有产生碰撞的时隙逐个处理。其次，二叉树鉴别部分。经过FSA的第一轮鉴别后，如果有碰撞时隙，就对这些时隙分别采用EAA逐个进行鉴别。由于二叉树能够保证100%的标签读取率，因此，对于产生碰撞的标签也就不会再出现标签饥饿现象。而且在这个算法中，EAA算法只运用在产生碰撞的标签处，因此，相对于单纯的EAA算法，很大程度上减少了最坏情况下栈的高度，因此算法的效率也得到了提高。2.5本章小结本章对常见的RFID防碰撞算法进行了归纳和仿真。在基于ALOHA的防碰撞算法中，从最早的纯ALOHA到后来相继提出了时隙、帧以及分组的概念，逐步增加了系统的效率和人为可控性。多叉树应用的也比较广泛，适当的优化查询前缀来减少空闲时隙的发送也是多叉树研究的主要问题。然而这两类算法各有优缺点，折中考虑后又介绍了几种混合算法，主要包括基于二叉树的双时隙算法和基于ALOHA，但在碰撞时隙采用二进制分离的算法。这两者的结合给RFID防碰撞算法的发展和改进提供了更广阔的空间。第三章典型RFID安全认证协议综述3.1RFID系统的安全性能指标数据机密性，标签匿名性，数据完整性，互有认证，前向安全性，抵御重传攻击，抵御假冒攻击，抵御去同步攻击3.4重量型安全认证协议该类协议基本使用完善和安全的加密方法，如添加AES（AdvancedEncryptionStandard）模块等，安全性比较高，可同时因为加密方法复杂，标签成本也普遍较高。因此，一般只在军事、金融等安全要求很高的领域采用。3.4.1使用AES的互有鉴定算法3.4.2使用TPM对可信任RFID安全协议的互有鉴定这个协议是一个采用了TPM（TrustedPlatformModule）和AES加密模块的互有认证协议，其中后端服务器和阅读器都配置了TPM，EB是TPM的绑定密钥，认证过程如图3.8所示。3.5本章小结重量型安全认证协议是三类协议中安全强度最高的，一般都采用如AES模块等比较完善和安全的加密方法。第四章具有防碰撞功能的安全认证协议4.1算法改进4.1.1基于树的安全认证协议4.1.2改进方法（1）添加互有认证功能（2）添加防碰撞功能（3）采用八叉鉴定树。4.2设计流程4.3本章小结本章对一种基于树的安全认证协议几个方面进行了改进，利用其特有的树的结构采用了无空闲周期八叉树的防碰撞算法，解决了标签鉴别阶段的碰撞问题。同时，用于安全协议互有认证阶段的路径密钥还可以为标签鉴别时传输的信息进行加密，很好的保证了防碰撞算法中传输信息的安全性。两者的互相结合，相辅相成，使得新协议的功能更加完善。第五章具有防碰撞功能安全认证协议分析5.1防碰撞算法仿真三种算法分别采用了八叉树、四叉树和二叉树，结合安全协议部分考虑，采用的叉数越多，树的高度就越小，节点的层数也就越少，由于标签需要计算每一层的路径密钥，所以层数越少，标签的计算量也能大大降低。无空闲周期八叉树能在保证较高吞吐率的情况下减少了标签成本，足以证明它在性能上的优势性。5.2安全认证协议分析安全分析本文提出的带防碰撞功能的安全认证协议除了能够保证互有认证阶段的数据机密性、标签匿名性、数据完整性、前向安全性等一系列安全指标之外，还能够防止标签鉴别阶段iIDS的泄露，从而有效地给整个协议交互过程提供了可靠性和安全性。5.3本章小结本章分别对新协议的防碰撞算法部分和安全认证部分进了的仿真和分析，结果可以表明，在标签鉴别阶段，新协议中所采用的无空闲周期八叉树需要的总时隙比几种常见的树形防碰撞算法都低，吞吐率和性能也能维持