電動(dòng)汽車充電站的 rfid 綜合加密方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合加密方法，應(yīng)用在電動(dòng)汽車充電站的安全認(rèn)證系統(tǒng)。項(xiàng)目利用DES算法，構(gòu)造從標(biāo)簽到讀寫器的安全信道，再利用公鑰簽名認(rèn)證算法構(gòu)造讀寫器到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全信道，最后利用哈希函數(shù)驗(yàn)證簽名結(jié)果，實(shí)現(xiàn)充電站的輕量級(jí)加密系統(tǒng)。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有：1.該協(xié)議通過讀寫器參與計(jì)算與儲(chǔ)存，與其他協(xié)議相比在相同的空間下可存放更多數(shù)據(jù)，便于后期充電站的數(shù)據(jù)挖掘，為數(shù)據(jù)分析提供堅(jiān)實(shí)的數(shù)據(jù)基礎(chǔ)；2.加密方式多樣化，增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，強(qiáng)化抗典型攻擊的能力； 3.協(xié)議中實(shí)現(xiàn)加密算法所需的門電路低于常規(guī)SHA-256算法近15%的門電路需求量，具有實(shí)際可行性。
【專利說明】電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合加密方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及一種電動(dòng)汽車充電站的加密方法，是基于RFID技術(shù)和混合加密技術(shù) 的輕量級(jí)加密方法，可以有效提高充電站對(duì)電動(dòng)汽車識(shí)別與認(rèn)證的效率和安全性。

【背景技術(shù)】
[0002] 電動(dòng)汽車在能效、排放和經(jīng)濟(jì)性上具有明顯的優(yōu)勢(shì)，是汽車行業(yè)發(fā)展的主要趨勢(shì)。 電動(dòng)汽車充電站客流量大，涉及信息存儲(chǔ)量大、信息安全等問題，因此，高效、安全的充電站 認(rèn)證系統(tǒng)顯得尤其關(guān)鍵。目前，RFID技術(shù)是建立充電站安全認(rèn)證系統(tǒng)的重要方法。
[0003] 電動(dòng)汽車充電站安全認(rèn)證涉及到客戶身份驗(yàn)證、收費(fèi)記錄、信息傳遞等程序，現(xiàn)有 的認(rèn)證系統(tǒng)普遍存在存儲(chǔ)空間小、安全性差、效率低等問題。即使應(yīng)用了 RFID技術(shù)的認(rèn)證 系統(tǒng)，也尚無有效方法對(duì)其安全性進(jìn)行評(píng)估，且加密算法簡(jiǎn)單，信息安全得不到有效保證。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 為了克服上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供了一種電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合 輕量級(jí)加密方法。該方法利用混合加密可以防止充電站可能遇到的假冒攻擊、信息泄露等 安全問題，保護(hù)充電站的賬號(hào)安全；采用輕量級(jí)安全協(xié)議能增大系統(tǒng)的計(jì)算和存儲(chǔ)效率。
[0005] 本發(fā)明的所采用的技術(shù)方案是：
[0006] 一種電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合加密方法，其特征在于：是將RFID標(biāo)簽貼于車 輛前擋風(fēng)玻璃處，用于記錄車主以及車輛的信息；當(dāng)電動(dòng)汽車的RFID卡進(jìn)入認(rèn)證系統(tǒng)磁場(chǎng) 后，充電站安裝的讀寫器憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)出存儲(chǔ)在芯片中的車輛基本信息， 讀寫器獲取數(shù)據(jù)并解碼后傳送至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)系統(tǒng)的安全協(xié)議對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分 析；安全協(xié)議定義從標(biāo)簽到讀寫器再到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)均為不安全信道，則協(xié)議針對(duì)整個(gè)RFID 結(jié)構(gòu)加密；本加密步驟是針對(duì)充電站的整個(gè)RFID系統(tǒng)，從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)到讀寫器再到標(biāo)簽整 個(gè)通道進(jìn)行加密，具體步驟如下：
[0007] 步驟1 :讀寫器生成隨機(jī)數(shù)R發(fā)送給標(biāo)簽，當(dāng)只有一個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)時(shí)，該標(biāo)簽為選中 的標(biāo)簽，用于做隨機(jī)數(shù)R的計(jì)算與下一步通信，隨機(jī)數(shù)R的生成基于如下公式：
[0008] 生成公式：
[0009] R(n) = (aR(n-l)+b)mod n 式一
[0010] 式中R(n)是隨機(jī)數(shù)序列，a是乘數(shù)，b是增量，n是模；
[0011] 步驟2 :標(biāo)簽響應(yīng)開始通信，按照式二至式五對(duì)隨機(jī)數(shù)基于對(duì)稱加密算法進(jìn)行加 密或解密，得到加密結(jié)果m，并將m與標(biāo)簽通信時(shí)的臨時(shí)標(biāo)識(shí)P返回給讀寫器作為應(yīng)答響應(yīng)， 加密過程基于以下公式進(jìn)行：
[0012] LQRQ-IP(〈64bit 輸入碼） 式二
[0013] R = 1, 2,. . . , m 式三
[0014] 式四
[0015] <64bit 密文 > 一 IP4 (R16L16) 式五
[0016] i表示迭代次數(shù)，?表示逐位模2求和，f為加密函數(shù)，ki為64位的會(huì)話密鑰； [0017] 步驟3 :讀寫器收到應(yīng)答響應(yīng)m、P后，使用自己的的私鑰和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的公鑰按照 式六至式八進(jìn)行簽名加密：后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的私鑰按照式九進(jìn)行解密得到P和 R，并使用讀寫器的公鑰進(jìn)行認(rèn)證看是否是讀寫器發(fā)送的；加密過程基于以下公式進(jìn)行：
[0018] c = memod n 式六
[0019] S = f (m, p) 式七
[0020] U = f(S, R) 式八
[0021] 解密過程基于以下公式進(jìn)行：
[0022] m = cd mod n = medmod n 式九
[0023] 步驟4:若后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)解密后得到的P與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的某個(gè)數(shù)據(jù)相同，則后 臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)更新數(shù)據(jù)并計(jì)算u (S (IDi))，將結(jié)果發(fā)送給讀寫器；
[0024] 步驟5 :讀寫器收到驗(yàn)證結(jié)果后，利用自己的私鑰和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的公鑰按照式十 至式十三進(jìn)行解密得到標(biāo)簽IDi，讀寫器執(zhí)行IDi的哈希函數(shù)計(jì)算，并將結(jié)果發(fā)送給標(biāo)簽， 標(biāo)簽執(zhí)行ID的哈希函數(shù)計(jì)算，若H(ID)和H(IDi)相同，則說明散列地址相同，認(rèn)證成功；否 貝1J，認(rèn)證失??；其中解密過程基于以下公式進(jìn)行：
[0025] R16L16- IP〈64bit 密文〉 式十
[0026] Rh- L ! i = m，15, ? ? ?，1 式十一
[0027] 1^一 R h 十 f (R h，kj i = m，15, ? ? ?，1 式十二
[0028] 〈Mbit 明文 > -IP-1 (RqL。） 式十三。
[0029] 在上述的一種電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合加密方法，所述步驟3中采用公鑰私鑰 的生成過程如下：
[0030] 步驟3. 1、假設(shè)x和y都是素?cái)?shù)，且x辛y ;
[0031] 步驟3. 2、計(jì)算歐拉函數(shù)巾（n) = (x-1) (y-1);
[0032] 步驟3.3、選擇整數(shù)6使得8〇(1(巾（11)，6)=1(1〈6〈巾（11));
[0033] 步驟 3. 4、計(jì)算 de mod (n) = 1 ;
[0034] 步驟 3. 5、得到公鑰 KU = {e，n}，私鑰 KR = {d，n}。
[0035] 在上述的一種電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合加密方法，所述步驟5中的哈希表構(gòu)造 采用除留余數(shù)法：
[0036] 取關(guān)鍵字被某個(gè)不大于哈希表表長(zhǎng)a的數(shù)b除后所得余數(shù)為哈希地址；
[0037] H(key) = key mod b (b a) 式十四
[0038] 解決沖突采用開放地址法：
[0039] Hi = (H(key)+di)mod a i = 1，2, ? ? ?，a_l 式十五
[0040] 其中，a為哈希表的表長(zhǎng)；di是產(chǎn)生沖突的時(shí)候的增量序列。
[0041] 因此，本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)有：1.該協(xié)議通過讀寫器參與計(jì)算與儲(chǔ)存，與其他協(xié)議相比 在相同的空間下可存放更多數(shù)據(jù)，便于后期充電站的數(shù)據(jù)挖掘，為數(shù)據(jù)分析提供堅(jiān)實(shí)的數(shù) 據(jù)基礎(chǔ)；2.結(jié)合RSA加密算法、哈希函數(shù)、DES算法實(shí)現(xiàn)RFID的混合加密，加密方式多樣化， 增強(qiáng)系統(tǒng)安全性，強(qiáng)化抗典型攻擊的能力；3.協(xié)議中實(shí)現(xiàn)加密算法所需的門電路低于常規(guī) SHA-256算法近15%的門電路需求量，具有實(shí)際可行性。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0042] 圖1是充電站RFID安全認(rèn)證系統(tǒng)工作原理圖。
[0043] 圖2是系統(tǒng)安全協(xié)議執(zhí)行流程圖。

【具體實(shí)施方式】
[0044] 本發(fā)明所述綜合加密方法是如圖1通過RFID的工作原理，設(shè)計(jì)具體加密流程如圖 2〇
[0045] 下面通過實(shí)施例，并結(jié)合附圖，對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案作進(jìn)一步具體的說明。
[0046] 實(shí)施例：
[0047] 按照附圖2充電站RFID綜合加密流程敘述：
[0048] 第一步：讀寫器按照式（1)發(fā)送隨機(jī)數(shù)給標(biāo)簽；
[0049] R(n) = (aR(n-l)+b)mod n (1)
[0050] 式中R(n)是隨機(jī)數(shù)序列，a是乘數(shù)，b是增量，n是模；
[0051] 第二步：標(biāo)簽響應(yīng)開始通信，按照式（2)-(5)對(duì)隨機(jī)數(shù)進(jìn)行加密，并傳回給讀寫器 作為應(yīng)答響應(yīng)；
[0052] LQRQ-IP(〈64bit 輸入碼） （2)
[0053] R Hi = 1，2, ? ? ?，m (3)
[0054] 氏一L h 十 f(R h，k) i = 1，2, ? ? ?，m (4)
[0055] <64bit 密文 > -IP-1 (R16L16) (5)
[0056] 第三步：讀寫器使用自己的的私鑰和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的公鑰按照式（6)、（7)-⑶進(jìn)行 簽名加密：
[0057] c = memod n (6)
[0058] S = f (m, p) (7)
[0059] U = f (S, R) (8)
[0060] 第四步：后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的私鑰按照式（9)進(jìn)行解密得到P和R，并使 用讀寫器的公鑰進(jìn)行認(rèn)證看是否是讀寫器發(fā)送的，解密過程：
[0061] m = cd mod n = medmod n (9)
[0062] 第五步：認(rèn)證成功以后，判斷若解密后得到的P與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的某個(gè)數(shù)據(jù) 相同，則后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)更新數(shù)據(jù)并計(jì)算U (S (IDD )，將結(jié)果發(fā)送給讀寫器；
[0063] 第六步：讀寫器收到驗(yàn)證結(jié)果后，利用自己的私鑰和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的公鑰按照式 (10)-(13)進(jìn)行解密得到標(biāo)簽取，讀寫器按照式（14)、（15)執(zhí)行叫的哈希函數(shù)計(jì)算，并 將結(jié)果發(fā)送給標(biāo)簽，標(biāo)簽按照式（14)、（15)執(zhí)行ID的哈希函數(shù)計(jì)算，若H(ID)和H(IDi)相 同，則說明散列地址相同，認(rèn)證成功；否則，認(rèn)證失敗。
[0064] R16L16- IP〈64bit 密文〉 （10)
[0065] Rh- L ! i = m，15, ? ? ?，1 (11)
[0066] R h 十 f (R h, kj i = m, 15, ? ? ?，1 (12)
[0067] <64bit 明文 > -IP-1 (RqLq) (13)
[0068] H(key) = key mod b (b ^ a) (14)
[0069] Hi = (H(key)+di)mod a i = 1，2, ? ? ?，a_l (15)
[0070] 式（14)、 （15)中：
[0071] a為哈希表的表長(zhǎng)，b為小于a的常數(shù)，di是產(chǎn)生沖突的時(shí)候的增量序列。
[0072] 本文中所描述的具體實(shí)施例僅僅是對(duì)本發(fā)明精神作舉例說明。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng) 域的技術(shù)人員可以對(duì)所描述的具體實(shí)施例做各種各樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替 代，但并不會(huì)偏離本發(fā)明的精神或者超越所附權(quán)利要求書所定義的范圍。
【權(quán)利要求】
1. 一種電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合加密方法，其特征在于：是將RFID標(biāo)簽貼于車輛 前擋風(fēng)玻璃處，用于記錄車主以及車輛的信息；當(dāng)電動(dòng)汽車的RFID卡進(jìn)入認(rèn)證系統(tǒng)磁場(chǎng) 后，充電站安裝的讀寫器憑借感應(yīng)電流所獲得的能量發(fā)出存儲(chǔ)在芯片中的車輛基本信息， 讀寫器獲取數(shù)據(jù)并解碼后傳送至后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，數(shù)據(jù)庫(kù)根據(jù)系統(tǒng)的安全協(xié)議對(duì)其進(jìn)行數(shù)據(jù)分 析；安全協(xié)議定義從標(biāo)簽到讀寫器再到后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)均為不安全信道，則協(xié)議針對(duì)整個(gè)RFID 結(jié)構(gòu)加密；本加密步驟是針對(duì)充電站的整個(gè)RFID系統(tǒng)，從后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)到讀寫器再到標(biāo)簽整 個(gè)通道進(jìn)行加密，具體步驟如下： 步驟1 :讀寫器生成隨機(jī)數(shù)R發(fā)送給標(biāo)簽，當(dāng)只有一個(gè)標(biāo)簽響應(yīng)時(shí)，該標(biāo)簽為選中的標(biāo) 簽，用于做隨機(jī)數(shù)R的計(jì)算與下一步通信，隨機(jī)數(shù)R的生成基于如下公式： 生成公式： R(n) = (aR(n-l)+b)modη式一 式中R(n)是隨機(jī)數(shù)序列，a是乘數(shù)，b是增量，η是模； 步驟2 :標(biāo)簽響應(yīng)開始通信，按照式二至式五對(duì)隨機(jī)數(shù)基于對(duì)稱加密算法進(jìn)行加密或 解密，得到加密結(jié)果m，并將m與標(biāo)簽通信時(shí)的臨時(shí)標(biāo)識(shí)P返回給讀寫器作為應(yīng)答響應(yīng)，加密 過程基于以下公式進(jìn)行： L0R。一IP(<64bit輸入碼） 式二Li^Rηi= 1，2, · ··，m式三 Ri ^L,QfiRj,,k)z= 1,2,式四 <64bit密文 > -IP-1 (R16L16) 式五 i表示迭代次數(shù)，Φ表示逐位模2求和，f為加密函數(shù)，ki為64位的會(huì)話密鑰； 步驟3 :讀寫器收到應(yīng)答響應(yīng)m、P后，使用自己的的私鑰和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的公鑰按照式六 至式八進(jìn)行簽名加密：后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)使用后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的私鑰按照式九進(jìn)行解密得到P和R，并 使用讀寫器的公鑰進(jìn)行認(rèn)證看是否是讀寫器發(fā)送的；加密過程基于以下公式進(jìn)行： c=memodη式六 S=f(m,p) 式七 U=f(S,R) 式八 解密過程基于以下公式進(jìn)行：m=cdmodn=medmodn式九 步驟4:若后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)解密后得到的P與后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)中存儲(chǔ)的某個(gè)數(shù)據(jù)相同，則后臺(tái)數(shù) 據(jù)庫(kù)更新數(shù)據(jù)并計(jì)算U(S(IDi))，將結(jié)果發(fā)送給讀寫器； 步驟5 :讀寫器收到驗(yàn)證結(jié)果后，利用自己的私鑰和后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)的公鑰按照式十至式 十三進(jìn)行解密得到標(biāo)簽IDi,讀寫器執(zhí)行哈希函數(shù)計(jì)算，并將結(jié)果發(fā)送給標(biāo)簽，標(biāo)簽執(zhí) 行ID的哈希函數(shù)計(jì)算，若H(ID)和H(IDi)相同，則說明散列地址相同，認(rèn)證成功；否則，認(rèn) 證失??；其中解密過程基于以下公式進(jìn)行： R16L16-IP〈64bit密文〉 式十 Rh-Lii=m, 15, · · ·，1 式十一 LiRi , ?/(/?,.^ki)/'-/?,15,...,! 式十二 <64bit明文 > -IP-1 (RqLq) 式十三。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合加密方法，其特征在于：所 述步驟3中采用公鑰私鑰的生成過程如下： 步驟3. 1、假設(shè)X和y都是素?cái)?shù)，且X辛y; 步驟3. 2、計(jì)算歐拉函數(shù)Φ(n) = (x-1) (y-Ι); 步驟 3· 3、選擇整數(shù)e使得gcd(Φ(η)，e) =I(l〈e〈Φ(η)); 步驟 3· 4、計(jì)算deηι〇(1Φ(η) = 1 ; 步驟3. 5、得到公鑰KU= {e，η}，私鑰KR= {d，η}。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種電動(dòng)汽車充電站的RFID綜合加密方法，其特征在于：所 述步驟5中的哈希表構(gòu)造采用除留余數(shù)法： 取關(guān)鍵字被某個(gè)不大于哈希表表長(zhǎng)a的數(shù)b除后所得余數(shù)為哈希地址； H(key) =keymodb(ba) 式十四 解決沖突采用開放地址法： Hi= (H(key)+di)modai=I, 2, . . . ,a-1 式十五 其中，a為哈希表的表長(zhǎng)；di是產(chǎn)生沖突的時(shí)候的增量序列。
【文檔編號(hào)】G06K17/00GK104463267SQ201410608263
【公開日】2015年3月25日 申請(qǐng)日期:2014年10月31日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月31日
【發(fā)明者】饒雪, 劉劍, 李俊娥, 茹葉棋, 田薇, 楊國(guó)泰, 何劍峰 申請(qǐng)人:武漢大學(xué)