一種應(yīng)用于無源超高頻rfid技術(shù)的加密方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，來很好地解決了無源超高頻RFID技術(shù)下性能和安全不能同時兼顧的問題。加密方法主要包含包括RSi的初始化和加密兩個階段；算法的核心模塊為WDz，所述WDz是一個代換?置換加密結(jié)構(gòu),包括4個實現(xiàn)非線性代換的S盒和1個實現(xiàn)線性置換的單元。該加密方法在實現(xiàn)成本、數(shù)據(jù)率和功耗等方面均具有較大的優(yōu)勢，特別適合無源超高頻RFID技術(shù)。
【專利說明】
一種應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種加密方法，具體是一種應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法。
【背景技術(shù)】
[0002] RFID技術(shù)是一種非接觸式的自動識別技術(shù)，它通過射頻信號自動識別目標對象并 獲取相關(guān)數(shù)據(jù)，識別工作無須人工干預(yù)，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID技術(shù)可識別高速運動 物體并可同時識別多個標簽，操作快捷方便，目前已經(jīng)在社會眾多領(lǐng)域得到廣泛應(yīng)用。
[0003] 但隨著RFID應(yīng)用的日益發(fā)展，其安全問題也逐漸凸顯，易受到非法訪問、跟蹤、竊 聽、偽造等攻擊。目前廣泛應(yīng)用的NXP公司的Mi fare解決方案已經(jīng)多次被業(yè)內(nèi)研究人員破 解，說明了 RFID應(yīng)用系統(tǒng)，尤其是無源RFID技術(shù)領(lǐng)域存在極大安全隱患。由此可見，RFID 技術(shù)是否能夠成功推廣的關(guān)鍵，在于能否有效的解決該技術(shù)引起的安全問題。
[0004] 而目前隨著《中國金融集成電路（1C)卡規(guī)范》（PB0C)相繼出臺1. 0、2· 0、3· 0版 本，應(yīng)用于無源高頻頻段（13.56MHz)的RFID系統(tǒng)在安全性方面有了極大的提升。然而針 對無源超高頻頻段（860MHz-960MHz)，當(dāng)其應(yīng)用于交通領(lǐng)域時，受到高速、遠距離、高識別率 等性能需求的限制，其安全需求很難被滿足。盡管有利用對稱密鑰AES、公鑰ECC等加密體 制來進行數(shù)據(jù)加密和認證，但性能方面卻不盡理想。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提供一種應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，其很好地 解決了性能和安全不能同時兼顧的問題，在實現(xiàn)成本、數(shù)據(jù)率和功耗等方面均具有較大的 優(yōu)勢，特別適合無源超高頻RFID技術(shù)。
[0006] 為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供如下技術(shù)方案：
[0007] -種應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，包括初始化和加密兩個階 段；
[0008] RSi的初始化階段：
[0009] 首先，載入IV x，載入方式為：
[0010] {RS!, rs2, rs3, rs4, rs5, rs6, rs7, rs8} = {IV!, IV2, IV3, IV4, IV!, IV2, IV3, IV4}；
[0011] 其中：RSi表示16-bit內(nèi)部狀態(tài)寄存器，i = 1,2, 3···，8 ;IVX表示16-bit初始化 向量，x = 1，2, 3, 4 ;
[0012] 然后載入IVX后的RS i進行四輪初始化運算，其中：初始化運算的數(shù)據(jù)輸入為j的 二進制補碼，j表示運算的輪數(shù)，j = 〇, 1，2, 3 ;初始化運算采用的函數(shù)為WDZ，1仏表示利用 密鑰&進行加密運算的函數(shù)，z = 1，2, 3, 4 ;密鑰1^為128-bit密鑰分成的16-bit子密鑰， y = 1，2, 3...，8 ;經(jīng)過WDZ運算后得到的16-bit輸出WD _;每輪運算結(jié)束，RS i都會被更新 一次，第四輪運算結(jié)束后，RSi中的值就是初始化后的值；
[0013] RSi的加密階段：RSi初始化后的值進行一輪數(shù)據(jù)加密運算；其中：數(shù)據(jù)加密運算的 數(shù)據(jù)輸入為待加密的16-bit明文數(shù)據(jù)PT，數(shù)據(jù)加密運算采用的函數(shù)也為WD Z，加密結(jié)束后 的數(shù)據(jù)輸出為加密生成的16-bit密文CT ;
[0014] 所述WDZ是一個代換-置換加密結(jié)構(gòu)，包括4個實現(xiàn)非線性代換的S盒和1個實 現(xiàn)線性置換的單元。
[0015] 作為本發(fā)明進一步的方案：RSi在初始化和加密兩個階段的更新方式具體如下：
[0016]
[0017] 其中：〈〈表示循環(huán)左移位操作，》表示循環(huán)右移位操作，?表示異或操作，田表示 216模加操作。
[0018] 作為本發(fā)明進一步的方案：實現(xiàn)非線性代換的S盒的代換關(guān)系具體如下：
[0019]
[0020]
[0021] 作為本發(fā)明進一步的方案：實現(xiàn)線性置換的單元為：L(D) = (D〈〈〈6) ? (D〈〈〈10)。
[0022] 作為本發(fā)明進一步的方案：在加密結(jié)束后，RSi再次被更新，用于下一次待加密的 16-bit明文數(shù)據(jù)PT的加密。
[0023] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是：
[0024] 本發(fā)明設(shè)計的安全機制要求，只有在讀寫器與標簽雙向認證通過后，讀寫器才可 以對標簽存儲器中數(shù)據(jù)進行讀寫，并且它們之間的通信以密文形式進行。本發(fā)明采取的數(shù) 據(jù)加密方式是利用一種新型輕量級Hummingbird (HB)加密方法，以解決無源超高頻RFID技 術(shù)下性能和安全不能同時兼顧的問題。同時，為了節(jié)約標簽成本，在標簽上只實現(xiàn)數(shù)據(jù)的加 密，而不實現(xiàn)解密。本發(fā)明的新型輕量級Hummingbird算法是初始Hummingbird的改進版： 密鑰長度減少為128bit，明文長度仍然是16bit ;將內(nèi)部狀態(tài)寄存器的個數(shù)擴充為8個，并 移除了 LFSR ;增加了循環(huán)移位操作來更新在狀態(tài)寄存器。同時保留了初始Hummingbird所 具備的分組加密方法和流加密方法特征。本發(fā)明很好地解決了性能和安全不能同時兼顧的 問題，在實現(xiàn)成本、數(shù)據(jù)率和功耗等方面均具有較大的優(yōu)勢，特別適合無源超高頻RFID技 術(shù)。
[0025] 本發(fā)明為了獲得最短的加密時間，在最大吞吐率的電路設(shè)計中，實例化了四個WDZ 模塊，并將1仏模塊中的四輪迭代展開運算；最大吞吐率的設(shè)計以犧牲面積來換取加密速 度。
【附圖說明】
[0026] 圖1為應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法的初始化流程圖。
[0027] 圖2為應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法的數(shù)據(jù)加密流程圖。
[0028] 圖3為應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法中WD的結(jié)構(gòu)圖。
[0029] 圖中符號說明如下：
[0030] 具體實施方XV
[0031] 下面結(jié)合【具體實施方式】對本專利的技術(shù)方案作進一步詳細地說明。
[0032] -種應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，包括初始化和加密兩個階 段；
[0033] RSi的初始化階段：
[0034] 首先，載入IV x，載入方式為：
[0035] {RS!, rs2, rs3, rs4, rs5, rs6, rs7, RS8} = {IV^ IV2, IV3, IV4, IV^ IV2, IV3, IV4}；
[0036] 其中：表示16-bit內(nèi)部狀態(tài)寄存器，i = 1,2, 3···，8 ;IVX表示16-bit初始化 向量，x = 1，2, 3, 4 ;
[0037] 然后載入IVX后的RS i進行四輪初始化運算（請參閱圖2)，其中：初始化運算的 數(shù)據(jù)輸入為j的二進制補碼，j表示運算的輪數(shù)，j = 〇, 1，2, 3 ;初始化運算采用的函數(shù)為 WDZ，WDZ表示利用密鑰K 行加密運算的函數(shù)，z = 1，2, 3, 4 ;密鑰K # 128-bit密鑰分成 的16-bit子密鑰，y = 1，2, 3...，8 ;經(jīng)過WDZ運算后得到的16-bit輸出WD。_;每輪運算結(jié) 束，RSjP會被更新一次，第四輪運算結(jié)束后，RS i中的值就是初始化后的值；
[0038] RSi的加密階段：RS 3刀始化后的值進行一輪數(shù)據(jù)加密運算（請參閱圖3);其中： 數(shù)據(jù)加密運算的數(shù)據(jù)輸入為待加密的16-bit明文數(shù)據(jù)PT，數(shù)據(jù)加密運算采用的函數(shù)也為 WDZ，加密結(jié)束后的數(shù)據(jù)輸出為加密生成的16-bit密文CT ;且加密結(jié)束后，再次被更新， 用于下一次待加密的16-bit明文數(shù)據(jù)PT的加密。
[0039] RSi在初始化和加密兩個階段的更新方式具體如下：
[0040]
[0041] 其中：〈〈表示循環(huán)左移位操作，》表示循環(huán)右移位操作，?表示異或操作，田表示 216模加操作。
[0042] 本發(fā)明的核心模塊是WDZ，WDZ是一個典型的代換-置換加密結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如圖 3所示；其主要的模塊有4個實現(xiàn)非線性代換的S盒（S1-S4)和1個實現(xiàn)線性置換的單元 (Linear transform)〇
[0043] 實現(xiàn)非線性代換的S盒的代換關(guān)系具體如下：
[0044]
[0045] 實現(xiàn)線性置換的單元為：L(D) = (D〈〈〈6) ? (D〈〈〈10)。
[0046] 本發(fā)明中，為了獲得最短的加密時間，在最大吞吐率的電路設(shè)計中，實例化了四個 WDZ模塊，并將WD z模塊中的四輪迭代展開運算。最大吞吐率的設(shè)計以犧牲面積來換取加密 速度。這樣，初始化運算僅需要4個時鐘周期。若η表示加密的次數(shù)，加密運算的總時鐘數(shù) 為：η+4 〇
[0047] 以上所述僅為本發(fā)明的較佳實施例而已，并不用以限制本發(fā)明，凡在本發(fā)明的精 神和原則之內(nèi)，所做的任何修改、等同替換、改進等，均應(yīng)包含在本發(fā)明保護的范圍之內(nèi)。
【主權(quán)項】
1. 一種應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，其特征在于，包括RS 1的初始化和加 密兩個階段； RSi的初始化階段： 首先，RSi載入IV、，載入方式為： {RSi, RS2, RS3, RS4, RS5, RSe, RS" RSJ = {IVi, IV2, IV3, IV4, IVi, IV^, IV3, IVj ； 其中；RSi表示16-bit內(nèi)部狀態(tài)寄存器，i = 1，2, 3…，8 ;IVX表示16-bit初始化向量， X= 1, 2, 3, 4 ； 然后載入IVy后的RS 1進行四輪初始化運算，其中：初始化運算的數(shù)據(jù)輸入為j的二 進制補碼，j表示運算的輪數(shù)，j = 0, 1，2, 3 ;初始化運算采用的函數(shù)為WD,，WD,表示利用密 鑰Ky進行加密運算的函數(shù)，Z = 1，2, 3, 4 ;密鑰K y為128-bit密鑰分成的16-bit子密鑰，y =1，2, 3…，8 ;經(jīng)過WD若算后得到的16-bit輸出WD Wtz;每輪運算結(jié)束，RS 1都會被更新一 次，第四輪運算結(jié)束后，RSi中的值就是初始化后的值； RSi的加密階段；RSi初始化后的值進行一輪數(shù)據(jù)加密運算；其中；數(shù)據(jù)加密運算的數(shù)據(jù) 輸入為待加密的16-bit明文數(shù)據(jù)PT,數(shù)據(jù)加密運算采用的函數(shù)也為WD,，加密結(jié)束后的數(shù) 據(jù)輸出為加密生成的16-bit密文CT ; 所述WD點一個代換-置換加密結(jié)構(gòu)，包括4個實現(xiàn)非線性代換的S盒和1個實現(xiàn)線 性置換的單元。2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，其特征在于，RS 1 在初始化和加密兩個階段的更新方式具體如下：其中；<< 表示循環(huán)左移位操作，〉〉表示循環(huán)右移位操作，?表示異或操作，田表示模 加操作。3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，其特征在于，實現(xiàn) 非線性代換的S念的代換關(guān)系具體化下：4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，其特征在于，實現(xiàn) 線性置換的單元為；UD)=值<<<6) ?值<<<10)。5. 根據(jù)權(quán)利要求1-4之一所述的應(yīng)用于無源超高頻RFID技術(shù)的加密方法，其特征在 于，在加密結(jié)束后，RSi再次被更新，用于下一次待加密的16-bit明文數(shù)據(jù)PT的加密。
【文檔編號】G06K17/00GK105991283SQ201510071096
【公開日】2016年10月5日
【申請日】2015年2月10日
【發(fā)明人】陳昊, 王楊, 安錫文
【申請人】中交北斗技術(shù)有限責(zé)任公司