基于视觉密码的rfid安全协议

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1、基于视觉密码的RFID安全协议摘要：RFID系统中标签计算能力低、资源受限等对感知层安全带来很多威胁，因此设计一种高效、安全、计算简单的认证协议是保障物联网安全的重点。现有认证协议所采用的加密算法较复杂、运算量大。利用视觉密码无条件安全、解密简单的特性，构造一种新的RFID认证协议，可弥补传统认证协议的不足。使用视觉密码实现标签与读写器之间的认证，并在认证后更新标签中的影子图像，可有效抵御位置跟踪、窃听、重放、非法读取等攻击。该协议具有前向性安全、成本低、安全性好等特点。关键词：物联网；RFID；视觉密码；安全协议D

2、OIDOI：10.11907/rjdk.151503中图分类号：TP309.7文献标识码：A文章编号：16727800（2015）006017303基金项目基金项目：作者简介作者简介：李春艳（1981-），女，云南蒙自人，硕士，红河学院工学院讲师，研究方向为数字水印、物联网安全。0引言射频识别技术（RadioFrequency10Identification，RFID）是一种高效而实用的识别技术，它通过无线电波在读写器和标签之间传递信息，实现对物体的跟踪和识别。RFID系统主要由标签、读写器和后端数据库系统构成。标签

3、可接收数据，也可将数据发送给读写器。读写器负责处理并捕捉标签的数据，并将数据传送给后端数据库系统。读写器在标签和后端系统中发挥中介作用。这种非接触性技术在带来便利的同时，也存在很多安全隐患，如物体的位置跟踪及标签信息泄露等。RFID安全保密问题日益备受关注，很多学者提出了安全认证协议，如基于密钥矩阵的RFID安全协议、Key值更新随机Hash锁对RFID安全隐私的加强、基于轻量级加密技术建立物联网感知层信息安全的解决方案等。这些算法在一定程度上可抵御攻击，有一定的安全性，但也存在同步问题及运算量大、对重放攻击不具有免

4、疫性等缺陷。视觉密码VCS（VisualCryptographyScheme）是一种新型的密码技术，具有解密简单、计算量小、满足无条件安全等优势。它由Naor和Shamir在1994年的欧洲密码学会议上提出[1]。其基本思想是将秘密图像编码到n个影子图像（分享图像）中，并将影子图像分别赋给n个参与者，解密时只需k（k≤n）个参与者将影子图像叠加起来，就可通过视觉辨认出秘密信息[1-3]。文献[4]提出了一个基于布尔操作的（2，10n）门限视觉密码方案，加密时将秘密图像分享为n个分享图像，解密时取任意两个分享图像进行异

5、或运算即可恢复秘密图像。文献[5]分析了物联网架构中感知层存在的安全漏洞，提出了视觉密码的身份认证方案。该方案虽采用了视觉密码运算简单的特点，但其在认证过程中只实现了单向认证，即对标签的认证，而没有实现对读写器的认证。另外，由于认证过程中认证信息始终不变，所以方案不能抵御位置跟踪、重放等攻击。文献[6]利用视觉密码实现了双向身份认证，然而在认证过程中以明文传送，算法很难抵御假冒攻击，一旦被俘获算法也不能保证前向性安全。鉴于现有认证协议的缺陷，本文利用视觉密码构造一种新的RFID认证协议，使用视觉密码实现标签与读写器间

6、的认证，并在认证后更新标签中的影子图像，弥补现有认证协议运算量大、安全性差的不足。1视觉密码1.1基本原理10（k，n）的视觉密码方案将一幅秘密图像P加密成n幅影子图像，解密时只需将k（k≤n）个影子图像重叠起来就能恢复秘密信息。加密基本原理是对秘密图像P中的每个像素进行n次处理，P中每个像素在影子图像中对应m个黑白子像素（m称为像素扩展度），对P中所有像素都作此处理后就得到n幅影子图像。若为P中每个像素的加密构建一个n*m的布尔矩阵A=（Aij）n*m，则Aij=0表示对于秘密图像中某一个像素，它在第i个分享者的第

7、j个子像素的颜色为白色；Aij=1表示它在第i个分享者的第j个子像素的颜色为黑色。矩阵A的第i行为秘密图像p中一个像素在影子图像中对应的子像素。对A中第j列的所有元素作或运算，其值W（v）称为该像素块的汉明重量。解密时将k个影子图像重叠，计算每个像素块的汉明重量，当W（v）≥d时，图像中该像素点为黑色；W（v）

8、二值图像的（2，2）视觉密码分解以一幅黑白二值图像p分解为2幅影子图像为例来说明视觉密码方案的基本原理，分解时用公式（1）作加密矩阵（H0和H1分别表示秘密图像中白色像素和黑色像素的加密矩阵），像素扩展度m=2。具体步骤如下：（1）对于P中的每一个像素pxy进行扩展，扩展方法：若pxy为白色，则从集合H0中等概率挑出一个矩阵来对该像素加密；矩阵