快递RFID系统中标签防碰撞算法和安全协议的研究

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近年来随着网络购物的兴起,我国快递业迎来了“井喷”,但是快递业的信息化程度仍然较低。RFID技术具有存储量大、识别范围广、多目标识别等特点。采用RFID技术不但能解决快递在中转和派发过程中可能出现的错件、漏件问题,而且还能够提高其安全性和可靠性,实现整个快递业向更高效、信息高度集成化的方向升级。多标签防碰撞技术和安全认证技术是RFID领域的关键技术,同时也是论文对基于RFID快递系统的主要研究内容。  快递RFID系统中标签数目庞大,而常用的防碰撞算法识别时间较长且只适用于标签数量较少的场合,论文由此提出了一种改进的二进制防碰撞算法。该算法利用标签自身的异或值和读写器检测到的第一、二碰撞位,缩小了读写器的搜索范围,减少了标签响应的个数,从而有效避免了标签之间不必要的冲突;同时通过标签的异或值来识别标签,在碰到仅存在两个比特位出现碰撞的情况,读写器就可以直接完成这两个标签的识别,提高了识别效率。论文给出了改进的二进制防碰撞算法的详细实现流程,并在MATLAB平台上用仿真的方法,从读写器的请求次数、读写器和标签之间总的数据通信量两个方面证明了改进算法适合应用于具有大量标签的快递RFID系统。  针对快递RFID系统面临的假冒、重放以及去同步化等安全隐私的威胁,论文提出了一种改进的基于Hash函数的安全协议。该协议提供了相互认证和标签ID更新机制,从而阻止假冒攻击、重放攻击等安全问题;同时,针对去同步攻击的问题,改进协议通过在后端服务器中保持更新前后的纪录,当标签因为去同步攻击从而导致后台服务器无法实现身份认证时,后端服务器可以通过读取以前的记录从而完成对标签的认证。另外,后端服务器存储标签的所有相关信息由唯一的ID索引,从而提高了协议的执行效率。论文给出了改进协议的详细执行流程,并从理论上分析了改进协议安全性能和执行性能。论文最后通过建立协议的理想化模型,运用BAN逻辑的形式化分析方法,进一步证明了改进协议的安全性。  
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