引言

　　RFID 是Radio Frequency Identification 的縮寫，即射頻識別技術[1]，俗稱電子標簽。RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術[2-3]，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術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。

　　埃森哲實驗室首席科學家弗格森認為RFID 是一種突破性的技術：“第一，可以識別單個的非常具體的物體，而不是象條形碼那樣只能識別一類物體；第二，其采用無線電射頻，可以透過外部材料讀取數(shù)據，而條形碼必須靠激光來讀取信息；第三，可以同時對多個物體進行識讀，而條形碼只能一個一個地讀。此外，存儲的信息也非常大。”

　　基于此，我們開發(fā)了一個無線身份識別系統(tǒng)，用于對進出房間者進行身份識別和數(shù)據統(tǒng)計。

　　1 RFID 系統(tǒng)的基本組成及特點

　　1.1 RFID 系統(tǒng)的基本組成

　　最基本的RFID 系統(tǒng)由電子標簽（Tag）、閱讀器（Reader）和天線（Antenna）三部分組成[4-5]。如圖1 所示。

圖1 RFID 射頻識別系統(tǒng)基本組成部分

　　電子標簽：電子標簽也稱作智能標簽，它是指由IC 芯片和無線通信天線組成的超微型的小標簽，其內置的射頻天線用于和閱讀器進行通信。由耦合元件及芯片組成，每個標簽具有唯一的電子編碼（EPC），附著在要標識的目標物體上。閱讀器：閱讀器又稱讀頭、讀寫器等，它在RFID 系統(tǒng)中扮演著重要的角色，主要負責與電子標簽的雙向通信，同時接受來自主機系統(tǒng)的控制指令。閱讀器的頻率決定了RFID系統(tǒng)工作的頻段，其功率決定了身頻識別的有效距離。閱讀器根據使用的結構和技術不同可以是讀或讀/寫裝置，是RFID 系統(tǒng)信息控制和處理中心。閱讀器通常由射頻接口、邏輯控制單元和天線3 部分組成。

　　1.2 RFID 系統(tǒng)的特點與優(yōu)勢

　　RFID 技術的應用包羅萬象，是近幾年來信息技術領域最熱門的話題之一。RFID 技術較多應用于物流行業(yè)。傳統(tǒng)的物流信息采集工作方式是通過人工將貨物進行核對并將數(shù)據輸入到計算機中。這一過程費時費力，并且可能由于人為過失造成數(shù)據輸入錯誤的存在，影響所采集信息的可靠性。而自動識別輸入技術，大大提高了物流信息采集的工作效率。RFID 技術的應用是其它技術識別技術，如條碼、IC卡、光卡等無法企及的，如：讀取方便快捷、識別速度快、數(shù)據容量大、使用壽命長、應用范圍廣、標簽數(shù)據可動態(tài)更改、安全性強、動態(tài)實時通信等。和傳統(tǒng)條形碼識別技術相比，RFID 有以下優(yōu)勢：

　?、?nbsp;快速掃描；
　?、?nbsp;體積小型化、形狀多樣化。RFID 在讀取上不受尺寸大小與形狀限制；
　?、?nbsp;抗污染能力和耐久性。RFID 對水、油和化學藥品等物質有強抵抗性；
　?、?nbsp;可重復使用。條碼印刷后無法更改，RFID 標簽內存儲的數(shù)據可以方便的更新。
　?、?nbsp;穿透性和無屏障閱讀。電磁波能穿透的介質，對RFID的識別都不會產生影響；
　?、?nbsp;數(shù)據的記憶容量大；
　?、?nbsp;安全性。經過加密的RFID 數(shù)據，被竊取后被攻擊者讀出、復制的可能性很小。

　　2 RFID 身份識別系統(tǒng)的設計與實現(xiàn)

　　2.1 電子標簽的設計

在本系統(tǒng)中，我們選擇TI 公司的CCS511 做為電子標簽[6]，TI 公司的CC2511 是為無線通信應用設計的低功耗2.4GHz 的SoC 芯片，CC2511 集成了TI 公司研發(fā)的被稱為業(yè)界最佳的RF 收發(fā)器，其實芯片特性如下：主處理器：增加8051；存儲單元：32 kB FLASH 用于數(shù)據和程序的存儲，4 kB 數(shù)據空間；安全組件：支持AES 對稱算法；接口支持：支持USB2.0 協(xié)議全速率12 Mb/s 工作模式；功耗：最低功耗模式下電流為300 nA；射頻：頻率范圍從2400～2483.5 MHz 可自由調節(jié)。

　　2.1.1 存儲數(shù)據防靜態(tài)分析設計

　　為保障存儲器中數(shù)據的安全， 在設計中我們使用CC2511 中的AES 模塊對數(shù)據進行加密后再存儲，密鑰存儲于CC2511 的片內數(shù)據區(qū)中中，在芯片第一次上電時隨機生成，不可讀出，這樣保證了存儲在EEPROM 中數(shù)據的靜態(tài)安全性。此外，為防止硬件上的安全隱患，即EEPROM 被人為替換。我們采取CC2511 與EEPROM 的ID 號匹配認證的方式，以實現(xiàn)兩個芯片的一一對應。具體的匹配流程如圖2 所示。

圖2 存儲區(qū)與主芯片匹配流程

　　2.1.2 存儲數(shù)據的訪問控制設計

　　為了保證存儲在電子標簽中的數(shù)據安全性，需要對訪問電子標簽的讀卡器進行身份認證操作。為此，我們受到MifareOne[7]卡中存儲區(qū)按塊和扇區(qū)劃分的啟發(fā)。將該電子標簽EEPROM 中連續(xù)的存儲空間映射成扇區(qū)的方式讀寫，并設置每一扇區(qū)有各自的讀寫權限。扇區(qū)又分為若干的塊，讀卡器操作時讀寫的最小單位為塊，一個塊有16 字節(jié)的空間?？ㄆ瑢⒆x卡器發(fā)來的扇區(qū)+塊的地址映射成扇區(qū)+偏移量的地址進行讀卡。讀卡器發(fā)來讀寫卡的命令同時包含被讀寫扇區(qū)的權限密鑰。CC2511 此時就起到了數(shù)據加解密與訪問控制的作用，它是一種強制訪問控制方式。

　　2.2 身份識別系統(tǒng)認證協(xié)議設計

　　為了保證讀卡器和電子標簽之間的相互認證和雙方通信數(shù)據的安全性，我們采用了不涉及到第三方的鑒別機制實現(xiàn)讀卡器和標簽的認證和密鑰協(xié)商。

　　2.2.1 不涉及到可信第三方的鑒別機制
 
　　這種鑒別機制中，Reader 和Card 在開始運行鑒別機制之前應共享一個公共的秘密鑒別密鑰K，并假設其是安全的。其機制流程如圖3 所示。

圖3 不涉及到可信第三方的鑒別機制

　　不涉及到可信第三方的鑒別機制的執(zhí)行過程如下：
　?、?nbsp;Reade 廣播AUTHENTICATION 命令；
　?、?nbsp;Card 返回相應信息ACK。
　?、?nbsp;Reader 接收到ACK 后，產生隨機數(shù)A 公共密鑰加密和Card 的ID 號運算用形成ERD 發(fā)送給Card；
　?、?nbsp;Card 接收到ERD 與自己的ID 號比較，相同，解密隨機數(shù)A 并產生隨機數(shù)B 運算，用公共密鑰加密形成EDR發(fā)送給Reader；不相同，停止；
　?、?nbsp;Reader 成功接收后將接收的EDR 再一次發(fā)送給Card，并用公共密鑰解密EDR，提取隨機數(shù)A′并與自己產生的隨機數(shù)A 對比，相同，Reader 方認證成功；否則，認證失敗； 　　　　
　?、?nbsp;Card 成功接收EDR 后，用公共密鑰解密EDR，提取隨機數(shù)B′并與自己產生的隨機數(shù)B 對比，相同，Card 方認證成功；否則，認證失敗。這種鑒別機制中，唯一性/時間性是通過產生并檢驗隨機數(shù)來控制的。在⑤中，Reader 再一次發(fā)送EDR 是為了給Card驗證隨機數(shù)B。

　　3 結語

　　RFID 射頻識別是一種非接觸式的自動識別技術，它通過射頻信號自動識別目標對象并獲取相關數(shù)據，識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。RFID 技術由于識別工作無須人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境，而且由于2.4 GHz 的射頻距離可以從幾毫米到幾十米，因此作為門禁的身份識別技術非常合適，在這里我們用于實現(xiàn)了身份識別系統(tǒng)中的讀卡器和標簽，并且根據身份識別的要求，給出了身份識別的認證算法，以保證標簽和讀卡器的安全性。2.4GRFID 的應用非常廣泛，本文僅給出了其中的一個應用，以供參考。