RFID安全机制

1、西南交通大学RFID系统安全机制张雪琪张雪琪 20142107982014210798西南交通大学Southwest Jiaotong University西南交通大学RFID系统安全机制目录1RFID系统安全威胁2物理保护机制3密码安全机制4密码安全机制比较西南交通大学第一章RFIDRFID系统安全威胁系统安全威胁西南交通大学1.1 RFID的系统结构与工作流程RFID系统结构只读读写西南交通大学1.1 RFID的系统结构与工作流程RFID工作流程西南交通大学1.2 RFID系统攻击类型计对RFID系统的攻击，主要易于发生在两个方面：物理攻击无线信道的攻击针对标签、读写器针对任何无线网络都存

2、在西南交通大学1.3 物理攻击 采用一些技术手段扰乱、破坏标签和读写器之间的传输信号干扰攻击 复制他人的电子标签或智能卡等的信息克隆攻击破坏RFID系统的可用性冒名顶替以获得某些经济或其它方面的利益西南交通大学1.3 物理攻击案例一： 2004年，约翰霍普金斯大学和RSA实验室的一些研究人员找到了DST的安全弱点，并示范了对DST的复制攻击。DST是由德国仪器(TI)公司制造的一种低频RFID设备，该设备通过内置加密功能来实现数字签名验证功能。当时，DST主要被用于防止汽车盗窃，已经被配备在数以万计的汽车上。研究者们的攻击显示，只通过一些少量的、简单的挑战/响应对，可以破解含有DST的汽车钢匙

3、，实现对DST的完全复制。西南交通大学1.3 物理攻击 电流分析攻击 故障攻击：通过攻击导致一个或多个触发器出现故障，对标签寄存器中的数据进行破坏。芯片攻击 攻击者在获得、接触到标签实体的情况下，对标签实体实施物理破坏毁坏攻击获得芯片内密码算法信息、密钥信息标签被损，不能与读写器通信西南交通大学1.3 物理攻击案例二： 2011年，德国鲁尔大学的研究人员采用旁信道攻击，花费了七个小时，破解了Mifare DESFire MF3ICD40使用的安全算法，获得了智能卡使用的112位加密，破解密钥所需设备仅仅只要3000美元。该破解加密方法的出现使得对RFID芯片的完美复制成为可能。MIFARE是芯

4、片类的一大家族，被广泛应用于城市的非接触公交卡和门禁卡，据估计，当时全球至少有10亿张含MIFARE芯片的卡片处于使用当中。MIFARE芯片的易受攻击性可被黑客利用来克隆采用该芯片的非接触卡。西南交通大学1.4 其它攻击方式 与基于物理特性的攻击方式对比，基于无线传输和协议机制漏洞等方面进行的攻击更加难以防范，攻击后果也会更加严重：对数据的完整性、协议的可信性、系统的可用性等方面进行破坏,从而获得标签、用户、读写器等的隐私信息。身份冒充攻击 标签或读写器的身份信息被攻击者获取， 攻击者利用它去与目标方建立通信连接假冒标签身份欺骗合法读写器 针对RFID门禁系统，攻击者通过实施标签冒充攻击便可通

5、过门禁验证，顺利进入未授权区域。假冒读写器身份欺骗真实的标签 获取标签方的密朗、身份信息等隐私数据西南交通大学1.4 其它攻击方式篡改攻击对攻击者的能力要求较高对标签和读写器之间的消息窃听，甚至截获、阻断对获取的通信信息实施修改、删除、替换等操作，再传送给原本的接收者使标签和读写器之间的相互认证机制不可信使其相信攻击者为合法对象西南交通大学1.4 其它攻击方式案例三： 2004年，GmbH高级顾问Lukas Grunbwald在Black Hat安全简报会议上，宣布了一个新软件RFDump，使用它可以对RFID标签的信息进行读取和修改。如果该新软件被一些动机不良的攻击者使用时，后果将非常严重：

6、攻击者可以使用一个安装了该软件的手持设备将贵重商品减价，然后顺利通过检测后，便可堂而皇之的走出商店，但不会留下任何痕迹。对于未成年的攻击者来说这也是一个好消息，因为他们可以试着跨越年龄限制，提前享受一下成人的生活。例如邀请同龄人一起喝上几杯啤酒等。西南交通大学窃听攻击:对开放的无线通信链路进行监听，对窃听到的信息进行分析，以期获得一些对攻击者有利的秘密信息，然后利用这些有价值的信息，对RFID系统进行有目的的攻击。读写器标签后向信道窃听范围恶意扫描范围工作范围前向信道窃听范围1.4 其它攻击方式西南交通大学1.4 其它攻击方式异步化攻击标签失效攻击DoS攻击位置跟踪攻击病毒攻击当RFID标签中

7、毒，并以无线方式被读取时，正在处理芯片信息的资料库就可能被感染，然后又可从这里将病毒传播给其它RFID标签。例如，攻击者可能使RFID病毒来破坏航空公司的行李处理系统，更为严重的是它还可能被用来破坏其它系统的资料库。标签和服务器在每一轮会话认证结束后，需要更新双方共享信息(如密钥)的环境中。攻击者首先选择合适的时机对通信信道进行干扰，打乱通信双方的信息交互节奏。在下一次会话中，双方的信息不一致而使它们不能相互识别。西南交通大学第二章物理安全机制物理安全机制西南交通大学 由于读写器和后台服务器的存储和计算能力都比较强，采用密码技术来保证安全即可。物现机制的主要目的是：保证只有合法的读写装置才可以

8、对标签进行读取、识别操作避免攻击者实施非法查询攻击或进行位置跟踪攻击2 物理安全机制采用使标签永久失效的方式来保护标签的隐私Kill命令标签被Kill后，下次将无法被读取，增加使用成本用户无法对标签实施的Kill操作进行验证和追踪，攻击者在获得目标标签的PIN码后，可以自由的对该标签执行Kill命令缺陷西南交通大学2 物理安全机制当标签收到Sleep命令后，进入所谓的休眠期，除非当对其实施某些特殊的唤醒机制，如访问激活码、物理激活机制等Sleep命令由IBM公司提出，通过将电子标签的天线扯掉或者刮除等方式，使得标签的可读范围变得更小，使其不能被处于较远位置的读写器所读取。裁剪标签法是在标签外部

9、增加一个特殊材质的外罩。作用是通过屏蔽外界信号,来保护标签不被非法访问。法拉第网罩对额外设备过度依赖、增加标签使用成本抵抗读写装置的监听、恶意跟踪弥补Kill命令的不足西南交通大学2 物理安全机制重命名 使得攻击者不能找到暴露标签身份信息的固定值 对不同的标签进行区分代理 将隐私保护的职责和功能委托给一个第三方设备，依赖外部智能设备来进行安全管理 对标签进行监控的审计系统Watchdog Tag、RFID Guardian和RFID Enhancer ProxyBlocker标签 在保护区域内，对标签进行查询时，Blocker标签会发出引起冲突的响应信号 只有合法的读写器才可以消除该信号，以保

10、证标签的信息被合法的读写器读取过于依赖Blocker标签的工作状态增加了系统的成本，不具备良好的扩展性西南交通大学第三章密码安全机制密码安全机制西南交通大学1.1 Hash-Lock协议 图1 Hash-Lock协议流程Hash-Lock协议中没有ID动态刷新机制ID以明文的形式通过不安全的信道传送侵犯者仍然可以通过metaID对标签进行非法追踪，易受到假冒攻击和重放攻击西南交通大学1.2 Randomized Hash-Lock协议图2 Randomized Hash-Lock协议流程标识IDj仍以明文的形式通过不安全的信道传输在每次认证发生时，后端数据库都需要将所有标签的标识发送给读写器，

11、数据通信量非常大读写器在每次认证时都要对所有标签的ID进行一次Hash运算，整体消耗时间较多，系统执行效率很低。仅适用于小规模范围的应用西南交通大学1.3 Hash-Chain协议图3 Hash-Chain协议流程标签是一个具有自主ID更新的主动式标签，每次认证过程中标签给读写器的回应都不一样，故不可跟踪，具有前向安全性单向认证协议，阅读器可对标签认证，但标签无法认证阅读器的合法性计算载荷非常大，无法有效地防止攻击者对标签资源的恶意消耗西南交通大学1.4 基于杂凑的ID变化协议图4 基于杂凑的ID变化协议流程不可跟踪，有效地抵抗重放攻击和假冒攻击。标签是收到消息5且验证通过后才更新其ID和LS

12、T信息，之前后端数据库已经成功地完成相关信息的更新。此时进行攻击，将导致严重的数据不同步不适用于分布式数据库的计算环境TID=TID-LSTTID-最后一次会话号LST-最后一次成功的会话号西南交通大学1.5 LCAP协议图5 LACP协议流程不适用于分布数据库的计算环境存在数据库同步的潜在安全隐患ID = ID rHL 散列函数H输出的左半部分HR 散列函数H输出的右半部分西南交通大学1.6 分布式RFID询问-应答认证协议图6 分布式RFID询问-应答认证协议流程读写器和标签分别生成一个随机数，只有当读写器和标签都通过认证才可以进行访问，尚未发现该协议有明显的安全漏洞整体消耗时间较多，导致

13、系统的执行效率偏低不适合于低成本的RFID系统西南交通大学1.7 数字图书馆RFID协议图6 分布式RFID询问-应答认证协议流程读写器和标签分别生成一个随机数，只有当读写器和标签都通过认证才可以进行访问，尚未发现该协议有明显的安全漏洞仅适用于小规模范围的应用不适合于低成本的RFID系统西南交通大学第四章密码安全密码安全机制比较机制比较西南交通大学4.1 密码安全协议的性能比较协议标签的ID是否更新适用场合适用范围认证模式Hash-Lock协议否安全要求不高大规模单向Radomized Hash-Lock协议否安全要求不高小规模单向Hash-Chain协议是安全要求不高小规模单向基于杂凑的 I

14、D 变化协议是不适合分布式数据库小规模双向LCAP 协议是不适合分布式数据库小规模双向分布式RFID询问-应答协议否可以用于隐私保护小规模双向数字图书馆RFID协议否可以用于隐私保护小规模双向西南交通大学4.2 安全协议不足分析 假设RFID系统进行一次Hash运算所以用的时间为TH， 进行一次加密或解密运算所用的时间TE ， 系统中总的标签数目是N， 系统预置的哈希链的最大链长度是M， 用i(1iN)表示一次认证过程中要检查的标签个数， 用m(1mM)表示一次认证过程中要检查的哈希链里的哈希值个数西南交通大学4.2 安全协议不足分析协议标签制造成本存在的安全隐患标签运算时耗读写器运输时耗Ha

15、sh-Lock协议低假冒攻击、重放攻击、恶意跟踪THTHRadomized Hash-Lock协议低假冒攻击、重放攻击、恶意跟踪THiTHHash-Chain协议高假冒攻击、重放攻击、3THimTH基于杂凑的 ID 变化协议高拒绝服务攻击、 去同步化攻击3THiTHLCAP 协议高拒绝服务攻击、 去同步化攻击3TH+TEiTH+3TH分布式RFID询问-应答协议高尚未发现安全漏洞2TH(1+i)TH数字图书馆RFID协议高尚未发现安全漏洞2（TH+TE）(1+i)TH西南交通大学Conclusion2nd priority initiatives12345Evaluate whether offer DT store more margin is possibleTogether with other strong brands, communicate