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RFID系统安全性研究

作　者: 刘金荷
导　师: 赵莲清
学　校: 华北电力大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: RFID 安全 AES ECC FPGA
分类号: TP309.7
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

RFID是一种非接触式的自动识别技术,随着RFID技术的飞速发展,其安全问题也日益加剧,现有的大多数RFID应用中的数据安全主要依靠于加密算法本身的保密性,一旦这种算法被攻破,依赖于它的RFID系统的安全性将受到严重的威胁。而各种公开的加解密算法原理明确、久经考验,所以利用各种公开的加解密算法可以大大提高RFID系统的安全性。本文在研究RFID系统的组成结构、面临的安全问题以及现有的安全解决方案的基础上,提出了一种基于AES和ECC算法的RFID安全方案。该方案采用基于AES算法的双向认证和消息加密机制,同时利用ECC算法对AES算法的密钥进行二次加密,有效的防止了攻击者对标签和阅读器中用户信息的窃取、对标签和阅读器的伪造以及窃听标签和阅读器的通信过程等侵犯行为,从而提高RFID系统的安全性。由于标签电路的计算能力、存储空间等的限制,嵌入标签中的AES算法需要进行面积优化。为了达到优化的目的,文中采用了复合域代数法实现S盒、反复循环结构以及实时产生密钥等方法来优化AES算法；而嵌入阅读器中的AES算法则采用查找表实现S盒变换、流水线实现密钥的扩展等方法来提高算法吞吐量；ECC算法中的点乘运算用Montgomery方法实现,从而提高算法的数据处理速度。本文采用以上的优化方法扩大基于AES和ECC算法的RFID安全机制的应用范围,并通过FPGA平台对AES和ECC算法进行仿真实现。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第1章绪论  9-13
  1.1 选题背景及意义  9-10
  1.2 国内外研究动态  10-12
  1.3 本文的结构安排  12-13
第2章 RFID原理与系统安全  13-20
  2.1 RFID系统结构  13-15
  2.2 RFID安全问题  15-16
    2.2.1 RFID组件的安全威胁  15-16
    2.2.2 RFID应用的安全风险  16
  2.3 RFID安全需求  16-17
  2.4 RFID安全机制  17-19
    2.4.1 物理安全机制  17
    2.4.2 密码安全机制  17-18
    2.4.3 安全机制设计  18-19
  2.5 本章小结  19-20
第3章 AES与ECC算法原理  20-31
  3.1 相关数学理论  20-22
    3.1.1 群  20-21
    3.1.2 有限域  21-22
  3.2 AES算法原理  22-27
    3.2.1 AES算法描述  22
    3.2.2 AES基本运算  22-27
  3.3 ECC算法原理  27-30
    3.3.1 椭圆曲线概念  27-28
    3.3.2 椭圆曲线加法规则  28-29
    3.3.3 椭圆曲线密码体制  29-30
  3.4 本章小结  30-31
第4章 AES与ECC算法实现  31-47
  4.1 仿真环境描述  31-32
    4.1.1 Quartus Ⅱ简介  31
    4.1.2 ModelSim简介  31-32
  4.2 AES算法的硬件实现及优化  32-38
    4.2.1 AES算法常用实现结构  32-34
    4.2.2 面积优化AES算法实现  34-36
    4.2.3 速度优化AES算法实现  36-38
  4.3 ECC算法的硬件实现及优化  38-46
    4.3.1 二进制域运算实现  38-42
    4.3.2 椭圆曲线上点乘运算实现  42-44
    4.3.3 椭圆曲线密码算法实现  44-46
  4.4 本章小结  46-47
第5章基于AES和ECC算法的RFID安全系统  47-53
  5.1 基于AES的双向认证协议  47-48
  5.2 基于AES的消息加密机制  48-49
  5.3 基于AES和ECC的RFID安全机制  49-52
    5.3.1 安全机制实现  49-52
    5.3.2 系统性能分析  52
  5.4 本章小结  52-53
第6章结论和展望  53-55
  6.1 论文工作总结  53
  6.2 未来研究方向  53-55
参考文献  55-58
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果  58-59
致谢  59

RFID系统安全性研究

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