[發明專利]一種基于PUF的輕量級RFID雙向認證方法

有效

• 申請號: 202010569364.7
• 申請日: 2020-06-20
• 公開（公告）號: CN111709011B
• 公開（公告）日: 2022-08-02
• 發明（設計）人: 劉亞麗;李濤
• 申請（專利權）人: 江蘇師范大學
• 主分類號: G06F21/44
• 分類號: G06F21/44;G06F7/58;G06K7/10
• 代理公司: 暫無信息
• 代理人: 暫無信息

1.一種基于PUF的輕量級RFID雙向認證方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1：生成偽隨機數種子；

S2：協議初始化；

S3：雙向認證；

其中，

步驟S1具體包括：

S1-1：服務器S向標簽T發送request請求；

S1-2：標簽T接收到請求后，產生一個隨機數r₁，標簽利用自身的標識假名IDS計算得到A＝IDS⊕r₁，B＝FLIP(IDS_L,IDS_R)，然后標簽T將A，B發送給服務器S；

S1-3：服務器S接收到A和B后，查找數據庫中是否有滿足的IDS，拆分為IDS_L與IDS_R后能滿足B的值；若不存在，則標簽不合法，認證協議失敗；若存在，服務器S利用查找出的IDS計算出隨機數r₁＝A⊕IDS，同時產生隨機數r₂，并計算C＝IDS⊕r₂，D＝FLIP(IDS_L,r₂⊕IDS_R)，然后服務器S將C、D發送給標簽T；

S1-4：標簽T接收到C和D后，計算出r₂＝C⊕IDS，并驗證通信值D；

若驗證失敗，則認證協議失敗；

若驗證成功，服務器S計算E＝FLIP(IDS_R,r₂⊕IDS_L)，同時計算偽隨機數種子Seed₁＝r₁⊕ROT(IDS,r₂)，Seed₂＝r₂⊕ROT(IDS,r₂)，并將E發送給服務器S；

同時，服務器在發送C和D后開始計時，若服務器在時間閾值△T內未接收到消息E，則判定發生了非同步攻擊，種子同步生成失敗；

若服務器在時間閾值△T內接收到了消息E，則服務器S驗證通信值E，若驗證通過，則同步計算偽隨機數種子Seed₁＝r₁⊕ROT(IDS,r₂)，Seed₂＝r₂⊕ROT(IDS,r₂)；

步驟S2具體包括：

S2-1：服務器S產生一個激勵C，發送給標簽T；

S2-2：標簽T利用內置的PUF產生R₁＝PUF(C)，R₂＝PUF(R₁)，然后發送服務器S；

S2-3：服務器端存儲信息R₁，R₂；

步驟S3具體包括：

S3-1：服務器S使用偽隨機數發生器計算K₁＝PRNG(Seed₁)，K₂＝PRNG(Seed₂)，然后計算M₁＝ROT(FLIP(K₂,K₁),K₁)⊕R_i，M₂＝FLIP(ROT(R_i+1,K₁),K₂)，發送給標簽T；i是協議認證第i輪；

S3-2：標簽T收到M₁，M₂后，首先計算K₁＝PRNG(Seed₁)，K₂＝PRNG(Seed₂)，假設此時PRNG的計算次數為n＝n₀，然后利用K₁和K₂從M₁中提取R_i，利用PUF計算R_i+1＝PUF(R_i)，并驗證M₂是否正確；

若驗證失敗，說明K₁，K₂與服務器端不同步，發生了非同步攻擊，使用種子重新為K₁和K₂計算出下一對值，PRNG計次n＝n+1；

若直到PRNG的計次nn₀+n_t時仍未能成功驗證M₂，則協議認證失敗；

若驗證成功，標簽T計算R_i+2＝PUF(R_i+1)，M₃＝ROT(FLIP(K₁,K₂),K₂)⊕R_i+2，M₄＝FLIP(ROT(R_i+2,K₂),K₁)，發送給服務器S；

S3-3：服務器S從M₃中提取R_i+2，并驗證通信量M₄的正確性，若驗證失敗，則標簽不合法，協議認證失敗；

若驗證成功，則協議雙向認證成功；

然后服務器端更新R_i+1，R_i+2；第i輪認證結束；

所述FLIP是比特位翻轉Z＝FLIP(X,Y)計算，具體包括：

步驟一：對X作翻轉操作

長度為L的二進制串，初始指針j＝1，漢明重量為w，對a_j...a_j+w所在子串翻轉，然后指針j＝j+1，翻轉后新串的漢明重量重新計算，重復此過程，直到j-1+wL時結束；

步驟二：錯位異或

對步驟一中得到的X與Y錯位異或得到Z；

z_j＝x_j⊕y_(j+w)modL

w為Y的漢明重量，L為Y的串長，mod的定義為取余運算，j為x和y兩個二進制串中的第j位。