[發明專利]基于區塊鏈的多所有者RFID認證方法

在審

• 申請號: 202110796463.3
• 申請日: 2021-07-14
• 公開（公告）號: CN113407928A
• 公開（公告）日: 2021-09-17
• 發明（設計）人: 董慶寬;李麗;樊凱;高文鑫;馬飛龍;趙曉倩;任曉龍
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F21/44
• 分類號: G06F21/44;G06F21/60;G06F16/27
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 陳宏社;王品華

1.一種基于區塊鏈的多所有者RFID認證方法，其特征在于，包括如下步驟：

(1)信息初始化：

(1a)初始化包括標簽、區塊鏈服務器、N個閱讀器ID＝{ID_n|1≤n≤N}的RFID系統；標簽的身份標識、密鑰、舊密鑰分別為TID、S、S_old，標簽的隱蔽變量為R；區塊鏈服務器的公鑰、私鑰分別為E_B、D_B；每個閱讀器ID_n的子密鑰、身份標識分別為s_n、RID_n，N個閱讀器ID的共享公鑰、私鑰分別為E_R、D_R；同態加密的公鑰、私鑰分別為E、D，閾值為w；標簽與區塊鏈服務器的共享密鑰為k_T，區塊鏈服務器與每個閱讀器ID_n的共享密鑰為k_n，區塊鏈服務器與各閱讀器的共享大素數均為p，N≥2，ID_n表示第n個閱讀器；

(1b)利用哈希函數對標簽的身份標識TID、每個閱讀器ID_n的身份標識RID_n、每個閱讀器ID_n的身份標識RID_n與共享密鑰k_n的級聯結果RID_n||k_n分別進行加密，得到TID的哈希值H(TID)、RID_n的哈希值H(RID_n)、RID_n||k_n的哈希值H(RID_n||k_n)；同時利用隱蔽變量R對每個閱讀器ID_n的子密鑰s_n進行加密，并利用公鑰E對s_n的加密結果Rs_n進行同態加密，得到加密后的子密鑰E(Rs_n)；

(1c)對步驟(1a)、(1b)初始化信息進行存儲：

將標簽的身份標識TID、密鑰S、舊密鑰S_old、標簽與區塊鏈服務器的共享密鑰k_T、隱蔽變量R、每個閱讀器ID_n的身份標識RID_n存儲在標簽中；

將每個閱讀器ID_n的身份標識RID_n、每個閱讀器ID_n與區塊鏈服務器的共享密鑰k_n、大素數p、N個閱讀器的共享私鑰D_R、區塊鏈服務器的公鑰E_B存儲到ID_n中；

將TID的哈希值H(TID)、同態加密的公鑰和私鑰E、D，加密后的子密鑰E(Rs_n)、N個閱讀器的共享公鑰E_R、RID_n的哈希值H(RID_n)、標簽與區塊鏈服務器的共享密鑰k_T、大素數p、閾值w、RID_n||k_n的哈希值H(RID_n||k_n)、區塊鏈服務器的私鑰D_B、能夠進行標簽密鑰恢復與子密鑰生成的智能合約存儲在區塊鏈服務器中；

(1d)假設當前有T個閱讀器ID＝{ID_t|1≤t≤T}發起認證，ID_t表示第t個當前發起認證的閱讀器，1≤T≤N；

(2)每個閱讀器ID_t向區塊鏈服務器發送請求消息Request：

(3)區塊鏈服務器向每個閱讀器ID_t發送隨機數r₁的加密結果：

區塊鏈服務器根據請求消息Request，采用偽隨機數生成器生成隨機數r₁，并通過閱讀器的共享公鑰E_R對r₁進行加密后，然后將r₁的加密結果E_R(r₁)發送至每個閱讀器ID_t；

(4)每個閱讀器ID_t向標簽發送身份請求消息：

每個閱讀器ID_t通過共享私鑰D_R對r₁的加密結果E_R(r₁)進行解密，并計算E_R(r₁)解密得到的隨機數r₁與ID_t的身份標識RID_t級聯的哈希值M_t＝H(RID_t||r₁)，然后將哈希值M_t、r₁作為身份請求消息發送至標簽；

(5)標簽向每個閱讀器ID_t發送認證請求消息：

(5a)標簽計算自身存儲的每個閱讀器ID_n的身份標識RID_n與隨機數r₁級聯后的哈希值H(RID_n||r₁)，并判斷H(RID_n||r₁)與M_t是否相等，若是，執行步驟(5b)，否則終止認證；

(5b)標簽利用哈希函數對自己的身份標識TID進行加密，并對TID加密得到的哈希值H(TID)與區塊鏈服務器生成的隨機數r₁進行異或運算，然后對H(TID)與r₁的異或結果進行哈希運算，得到哈希值

(5c)標簽使用偽隨機數生成器生成隨機數r₂，并對r₂以及TID的哈希值H(TID)和隨機數r₁進行異或運算，然后對異或運算結果進行哈希運算，得到哈希值再將N₁、N₂、r₁、r₂作為認證請求消息發送至每個閱讀器ID_t；

(6)每個閱讀器ID_t向區塊鏈服務器發送標簽的認證請求信息：

每個閱讀器ID_t對標簽發送的認證請求消息中的哈希值N₁進行存儲，并將認證請求消息中的N₂、r₁、r₂發送至區塊鏈服務器；

(7)區塊鏈服務器向每個閱讀器ID_t發送密文：

(7a)區塊鏈服務器在存儲的數據信息中搜索是否存在標簽身份標識的哈希值H(TID)，使得H(TID)、r₁、r₂異或的哈希值與認證請求消息中的哈希值N₂相等，若是，執行步驟(7b)，否則終止認證；

(7b)區塊鏈服務器對搜索到的標簽身份標識的哈希值H(TID)與隨機數r₁進行級聯，并通過閱讀器的共享公鑰E_R對級聯結果進行加密，然后將級聯結果加密后的密文E_R(H(TID)||r₁)發送至每個閱讀器ID_t；

(8)每個閱讀器ID_t對標簽進行認證：

每個閱讀器ID_t利用共享私鑰D_R對密文E_R(H(TID)||r₁)進行解密，并計算解密后的標簽身份標識的哈希值H(TID)和隨機數r₁異或后的哈希值然后判斷與哈希值N₁是否相等，若是，則實現了每個閱讀器ID_t對標簽的認證，并執行步驟(9)，否則終止認證；

(9)每個閱讀器ID_t向區塊鏈服務器發送索引信息密文：

每個閱讀器ID_t計算自己的身份標識RID_t與共享密鑰k_t級聯后的哈希值C_t＝H(RID_t||k_t)，并將C_t作為索引信息，然后通過區塊鏈服務器的公鑰E_B對C_t與隨機數r₁的級聯結果進行加密后，將加密得到的每個閱讀器ID_t索引信息的密文X_t＝E_B(C_t||r₁)發送至區塊鏈服務器；

(10)區塊鏈服務器基于智能合約對標簽密鑰進行恢復，并向每個閱讀器ID_t發送認證信息：

(10a)區塊鏈服務器通過其私鑰D_B對每個閱讀器ID_t索引信息的密文X_t進行解密，并基于(w,N)門限秘密共享方法，判斷對X_t解密得到每個閱讀器ID_t的索引信息C_t＝H(RID_t||k_t)與區塊鏈服務器中存儲的H(RID_n||k_n)相等的個數是否大于等于閾值w，若是，則判定每個閱讀器ID_t符合認證條件，并執行步驟(10b)，否則終止認證；

(10b)區塊鏈服務器通過其存儲的智能合約，則根據與每個閱讀器ID_t索引信息C_t相等的哈希值H(RID_n||k_n)，調用區塊鏈服務器中存儲的與H(RID_n||k_n)對應的用隱蔽變量R與同態加密公鑰E加密后的子密鑰E(Rs_n)，并根據E(Rs_n)通過拉格朗日插值多項式計算出恢復標簽密鑰時的中間量E(M)，然后將E(M)發送至區塊鏈服務器；

(10c)區塊鏈服務器通過同態加密的公鑰E對中間量E(M)進行解密，并對解密結果模大素數p，得到用隱蔽變量R加密后的標簽密鑰信息RS'，并計算區塊鏈服務器與標簽的共享密鑰k_T、隨機數r₂異或的哈希值然后對N₃與RS'進行異或計算，然后將異或運算結果與隨機數r₂級聯結果作為認證信息發送至每個閱讀器ID_t；

(11)每個閱讀器ID_t將區塊鏈服務器發送的認證信息轉發至標簽；

(12)標簽對每個閱讀器ID_t進行認證，并向每個閱讀器ID_t發送子密鑰更新信息：

(12a)標簽計算區塊鏈服務器與標簽的共享密鑰k_T與隨機數r₂異或的哈希值并將該哈希值與認證信息進行異或計算，得到用隱蔽變量R對恢復后的標簽密鑰S'加密的信息RS'，然后計算RS'與R的比值S'后，判斷S'與自身存儲的標簽密鑰S或S_old是否相等，若是，則標簽實現對每個閱讀器ID_t的認證，并執行步驟(12b)，否則終止認證；

(12b)標簽通過其密鑰S與隨機數r₂異或后的哈希值對S進行更新，并計算通過隱蔽變量R對S的更新結果的加密結果RS_new與隨機數r₂異或后的哈希值同時計算標簽與區塊鏈服務器的共享密鑰k_T與隨機數r₁、r₂級聯的哈希值H(k_T||r₁||r₂)，然后對H(k_T||r₁||r₂)與RS_new進行異或計算，得到更新并加密后的標簽密鑰信息后，將N₅、N₆、r₁、r₂作為子密鑰更新信息發送至每個閱讀器ID_t；

(13)每個閱讀器ID_t將標簽發送的子密鑰更新信息轉發至區塊鏈服務器：

(14)區塊鏈服務器對每個閱讀器ID_n的子密鑰s_n進行更新：

(14a)區塊鏈服務器計算標簽與區塊鏈服務器的共享密鑰k_T與隨機數r₁、r₂級聯的哈希值H(k_T||r₁||r₂)，并利用該哈希值對子密鑰更新信息中的標簽密鑰信息N₆進行解密后，計算解密得到用隱蔽變量R加密后的標簽密鑰RS_new和隨機數r₂的哈希值然后判斷與N₅是否相等，若是，則執行步驟(14b)，否則，停止子密鑰更新；

(14b)區塊鏈服務器通過同態加密的公鑰E對用隱蔽變量R加密后的標簽密鑰RS_new加密，得到更新后的通過隱蔽變量R與同態加密的公鑰E加密后的標簽密鑰E(RS_new)，然后觸發區塊鏈服務器中存儲的智能合約，并通過E(RS_new)計算在生成子密鑰時的每個中間量E(m_nnew)，然后將E(m_nnew)返回給區塊鏈服務器；

(14c)區塊鏈服務器通過同態加密的私鑰D對每個中間量E(m_nnew)進行解密，并對解密結果模大素數p，得到用隱蔽變量R加密后的每個子密鑰Rs_nnew，然后通過同態加密的公鑰E對Rs_nnew進行加密，得到用R與E共同加密后的每個子密鑰E(Rs_nnew)，最后存儲E(Rs_nnew)及其對應的索引信息C_n＝H(RID_n||k_n)，實現對每個閱讀器ID_n子密鑰s_n的更新。