利用差错检测和防碰撞算法提高RFID 技术安全性的研究

李琳　胡亚楠

摘要：近年来，RFID技术应用得越来越广泛，其安全性也逐渐引起用户的重视。该文介绍了RFID系统的组成、工作原理及其优缺点，继而引出RFID技术中的安全性问题，文章主要从差错检测和防碰撞两个方面叙述了如何提高RFID技术的信息安全性。

关键词：RFID；信息安全；差错检测；防碰撞

中图分类号：TP391 文献标识码：A 文章编号：1009-3044（2015）27-0172-02

Abstract： In recent years， RFID technology is used more and more widely， and its security has gradually attracted the attention of users. This paper introduces the composition， working principle and advantages and disadvantages of RFID system， and then leads to the security problem of RFID technology. This paper mainly describes how to improve the information security of RFID technology from two aspects of error detection and anti-collision.

Key words： RFID；information security； error detection； anti-collision

1 RFID概述

RFID的英文全稱是Radio Frequency Identification，即射频识别，又称电子标签，无线射频识别，感应式电子晶片，近接卡、感应卡、非接触卡、电子条码。RFID射频识别是一种非接触式的自动识别技术，它通过射频信号自动识别目标对象并获取相关数据，识别工作无须人工干预，可工作于各种恶劣环境。

2 RFID工作原理

2.1 RFID的组成

RFID基本上由三部分组成：

1）Tag-电子标签，亦称标签或者识别卡，是一种微型无线收发器。主要作用是将目标对象的数据植入在相应位置上，当读写器发出请求信号时将数据送传至读写器。

2）Reader-读写器，集发送、接收于一体，是射频系统中的核心部分。

3）天线：在电子标签和读写器间传输高频信号。

4）计算机系统：根据逻辑运算判断该标签的合法性。

2.2 RFID的工作原理

标签进入读写器天线电磁感应磁场后，接收解读器发出的射频信号，凭借感应电流所获得的能量发送出存储在芯片中的产品信息（无源标签或被动标签），或者由标签主动发送某一频率的信号（Active Tag，有源标签或主动标签），解读器读取信息并解码后，送至中央信息系统进行有关数据处理。

2.3 RFID技术的优点

RFID芯片及读卡器的环境适应能力强；在信息的读取上不受芯片尺寸大小与形状限制，因此RFID标签正往小型化与多样形态发展，以应用于不同产品；RFID技术较传统芯片更精确，识别的距离更灵活；RFID芯片标签可以重复地新增、修改、删除内部储存的数据，方便信息的更新；内部数据内容经由密码保护，使其内容不易被伪造及变造；RFID芯片数据存储量大，随着技术发展，其容量将会继续扩充。

2.4 RFID技术的缺点

1）由于RFID技术出现较晚，在技术上并不成熟。由于超高频RFID电子标签具有反向反射性特点，使得其在金属、液体等商品中应用比较困难。技术成熟度不够。

2）成本高。RFID电子标签相对于普通条码标签价格较高，为普通条码标签的几十倍，如果使用量大的话，就会造成成本太高，在很大程度上降低了市场使用RFID技术的积极性。

3）安全性不够强。RFID技术面临的安全性问题主要表现为RFID电子标签信息被非法读取和恶意篡改。

4）技术标准不统一。RFID技术目前还没有形成统一的标准，而且市场上多种标准并存，致使不同企业产品的RFID标签互不兼容，进而在一定程度上造成RFID技术的应用的混乱。

3 RFID应用中存在的问题

目前，RFID广泛应用于物流、零售、制造业、交通管理、身份验证、门禁系统、物流信息跟踪等领域。尽管如此，RFID的安全隐患一直阻碍着其技术的进一步的应用及推广。

3.1 主要存在的问题

RFID的安全隐患主要指的是数据传输的完整，而数据传输的完整存在两方面的问题：一是外界的各种干扰可能使数据传输产生错误；二是多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。

3.2 提高安全性的途径

运用差错检测和防碰撞算法可分别解决这两个问题：一是外界的各种干扰可能使数据传输产生错误；二是多个应答器同时占用信道使发送数据产生碰撞。

利用防碰撞算法和差错检测两种方法能充分解决以上问题

3.2.1 防碰撞算法

1）碰撞：所谓碰撞是指当有多个读写器同时传输数据时，会在信道中产生冲突，从而造成数据间的相互干扰。

2）防碰撞算法：主要利用防碰撞协议（防冲突协议），由防碰撞算法（Anti-collision Algorithms）及相关命令来实现。常用的防碰撞算法有ALOHA算法、二进制树型搜索算法等。

3）碰撞检测

检测接收到信号电压幅度、脉冲宽度等参数是否出现了变化，通过差错检测法检查是否出现错码，尽管奇偶校验、CRC码检测到的传输错误可能不是由数据碰撞引起的，但也把这种情况视为碰撞；利用某些编码的特性，通过检查是否出现非正常码来判断数据是否产生了碰撞，若以2倍数据时钟频率的NRZ码表示曼彻斯特码，当出现11码时则表示出现了碰撞，且可以确定哪一位出现了碰撞。

3.2.2 差错检测

1）差错：包括随机错误，即信道中随机噪声或干扰引起的差错；突发错误，由突发干扰引起和混合错误三种。

2）差错控制：在信息数据中增加冗余编码，使检测码和信息码间建立一特定关系，从而实现差错控制编码及解码，即差错控制。差错控制过程为ARQ-反馈重发、FEC-前向纠错、HEC-混合纠错。

3）差错检测：RFID技术中常用差错检测码是循环冗余码，即CRC。循环冗余码的检错能力强，硬件实现简单。具体算法为：将k位信息写成k-1阶多项式M（X）；然后设生成多项式G（X）的阶为r；再用模2除法计算XrM（X）/G（X），获得余数多项式R（X）；最后用模2减法求得传送多项式T（X），T（X）= XrM（X）-R（X），则T（X）多项式系数序列的前k位为信息位，后r位为校验位，总位数n=k+r。

4 结束语

近年来，由于RFID技术的成熟和制作成本的下降，RFID已广泛应用到各行各业。然而随着应用的推广，人们也逐渐意识到了RFID在安全性方面的缺失。本文所提到的差错检测和防碰撞算法在一定程度上提高了数据传输的完整性，但RFID安全性涉及多个方面，单一的技术并不能完全解决其安全性问题，因此进一步研究如何提高系统安全性仍是我们需要不断研究的课题。

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