结合物性的物联网RFID信息安全技术研究

Prevailing information security techniques for RFID systems are mainly based on information encryption during the interrogation of RFID ASIC and the so-called physical unclonalbe chip. In fact, a more essential consideration for RFID information security is that an encrypted RFID tag with unclonable RFID chip should be bound together with a designated object. Otherwise, the information security system built for RFID system will collapse from the root. Therefore, we must work out a solution without increasing significantly the cost of RFID deployment. To enhance the information security of present RFID systems, we may combine characteristics extracted from response of a tagged object under UHF excitation with RFID chip information interrogated. In this project, we will try to investigate a novel RFID information security mechanism by 1) extracting distinct features of creeping wave or surface wave formed on tagged object under excitation of UHF microwave emitted from an RFID interrogator, 2) designing the coupling structures and circuits in RFID tag for effective capture of the creeping or surface wave, 3)building several prototype RFID tags that can be bound together with metallic or dielectric objects of some specific shapes for demonstration, and 4)including response characteristics extracted for tagged object in existing RFID encryption algorithms. By binding the characteristics of tagged object with the RFID tag, we expect that a new scheme for future information security of RFID systems can be founded.

当前物联网RFID信息安全主要建立在RFID标签信息加密认证以及RFID芯片的防克隆技术之上。一个被忽视的RFID系统基本安全条件是：确保具有不可克隆芯片并储存有经过安全加密信息的RFID标签，被附着于其应该附着的物体上。否则，RFID系统信息安全将成为无本之源。因此，需要探索从RFID系统信息源头开始的安全机制。为此，我们提出将RFID标签附着物体在阅读器UHF电磁波辐照下的响应特征与标签绑定，即在通常的RFID信息中绑定物性特征，构成一个新的RFID系统安全框架。本项目拟通过研究附着有RFID标签的不同材质、不同形状的物体在UHF 电磁波照射下激发的表面波、爬行波产生机理及特点，在标签上设计可有效感知并提取物性特征的耦合结构及电路，针对若干典型物体设计并测试可绑定物性的新型RFID标签，并研究结合物性特征的RFID系统安全技术。通过此项研究，为未来物联网中的物性绑定安全技术打下基础。

确保具有不可克隆芯片并储存有经过安全加密信息的RFID标签，附着于其应该附着的物体上，是RFID 系统信息安全的基石。本项目提出在通常的RFID标签响应中绑定附着物体物性的特征响应，设计结合物性的RFID标签，构成一个新的RFID 系统安全框架。通过项目实施，提出、形成了一整套设计对RFID附着物体物性参数（材质电磁参数）具有高敏感度的安全标签的设计方法和技术。在项目研究中，首先在RFID标签设计中采用优选天线结构，并进行多目标优化，实现标签对物性参数（材质电磁参数）变化的高敏感度设计；在此基础上，提出了物性传感器的概念，着力研究了可以对非定拓扑结构进行搜索、并对多项性能进行多目标优化的高性能算法，给出了高敏感度物性传感器（物性耦合结构）的设计技术；最后，针对无源感知敏感度提升的难题，提出在RFID芯片与物性传感器间，通过设计敏化电路，显著地提升无源RFID物性传感的敏感度。项目还针对典型的理想介质物体、导电材质物体、金属结构物体分别给出了绑定物性的新型RFID标签设计，并搭建了测试系统进行测试验证。此外，项目还设计了RFID二维码，将RFID标签与二维码进行一体化设计并采用混合打印制造，从一个新的角度有效地改进了二维码与RFID标签的安全性。通过这些研究和技术，为未来物联网中的物性绑定安全设计打下了基础。