（安全生产）RFID的安全
与隐私
RFID 的安全和隐私(组图)
作者:彭志威杜江张建,出处:通信世界网,责任编辑:杨春晖,
2007-08-1311:10
随着 RFID能力的提高和标签应用的日益普及，安全问题，特别是用户隐私问题变得日益严重。
无线射频识别(RFID)是壹种远程存储和获取数据的方法，其中使用了壹个称为标签(Tag)的小设备。在典型
的 RFID系统中，每个物体装配着这样壹个小的、低成本的标签。系统的目的就是使标签发射的数据能够被
阅读器读取，且根据特殊的应用需求由后台服务器进行处理。标签发射的数据可能是身份、位置信息，或携
带物体的价格、颜色、购买数据等。
RFID标签被认为是条码的替代，具有体积小、易于嵌入物体当中、无需接触就能大量地进行读取等优点。
另外，RFID标识符较长，可使每壹个物体具有壹个唯壹的编码，唯壹性使得物体的跟踪成为可能。该特征
可帮助企业防止偷盗、改进库存管理、方便商店和仓库的清点。此外，使用 RFID技术，可极大地减少消费
者在付款柜台前的等待时间。
可是，随着 RFID能力的提高和标签应用的日益普及，安全问题，特别是用户隐私问题变得日益严重。用户
如果带有不安全的标签的产品，则在用户没有感知的情况下，被附近的阅读器读取，从而泄露个人的敏感信
息，例如金钱、药物(和特殊的疾病相关联)、书(可能包含个人的特殊喜好)等，特别是可能暴露用户的位置
隐私，使得用户被跟踪。
因此，在 RFID应用时，必须仔细分析所存在的安全威胁，研究和采取适当的安全措施，既需要技术方面的
措施，也需要政策、法规方面的制约。
1RFID技术及其系统组成
系统组成
基本的 RFID系统主要由 3部分组成，如图 1所示，包括：
(1)标签
标签放置在要识别的物体上，携带目标识别数据，是 RFID系统真正的数据载体，由耦合元件以及微电子芯
片(包含调制器、编码发生器、时钟及存储器)组成。
(2)阅读器
阅读器用于读或读/写标签数据的装置，由射频模块(发送器和接收器)、控制单元、和标签连接的藕合单元
组成。
(3)后台服务器
后台服务器包含数据库处理系统，存储和管理标签相关信息，如标签标识、阅读器定位、读取时间等。后台
服务器接收来自可信的阅读器获得的标签数据，将数据输入到它自身的数据库里，且提供对访问标签相关数
据的编号。
工作原理
RFID系统的基本工作原理是：阅读器和标签之间通过无线信号建立双方通信的通道，阅读器通过天线发出
电磁信号，电磁信号携带了阅读器向标签的查询指令。当标签处于阅读器工作范围时，标签将从电磁信号中
获得指令数据和能量，且根据指令将标签标识和数据以电磁信号的形式发送给阅读器，或根据阅读器的指令
改写存储在 RFID标签中的数据。阅读器可接收 RFID标签发送的数据或向标签发送数据，且能通过标准接口
和后台服务器通信网络进行对接，实现数据的通信传输。
根据标签能量获取方式，RFID系统工作方式可分为：近距离的电感耦合方式和远距离的电磁耦合方式。
2RFID的安全和隐私问题
的隐私威胁
RFID面临的隐私威胁包括：标签信息泄漏和利用标签的唯壹标识符进行的恶意跟踪。
信息泄露是指暴露标签发送的信息，该信息包括标签用户或者是识别对象的相关信息。例如，当 RFID标签
应用于图书馆管理时，图书馆信息是公开的，读者的读书信息任何其他人都能够获得。当 RFID标签应用于
医院处方药物管理时，很可能暴露药物使用者的病理，隐私侵犯者能够通过扫描服用的药物推断出某人的健
康状况。当个人信息比如电子档案、生物特征添加到 RFID标签里时，标签信息泄露问题便会极大地危害个
人隐私。如美国原计划 2005年 8月在入境护照上装备电子标签的计划[1-2]因为考虑到信息泄露的安全问题
而被迟。
RFID系统后台服务器提供有数据库，标签壹般不需包含和传输大量的信息。通常情况下，标签只需要传输
简单的标识符，然后，通过这个标识符访问数据库获得目标对象的相关数据和信息。因此，可通过标签固定
的标识符实施跟踪，即使标签进行加密后不知道标签的内容，仍然能够通过固定的加密信息跟踪标签。也就
是说，人们能够在不同的时间和不同的地点识别标签，获取标签的位置信息。这样，攻击者能够通过标签的
位置信息获取标签携带者的行踪，比如得出他的工作地点，以及到达和离开工作地点的时间。
虽然利用其他的壹些技术，如视频监视、全球移动通信系统(GSM)、蓝牙等，也可进行跟踪。可是，RFID标
签识别装备相对低廉，特别是 RFID进入老百姓日常生活以后，拥有阅读器的人都能够扫描且跟踪他人。而
且，被动标签信号不能切断，尺寸很小极易隐藏，使用寿命长，可自动识别和采集数据，从而使恶意跟踪更
容易。
跟踪问题的层次划分
RFID系统根据分层模型可划分为 3层：应用层、通信层和物理层，如图 2所示。
恶意跟踪可分别在此 3个层次内进行[3]。
(1)应用层
处理用户定义的信息，如标识符。为了保护标识符，可在传输前变换该数据，或仅在满足壹定条件时传送该
信息。标签识别、认证等协议在该层定义。
通过标签标识符进行跟踪是目前的主要手段。因此，解决方案要求每次识别时改变由标签发送到阅读器的信
息，此信息或者是标签标识符，或者是它的加密值。
(2)通信层
定义阅读器和标签之间的通信方式。防碰撞协议和特定标签标识符的选择机制在该层定义。该层的跟踪问题
来源于俩个方面：壹是基于未完成的单壹化(Singulation)会话攻击，二是基于缺乏随机性的攻击。
防碰撞协议分为俩类：确定性协议和概率性协议。确定性防碰撞协议基于标签唯壹的静态标识符，对手能够
轻易地追踪标签。为了避免跟踪，标识符需要是动态的。然而，如果标识符在单壹化过程中被修改，便会破
坏标签单壹化。因此，标识符在单壹化会话期间不能改变。为了阻止被跟踪，每次会话时应使用不同的标识
符。可是，恶意的阅读器可让标签的壹次会话处于开放状态，使标签标识符不改变，从而进行跟踪。概率性
防碰撞协议也存在这样的跟踪问题。另外，概率性防碰撞协议，如 Aloha协议，不仅要求每次改变标签标识
符，而且，要求是完美的随机化，以防止恶意阅读器的跟踪。
(3)物理层
定义物理空中接口，包括频率、传输调制、数据编码、定时等。在阅读器和标签之间交换的物理信号使对手
在不理解所交换的信息的情况下也能区别标签或标签集。
无线传输参数遵循已知标准，使用同壹标准的标签发送非常类似的信号，使用不同标准的标签发送的信号很
容易区分。能够想象，几年后，我们可能携带嵌有标签的许多物品在大街上行走，如果使用几个标准，每个
人可能带有特定标准组合的标签，这类标准组合使对人的跟踪成为可能。该方法特别地利于跟踪某些类型的
人，如军人或安全保安人员。
类似地，不同无线指纹的标签组合，也会使跟踪成为可能
的安全威胁
RFID应用广泛，可能引发各种各样的安全问题。在壹些应用中，非法用户可利用合法阅读器或者自构壹个
阅读器对标签实施非法接入，造成标签信息的泄露。在壹些金融和证件等重要应用中，攻击者可篡改标签内
容，或复制合法标签，以获取个人利益或进行非法活动。在药物和食品等应用中，伪造标签，进行伪劣商品
的生产和销售。实际中，应针对特定的 RFID应用和安全问题，分别采取相应的安全措施。
下面，根据 EPCglobal标准组织定义的 EPCglobal系统架构[4]和壹条完整的供应链[5-6]，纵向和横向分别
描述 RFID面临的安全威胁和隐私威胁。
系统的纵向安全和隐私威胁分析
EPCglobal系统架构和所面临的安全威胁如图 3所示。主要由标签、阅读器、电子物品编码(EPC)中间件、
电子物品编码信息系统(EPCIS)、物品域名服务(ONS)以及企业的其他内部系统组成。其中 EPC中间件主要负
责从壹个或多个阅读器接收原始标签数据，过滤重复等冗余数据;EPCIS主要保存有壹个或多个 EPCIS级别
的事件数据;ONS主要负责提供壹种机制，允许内部、外部应用查找 EPC相关 EPCIS数据。
从下到上，可将 EPCglobal整体系统划分为 3个安全域：标签和阅读器构成的无线数据采集区域构成的安全
域、企业内部系统构成的安全域、企业之间和企业和公共用户之间供数据交换和查询网络构成的安全区域。
个人隐私威胁主要可能出当下第壹个安全域，即标签、空口无线传输和阅读器之间，有可导致个人信息泄露
和被跟踪等。另外，个人隐私威胁仍可能出当下第三个安全域，如果 ONS的管理不善，也可能导致个人隐私
的非法访问或滥用。安全和隐私威胁存在于如下各安全域：
(1)标签和阅读器构成的无线数据采集区域构成的安全域。可能存在的安全威胁包括标签的伪造、对标签的
非法接入和篡改、通过空中无线接口的窃听、获取标签的有关信息以及对标签进行跟踪和监控。
(2)企业内部系统构成的安全域。企业内部系统构成的安全域存在的安全威胁和现有企业网壹样，在加强管
理的同时，要防止内部人员的非法或越权访问和使用，仍要防止非法阅读器接入企业内部网络。
(3)企业之间和企业和公共用户之间供数据交换和查询网络构成的安全区域。ONS通过壹种认证和授权机制，
以及根据有关的隐私法规，保证采集的数据不被用于其他非正常目的的商业应用和泄露，且保证合法用户对
有关信息的查询和监控。
供应链的横向安全和隐私威胁分析
壹个较完整的供应链及其面对的安全和隐私威胁如图 4所示，包括供应链内、商品流通和供应链外等 3个区
域，具体包括商品生产、运输、分发中心、零售商店、商店货架、付款柜台、外部世界和用户家庭等环节。
图中前 4个威胁为安全威胁，后 7个威胁为隐私威胁。其中，安全威胁包括：
(1)工业间谍威胁
从商品生产出来到售出之前各环节，竞争对手可容易地收集供应链数据，其中某些涉及产业的最机密信息。
例如，壹个代理商可从几个地方购买竞争对手的产品，然后，监控这些产品的位置补充情况。在某些场合，
可在商店内或在卸货时读取标签，因为，携带标签的物品被唯壹编号，竞争者能够非常隐蔽地收集大量的数
据。
(2)竞争市场威胁
从商品到达零售商店直到用户在家使用等环节，携带着标签的物品使竞争者可容易地获取用户的喜好，且在
竞争市场中使用这些数据。
(3)基础设施威胁
基础设施威胁包括从商品生产到付款柜台售出等整个环节，这不是 RFID本身特定的威胁，但当 RFID成为壹
个企业基础设施的关键部分时，通过阻塞无线信号，可使企业遭到新的拒绝服务攻击。
(4)信任域威胁
信任域威胁包括从商品生产到付款柜台售出等整个环节，这也不是 RFID特定的威胁，因需要在各环节之间
共享大量的电子数据，某个不适当的共享机制将提供新的攻击机会。
个人隐私威胁包括：
(1)行为威胁
由于标签标识的唯壹性，能够很容易地和壹个人的身份相联系。能够通过监控壹组标签的行踪而获取壹个人
的行为。
(2)关联威胁
在用户购买壹个携带 EPC标签的物品时，可将用户的身份和该物品的电子序列号相关联，这类关联可能是秘
密的，甚至是无意的。
(3)位置威胁
在特定的位置放置秘密的阅读器，可产生俩类隐私威胁。壹类是，如果监控代理知道那些和个人关联的标签，
那么，携带唯壹标签的个人可被监控，他们的位置将被暴露;另壹类是，壹个携带标签的物品的位置(无论谁
或什么东西携带它)易于未经授权地被暴露。
(4)喜好威胁
利用 EPC网络，物品上的标签可唯壹地识别生产者、产品类型、物品的唯壹身份。这使竞争(或好奇)者以非
常低的成本可获得宝贵的用户喜好信息。如果对手能够容易地确定物品的金钱价值，这实际上也是壹种价值
威胁。
(5)星座(Constellation)威胁
无论个人身份是否和壹个标签关联，多个标签可在壹个人的周围形成壹个唯壹的星座，对手可使用该特殊的
星座实施跟踪，而不必知道他们的身份，即前面描述的利用多个标准进行的跟踪。
(6)事务威胁
当携带标签的对象从壹个星座移到另壹个星座时，在和这些星座关联的个人之间，可容易地推导出发生的事
务。
(7)面包屑(Breadcrumb)威胁
属于关联结果的壹种威胁。因为个人收集携带标签的物品，然后，在 X公司信息系统中建立壹个和他们的身
份关联的物品数据库。当他们丢弃这些“电子面包屑”时，在他们和物品之间的关联不会中断。使用这些丢
弃的面包屑可实施犯罪或某些恶意行为。
标签复制也是 RFID面临的壹种严重的安全威胁。
3RFID安全解决方案
技术解决方案
RFID安全和隐私保护和成本之间是相互制约的。根据自动识别(Auto-ID)中心的试验数据，在设计 5美分[7]
标签时，集成电路芯片的成本不应该超过 2美分，这使集成电路门电路数量限制在了 ～15kb。壹个 96b
的 EPC芯片约需要 5kb~l0kb的门电路[8]，因此用于安全和隐私保护的门电路数量不能超过 ~5kb，使
得现有密码技术难以应用。优秀的 RFID安全技术解决方案应该是平衡安全、隐私保护和成本的最佳方案。
现有的 RFID安全和隐私技术能够分为俩大类：壹类是通过物理方法阻止标签和阅读器之间通信，另壹类是
通过逻辑方法增加标签安全机制。
物理方法
(1)杀死(Kill)标签
原理是使标签丧失功能，从而阻止对标签及其携带物的跟踪。如在超市买单时的处理。可是，Kill命令使
标签失去了它本身应有的优点。如商品在卖出后，标签上的信息将不再可用，不便于日后的售后服务以及用
户对产品信息的进壹步了解。另外，若 Kill识别序列号(PIN)壹旦泄露，可能导致恶意者对超市商品的偷盗。
(2)法拉第网罩
根据电磁场理论，由传导材料构成的容器如法拉第网罩能够屏蔽无线电波。使得外部的无线电信号不能进入
法拉第网罩，反之亦然。把标签放进由传导材料构成的容器能够阻止标签被扫描，即被动标签接收不到信号，
不能获得能量，主动标签发射的信号不能发出。因此，利用法拉第网罩能够阻止隐私侵犯者扫描标签获取信
息。比如，当货币嵌入 RFID标签后，可利用法拉第网罩原理阻止隐私侵犯者扫描，避免他人知道你包里有
多少钱。
(3)主动干扰
主动干扰无线电信号是另壹种屏蔽标签的方法。标签用户能够通过壹个设备主动广播无线电信号用于阻止或
破坏附近的 RFID阅读器的操作。但这种方法可能导致非法干扰，使附近其他合法的 RFID系统受到干扰，严
重的是，它可能阻断附近其他无线系统。
(4)阻止标签
原理是通过采用壹个特殊的阻止标签干扰防碰撞算法来实现，阅读器读取命令每次总是获得相同的应答数据，
从而保护标签。
逻辑方法
(1)哈希(Hash)锁方案
Hash锁[9]是壹种更完善的抵制标签未授权访问的安全和隐私技术。整个方案只需要采用 Hash函数，因此
成本很低。
方案原理是阅读器存储每个标签的访问密钥 K，对应标签存储的元身份(MetaID)，其中 MetaID=Hash(K)。标
签接收到阅读器访问请求后发送 MetaID作为响应，阅读器通过查询获得和标签 MetaID对应的密钥 K且发送
给标签，标签通过 Hash函数计算阅读器发送的密钥 K，检查 Hash(K)是否和 MetaID相同，相同则解锁，发
送标签真实 ID给阅读器。
(2)随机 Hash锁方案
作为 Hash锁的扩展，随机 Hash锁[10]解决了标签位置隐私问题。采用随机 Hash锁方案，阅读器每次访问
标签的输出信息都不同。
随机 Hash锁原理是标签包含 Hash函数和随机数发生器，后台服务器数据库存储所有标签 ID。阅读器请求
访问标签，标签接收到访问请求后，由 Hash函数计算标签 ID和随机数 r(由随机数发生器生成)的 Hash值。
标签发送数据给请求的阅读器，同时阅读器发送给后台服务器数据库，后台服务器数据库穷举搜索所有标签
ID和 r的 Hash值，判断是否为对应标签 ID。标签接收到阅读器发送的 ID后解锁。
尽管 Hash函数能够在低成本的情况下完成，但要集成随机数发生器到计算能力有限的低成本被动标签，却
是很困难的。其次，随机 Hash锁仅解决了标签位置隐私问题，壹旦标签的秘密信息被截获，隐私侵犯者能
够获得访问控制权，通过信息回溯得到标签历史记录，推断标签持有者隐私。后台服务器数据库的解码操作
是通过穷举搜索，需要对所有的标签进行穷举搜索和 Hash函数计算，因此存在拒绝服务攻击。
(3)Hash链方案
作为 Hash方法的壹个发展，为了解决可跟踪性，标签使用了壹个 Hash函数在每次阅读器访问后自动更新标
识符，实现前向安全性[11]。
方案原理是标签最初在存储器设置壹个随机的初始化标识符 s1，同时这个标识符也储存在后台数据库。标
签包含俩个 Hash函数 G和 H。当阅读器请求访问标签时，标签返回当前标签标识符 rk=G(sk)给阅读器，同
时当标签从阅读器电磁场获得能量时自动更新标识符 sk+1=H(sk)。
Hash链和之前的 Hash方案相比主要优点是提供了前向安全性。然而，它且不能阻止重放攻击。且且该方案
每次识别时需要进行穷举搜索，比较后台数据库每个标签，壹旦标签规模扩大，后端服务器的计算负担将急
剧增大。因此 Hash链方案存在着所有标签自更新标识符方案的通用缺点，难以大规模扩展，同时，因为需
要穷举搜索，所以存在拒绝服务攻击。
(4)匿名 ID方案
采用匿名 ID[12]，隐私侵犯者即使在消息传递过程中截获标签信息也不能获得标签的真实 ID。该方案通过
第三方数据加密装置采用公钥加密、私钥加密或者添加随机数生成匿名标签 ID。虽然标签信息只需要采用
随机读取存储器(RAM)存储，成本较低，但数据加密装置和高级加密算法都将导致系统的成本增加。因标签 ID
加密以后仍具有固定输出，因此，使得标签的跟踪成为可能，存在标签位置隐私问题。且且，该方案的实施
前提是阅读器和后台服务器的通信建立在可信通道上。
(5)重加密方案
该方案采用公钥加密[13]。标签能够在用户请求下通过第三方数据加密装置定期对标签数据进行重写。因采
用公钥加密，大量的计算负载超出了标签的能力，通常这个过程由阅读器来处理。该方案存在的最大缺陷是
标签的数据必须经常重写，否则，即使加密标签 ID固定的输出也将导致标签定位隐私泄露。和匿名 ID方案
相似，标签数据加密装置和公钥加密将导致系统成本的增加，使得大规模的应用受到限制。且且经常地重复
加密操作也给实际操作带来困难。
法规、政策解决方案
除了技术解决方案以外，仍应充分利用和制订完善的法规、政策，加强 RFID安全和隐私的保护。2002年，
Garfinkel先生提出了壹个 RFID权利法案[14]，提出了 RFID系统创建和部署的五大指导原则，即 RFID标
签产品的用户具有如下权利：
• 有权知道产品是否包含 RFID标签
• 有权在购买产品时移除、失效或摧毁嵌入的 RFID标签
• 有权对 RFID做最好的选择，如果消费者决定不选择 RFID或启用 RFID的 Kill功能，消费者不应丧
失其他权利
• 有权知道他们的 RFID标签内存储着什么信息，如果信息不正确，则有方法进行纠正或修改
• 有权知道何时、何地、为什么 RFID标签被阅读
4结束语
RFID标签已逐步进入我们的日常生产和生活当中，同时，也给我们带来了许多新的安全和隐私问题。由于
对低成 RFID标签的追求，使得现有的密码技术难以应用。如何根据 RFID标签有限的计算资源，设计出安全
有效的安全技术解决方案，仍然是壹个具有相当挑战性的课题。为了有效地保护数据安全和个人隐私，引导
RFID的合理应用和健康发展，仍需要建立和制订完善的 RFID安全和隐私保护法规、政策。
