RFID设计技术基础课件.ppt

1、RFID设计技术基础设计技术基础2第2章 设计技术基础 2.1 数字通信基础数字通信基础2.1.1数字通信模型数字通信模型32.1.2数字通信的特点和主要性能指标数字通信的特点和主要性能指标1数字通信的特点数字通信的特点在传输过程中可实现无噪声积累在传输过程中可实现无噪声积累便于加密处理便于加密处理 便于设备的集成和微型化便于设备的集成和微型化 占用的信道频带宽占用的信道频带宽 2.数字通信的主要性能指标数字通信的主要性能指标数据传输速率数据传输速率 信道频带宽度信道频带宽度 误码率误码率 42.1.3 通信方式 通信是指读写器和标签之间的信息传输，传输的是无线电信号，其主要特点是通信距离很短

2、。对于非接触卡，无线通信载频较低（13.56），读写器到非接触卡或非接触卡到读写器的通信模型可参照图2-2。对电子标签，无线通信载频在频段（860960），读写器到电子标签的通信模型也参照图2-2，但电子标签到读写器的信息传送方式是对入射波反射的调制，即利用标签要传送的数字信息改变标签天线的反射能量，读写器对反射信息进行解读，提取标签传送的信息。52.2信号的编码与调制信号的编码与调制 图2-5给出了系统的通信模型。在这个模型中，信道由自由空间、读写器天线、读写器射频前端、电子标签天线和电子标签射频前端构成，这部分的内容在第3第4章介绍。本节讨论这个模型中的编码与调制。62.2.1信号与信道信

3、号与信道 信号是消息的载体，在通信系统中消息以信号的形式从一点传送到另一点。信道是信号的传输信号是消息的载体，在通信系统中消息以信号的形式从一点传送到另一点。信道是信号的传输媒质，信道的作用是把携有信息的信号从它的输入端传递到输出端。在系统中，读写器与电媒质，信道的作用是把携有信息的信号从它的输入端传递到输出端。在系统中，读写器与电子标签之间交换的是信息，由于采用非接触的通信方式，读写器与电子标签之间构成一个无子标签之间交换的是信息，由于采用非接触的通信方式，读写器与电子标签之间构成一个无线通信系统，其中读写器是通信的一方，电子标签是通信的另一方。线通信系统，其中读写器是通信的一方，电子标签是

4、通信的另一方。71.信号信号 信号分为模拟信号和数字信号，系统主要处理的是数字信号。信号可以从时域和频域两个角信号分为模拟信号和数字信号，系统主要处理的是数字信号。信号可以从时域和频域两个角度来分析，在传输技术中，对信号频域的研究比对信号时域的研究更重要。读写器与电子标度来分析，在传输技术中，对信号频域的研究比对信号时域的研究更重要。读写器与电子标签之间传输的信号有其自身的特点，常需要讨论信号工作方式和通信握手等问题。签之间传输的信号有其自身的特点，常需要讨论信号工作方式和通信握手等问题。信号工作方式信号工作方式 读写器与电子标签之间的工作方式可以分为时序系统、全双工系统和半双工系统，下面就读

5、写读写器与电子标签之间的工作方式可以分为时序系统、全双工系统和半双工系统，下面就读写器与电子标签之间的工作方式予以讨论。器与电子标签之间的工作方式予以讨论。8 在时序系统中，从电子标签到读写器的信息传输是在电子标签能量供应间歇进行的，读写器与电子标签不同时发射，这种方式可以改善信号受干扰的状况，提高系统的工作距离。时序系统的工作过程如下。（1）读写器先发射射频能量，该能量传送到电子标签，给电子标签的电容器充电，将能量用电容器存储起来，这时电子标签的芯片处于省电模式或备用模式。（2）读写器停止发射能量，电子标签开始工作，电子标签利用电容器的储能向读写器发送信号，这时读写器处于接收电子标签响应的状

6、态。（3）能量传输与信号传输交叉进行，一个完整的读出周期由充电阶段和读出阶段两个阶段构成。9 通信握手 通信握手是指读写器与电子标签双方在通信开始、结束和通信过程中的基本沟通，通信握手要解决通信双方的工作状态、数据同步和信息确认等问题。（1）优先通信。由通信协议确定谁优先通信，即是读写器，还是电子标签。对于无源和半有源系统，都是读写器先讲；对于有源系统，双方都有可能先讲。（2）数据同步。读写器与电子标签在通信之前，要协调双方的位速率，保持数据同步。读写器与电子标签的通信是空间通信，数据传输采用串行方式进行。（3）信息确认。信息确认是指确认读写器与电子标签之间信息的准确性，如果信息不正确，将请求

7、重发。的通信协议常采用自动连续重发，接收方比较数据后丢掉错误数据，保留正确数据。102.信道信道 信道可以分为两大类，一类是电磁波在空间传播的渠道，如短波信道、微波信道等；另一类信道可以分为两大类，一类是电磁波在空间传播的渠道，如短波信道、微波信道等；另一类是电磁波的导引传播渠道，如电缆信道、波导信道等。的信道是具有各种传播特性的自由空是电磁波的导引传播渠道，如电缆信道、波导信道等。的信道是具有各种传播特性的自由空间，所以采用无线信道。间，所以采用无线信道。1）信道带宽）信道带宽 信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称带宽。模拟信道的带宽为信号所拥有的频率范围叫做信号的频带宽度，简称带宽

8、。模拟信道的带宽为 21BWff112）信道传输速率 信道传输速率就是数据在传输介质（信道）上的传输速率。数据传输速率是描述数据传输系统的重要技术指标之一，数据传输速率在数值上等于每秒钟传输数据代码的二进制比特数，数据传输速率的单位为比特/秒（）。3）波特率与比特率 在信息传输通道中，携带数据信息的信号单元叫码元，每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率，简称波特率。比特率是数据传输速率，表示单位时间内可传输二进制位的位数。如果一个码元的状态数可以用M个离散电平个数来表示，有如下关系：2log M比特率波特率124）信道容量 信道容量是信道的一个参数，反映了信道所能传输的最大信息量。（1）具

9、有理想低通矩形特性的信道。根据奈奎斯特准则，这种信道的最高码元传输速率为 最高码元传输速率=2 也即这种信道的最高数据传输速率为：22BWlogCM13（2）带宽受限且有高斯白噪声干扰的信道。香农提出并严格证明了在被高斯白噪声干扰的信道中，最大信息传送 速率的公式。这种情况的信道容量为：（3）的信道容量。带宽越大，信道容量越大。在物联网中主要选用微波频率，微波 频率比低频频率和高频频率有更大的带宽。信噪比越大，信道容量越大。无线信道有传输衰减和多径效应等 ，应尽量减小衰减和失真，提高信噪比。2BWlog1SCN142.2.2编码与调制编码与调制 数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，

10、其涉及的技术问题很多，其中主要有信数字通信系统是利用数字信号来传递信息的通信系统，其涉及的技术问题很多，其中主要有信源编码与解码、加密与解密、信道编码与解码、数字调制与解调以及同步等。源编码与解码、加密与解密、信道编码与解码、数字调制与解调以及同步等。1.编码与解码编码与解码 编码是为了达到某种目的而对信号进行的一种变换。其逆变换称为解码或译码。根据编码的目编码是为了达到某种目的而对信号进行的一种变换。其逆变换称为解码或译码。根据编码的目的不同，编码理论有信源编码、信道编码和保密编码三个分支的不同，编码理论有信源编码、信道编码和保密编码三个分支 151）信源编码与解码 信源编码是对信源输出的信

11、号进行变换，包括连续信号的离散化（即将模拟信号通过采样和量化变成数字信号），以及对数据进行压缩以提高信号传输有效性而进行的编码。信源解码是信源编码的逆过程。2）信道编码与解码 信道编码是对信源编码器输出的信号进行再变换，包括区分通路、适应信道条件和提高通信可靠性而进行的编码。信道解码是信道编码的逆过程。163）保密编码与解码 保密编码是对信号进行再变换，即为了使信息在传输过程中不易被人窃译而进行的编码。在需要实现保密通信的场合，为了保证所传信息的安全，人为将被传输的数字序列扰乱，即加上密码，这种处理过程称为加密。保密解码是保密编码的逆过程，保密解码在接收端利用与发送端相同的密码复制品对收到的数

12、据进行解密，恢复原来信息。172.调制和解调调制和解调 调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号，变换成适合信道传输的信号，意味着要把信源的调制的目的是把传输的模拟信号或数字信号，变换成适合信道传输的信号，意味着要把信源的基带信号，转变为一个相对基带频率而言非常高的带通信号。调制的过程用于通信系统的发基带信号，转变为一个相对基带频率而言非常高的带通信号。调制的过程用于通信系统的发送端，调制就是将基带信号的频谱搬移到信道通带中的过程，经过调制的信号称为已调信号送端，调制就是将基带信号的频谱搬移到信道通带中的过程，经过调制的信号称为已调信号，已调信号的频谱具有带通的形式，已调信号称为带通信号或频带信

13、号。在接收端需将已调，已调信号的频谱具有带通的形式，已调信号称为带通信号或频带信号。在接收端需将已调信号还原成原始信号，解调是将信道中的频带信号恢复为基带信号的过程。信号还原成原始信号，解调是将信道中的频带信号恢复为基带信号的过程。18 数字调制的方法通常称为键控法，常用的数字调制解调方式有幅移键控（，）、频移键控（，）和相移键控（，）等方式。为简化射频标签设计并降低成本，多数射频识别系统采用调制方式。192.2.3 常用的编码方法常用的编码方法 编码是系统的一项重要工作，二进制编码是用不同形式的代码来表示二进制的编码是系统的一项重要工作，二进制编码是用不同形式的代码来表示二进制的1和和0。对

14、于传。对于传输数字信号来说，最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，也即数字信号输数字信号来说，最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，也即数字信号由矩形脉冲组成。按数字编码方式，可以将编码划分为单极性码和双极性码，单极性码使用由矩形脉冲组成。按数字编码方式，可以将编码划分为单极性码和双极性码，单极性码使用正（或负）的电压表示数据；双极性码正（或负）的电压表示数据；双极性码1为反转，为反转，0为保持零电平。根据信号是否归零，还可为保持零电平。根据信号是否归零，还可以将编码划分为归零码和非归零码，归零码码元中间的信号回归到以将编码划分为归零码和非归零码，归零码码元中间的信

15、号回归到0电平，而非归零码遇电平，而非归零码遇1电电平翻转，零时不变。平翻转，零时不变。201.编码格式编码格式1）反向不归零编码）反向不归零编码 这是一种简单的数字基带编码方式，反向不归零编码用高电平表示二进制的这是一种简单的数字基带编码方式，反向不归零编码用高电平表示二进制的1，用低电平表示二，用低电平表示二进制的进制的0。2）曼彻斯特编码）曼彻斯特编码 曼彻斯特编码也称为分相编码（曼彻斯特编码也称为分相编码（）。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分）。在曼彻斯特编码中，用电压跳变的相位不同来区分1和和0，其中从高到低跳变表示其中从高到低跳变表示1，从低到高跳变表示，从低到高跳变表

16、示0。213）单极性归零编码 对于单极性归零码，当发1码时发出正电流，但正电流持续的时间短于一个码元宽度，即发出一个窄脉冲；当发0码时，仍然完全不发送电流。4）差动双相编码 差动双相编码在半个位周期中的任意边沿表示二进制0，而没有边沿跳变表示二进制1。此外，在每个位周期开始时，电平都要反相。差动双相编码对接收器来说较容易重建。225）密勒编码 密勒编码在位周期开始时产生电平交变，对接收器来说，位节拍比较容易重建。密勒编码在半个位周期内的任意边沿表示二进制1，而经过下一个位周期中不变的电平表示二进制0。6）变形密勒编码 变形密勒编码相对于密勒编码来说，将其每个边沿都用负脉冲代替。由于负脉冲的时间

17、较短，可以保证数据在传输过程中，能够从高频场中持续为射频标签提供能量。变形密勒编码在电感耦合的射频识别系统中，主要用于从读写器到射频标签的数据传输。237）差动编码 对于差分编码，每个要传输的二进制1都会引起信号电平的变化，而对于二进制0，信号电平保持不变。2.编码方式的选择因素 1）编码方式的选择要考虑电子标签能量的来源 2）编码方式的选择要考虑电子标签检错的能力 3）编码方式的选择要考虑电子标签时钟的提取 242.2.4 常用的调制方法 按照从读写器到电子标签的传输方向，读写器中发送的信号首先需要编码，然后通过调制器调制，最后传送到传输通道上去。用数字基带信号控制载波，把数字基带信号变换为

18、数字已调信号的过程称为数字调制，主要采用数字调制的方式。1.载波 在信号传输的过程中，并不是将信号直接进行传输，而是将信号与一个固定频率的波进行相互作用，这个过程称为加载，这样一个固定频率的波称为载波。在系统中，正弦载波除了是信息的载体外，在无源电子标签中还具有提供能量的作用，这一点与其他无线通信有所不同。252.振幅键控振幅键控 调幅是指载波的频率和相位不变，载波的振幅随调制信号的变化而变化。振幅键控是利用载调幅是指载波的频率和相位不变，载波的振幅随调制信号的变化而变化。振幅键控是利用载波的幅度变化来传递数字信息，在二进制数字调制中，载波的幅度只有两种变化，分别对应波的幅度变化来传递数字信息

19、，在二进制数字调制中，载波的幅度只有两种变化，分别对应二进制信息的二进制信息的1和和0。目前电感耦合系统常采用调制方式，如。目前电感耦合系统常采用调制方式，如 14443及及 l5693标准均采用调制标准均采用调制方式。方式。1）二进制振幅键控）二进制振幅键控 coscv ts tt nsns ta g tnT260101aamaa已调波的键控度m为 272）二进制振幅键控的电路原理图 二进制振幅键控信号的产生方法通常有两种，一种是模拟调制法；另一种是键控法。模拟调制法是用乘法器实现，键控法是用开关电路实现，键控度m为100%。283）二进制振幅键控的功率谱密度 二进制振幅键控信号是随机信号，

20、故研究它的频谱特性时，应该讨论它的功率谱密度。二进制基带信号是随机的单极性矩形脉冲序列。分析表明，二进制振幅键控信号功率谱密度的特性如下。（1）二进制振幅键控信号的功率谱由连续谱和离散谱两部分组成，连续谱取决于经线性调制后的双边带谱，而离散谱由载波分量确定。（2）二进制振幅键控信号的带宽是基带信号带宽的两倍，若只计功率谱密度的主瓣（第一个谱零点的位置），传输的带宽是码元速率的两倍。293.频移键控频移键控 频移键控（）是利用载波的频率变化来传递数字信息，是对载波的频率进行键控。二进制频频移键控（）是利用载波的频率变化来传递数字信息，是对载波的频率进行键控。二进制频移键控载波的频率只有两种变化状

21、态，载波的频率在和两个频率点变化，分别对应二进制信移键控载波的频率只有两种变化状态，载波的频率在和两个频率点变化，分别对应二进制信息的息的1和和0。1）二进制频移键控的定义）二进制频移键控的定义 二进制频移键控信号可以表示成在两个频率点变化的载波，其表达式为二进制频移键控信号可以表示成在两个频率点变化的载波，其表达式为 12coscosnnAtv tAt发送1发送0304.相移键控相移键控 相移键控（）是利用载波的相位变化来传递数字信息，是对载波的相位进行键控。二进制相相移键控（）是利用载波的相位变化来传递数字信息，是对载波的相位进行键控。二进制相移键控载波的初始相位有两种变化状态，通常载波的

22、初始相位在移键控载波的初始相位有两种变化状态，通常载波的初始相位在0和两种状态间变化，分别和两种状态间变化，分别对应二进制信息的对应二进制信息的1和和0。315.副载波调制副载波调制副载波调制是指首先把信号调制在载波副载波调制是指首先把信号调制在载波1上，出于某种原因，决定对这个结果再进行一次调制，于上，出于某种原因，决定对这个结果再进行一次调制，于是用这个结果去调制另外一个频率更高的载波是用这个结果去调制另外一个频率更高的载波2。在副载波调制中，首先用基带编码的数据信号调制低频率的副载波，已调的副载波信号用于切换负在副载波调制中，首先用基带编码的数据信号调制低频率的副载波，已调的副载波信号用

23、于切换负载电阻，然后采用振幅键控、频移键控或相移键控的调制方法，对副载波进行二次调制。载电阻，然后采用振幅键控、频移键控或相移键控的调制方法，对副载波进行二次调制。32332.3 数据传输的完整性 使用非接触技术传输数据时，很容易遇到干扰，使传输数据发生意外的改变从而导致传输错误。此类问题通常是由外界的各种干扰和多个应答器同时占用信道发送数据产生碰撞造成的，针对这两种情况，常用的处理方法是采用校验和法和多路存取法。342.3.1 校验和法 1.奇偶校验 奇偶校验是一种简单的使用广泛的校验方法。奇偶校验分奇校验和偶校验，收发两端必须约定校验方式。352.纵向冗余校验 纵向冗余校验（）是把传输数据

24、块的所有字节进行按位加（或称异或运算），其结果就是校验字节。在传输数据时，附加传输校验字节。在收端，将数据字节和校验字节进行按位加，如果结果为0，就认为传输正确，否则认为传输错误。纵向冗余校验也称作代码和校验。363.循环冗余码校验 循环冗余码校验是由循环多项式生成的。假如16位的生成多项式是：其二进制序列为100001（十六进制为11021h）。被校验二进制序列M(X)除以16位校验多项式G(X)，余数就是16位的值。M(X)=4D6F746，其16的值是B994h。在传输时将计算结果附加在数据尾部，收端将收到的数据除以11021h，如果余数为0表示正确，否则表示错误。16125()=+1G

25、 XXXX3738392.3.2多路存取法 在射频识别系统工作时，可能会有一个以上的应答器同时处在读写器的作用范围内，这样如果有两个或两个以上的应答器同时发送数据时就会出现通信冲突和数据相互干扰（碰撞）。同样，有时也有可能多个应答器处在多个读写器的工作范围内，它们之间的数据通信也会引起数据干扰。为了防止这些冲突的产生，射频识别系统中需要设置一定的相关命令，解决冲突问题，这些命令被称为防冲突命令或算法（）。40 对于射频识别系统中存在的不同通信形式一般有三种。“无线广播”式多路存取通信多个读写器同时给多个应答器发送数据。现在射频识别系统中这种情况很少遇到，常常遇到“多路存取”通信方式。对于电感耦

26、合的系统来说，只有读写器中的接收部分作为共同的通路，供读写器作用范围的所用应答器将数据传输给读写器使用。41在无线通信技术中，通信冲突的问题是长久以来存在的问题，但同时也研究出许多相应的解决方法。基本上有4种不同的方法：空分多路法（，）频分多路法（，）时分多路法（，）码分多路法（，）防碰撞算法利用多路存取法，使射频识别系统中读写器与应答器之间数据完整地传输。422.3.3防碰撞算法1.算法 1）纯算法 所有的多路存取方法中，最简单的方法是纯算法。只要有一个数据包提供使用，这个数据包就立即从应答器发送到读写器去。因此，这种处理本身与应答器控制、随机的法有关。在系统中交换的数据包g与在确定的时刻t

27、0同时发送应答器（即0，1，2，3，）符。平均交换的数据包含量G与经过一段时间T的平均值相符。平均交换的数据包含量G可以表示为43 对于系统，当吞吐率S等于1，即是在传输期间无碰撞的传输数据包，等于0表示数据没有发送或由于碰撞不能准确地读出传输的数据。传输通道的平均吞吐率S为nnniGrT(2)eGSG平均交换的数据包含量平均交换的数据包含量G可以表示为可以表示为44 如果对G求导，可以得出在0.5时，得到最大吞吐率为18.4，对较小的交换数据包量来说，传输通路的大部分时间没有被利用。扩大交换的数据包量时，应答器之间的碰撞立即明显增加，80以上的通路容量没有利用。成功传输数据包的概率q，可以从

28、平均的交换的数据包量G和吞吐率S可以计算出来，即 2eGSqG452）时隙算法 使纯算法对比较小的吞吐量最优化的途径就是时隙算法，应答器只在规定的同步时隙（）内才传输数据包。在这种情况下，对所有应答器所必须的同步应由读写器控制。因此，这涉及一种随机、读写器控制的防碰撞法。与纯算法相比，可能出现碰撞的时间只有一半那么多。由于在使用时隙算法时数据包的传送总是在同步的时隙内才开始，所以发生碰撞的时间区间缩短到。因此，可得出对时隙法的吞吐率为eGSG46 交换的数据包量在1时最大吞吐率S为36.8。因此，由于这一简单的改进，可使信道利用率增加一倍。3）动态时隙算法 时隙系统的吞吐率S在交换数据包量G大

29、约为1时达到最大值。如果有许多应答器处于读写器的作用范围内，像存在的时隙那样，再加上另外到达的应答器，那么吞吐率很快接近于0。在最不利的情况下，经过多次搜索也可能没有发现序列号，因为没有唯一的应答器能单独处于一个时隙之中发送成功。因此，需要准备足够大量的时隙，这种做法降低了防碰撞算法的性能。因为所有时隙段的持续时间与可能存在的应答器数有关，也许只有唯一的一个应答器处于读写器作用范围内。弥补的方法是创建动态的时隙算法，这种方法使用可变数量的时隙。47 一种是用请求命令传送可供应答器（瞬时的）使用的时隙数。读写器在等待状态中在循环时隙段内发送请求命令（使在读写器作用范围内的所有应答器同步，并促使应

30、答器在下一个时隙里将它的序列号传输给读写器），然后有12个时隙给可能存在的应答器使用。如果有较多的应答器在两个时隙内发生了碰撞，就用下一个请求命令增加可供使用的时隙的数量（如1，2，4，8，），直到能够发现一个唯一的应答器为止。然而，也可以用有很大数量的时隙（如16，32，48，）经常地提供使用。为了提高性能，只要读写器认出了一个序列号就立即发送一个中断命令，“封锁”在中断命令后面的时隙中其他应答器地址的传输。482.二进制搜索算法纯算法和时隙算法的信道最佳利用率为18.4%和36.8%，随着标签数量的增加，其性能急剧恶化，因此人们提出了二进制搜索算法。二进制防碰撞算法基于轮询的办法，按照二进

31、制树模型和一定的顺序对所有的可能进行遍历，因此它不是基于概率的箅法，而是一种确定性的防碰撞算法，但该算法要将所有可能全部遍历，因此其应用起来比较慢。实现二进制搜索算法的前提是：读写器在解码时能够判断出现错误的位（曼彻斯特编码可以检测出碰撞位）；每个标签有一个唯一识别码。49二进制搜索算法的基本思路是，多个标签进入读写器工作场后，读写器发送带限制条件的询问命令，满足限制条件的标签回答，如果发生碰撞，则根据发生错误的位修改限制条件，再一次发送询问命令，直到找到一个正确的回答，并完成对该标签的读写操作。对剩余的标签重复以上操作，直到完成对所有标签的读写操作。为了实现二进制搜索算法，就要选用曼彻斯特编

32、码，因为这种编码可以检测出碰撞位。为了实现这个算法，引入以下4种命令。50（1）：发送一序列号作为参数给区域内标签。标签把自己的序列号与接收的相比较，若小于或者等于，则此标签回送其序列号给阅读器。（2）：用某个（事先确定的）序列号作为参数发送给标签。具有相同的序列号的标签将以此作为执行其他命令（读出和写入）的切入开关，即选择了标签。（3）：选中的标签将存储的数据发送给阅读器。（4）：取消一个事先选中的标签，标签进入无声状态，这样标签对命令不作应答51522.3.4 中数据完整性的实施策略 在读写器与电子标签的无线通信中，存在多种干扰因素，最主要的干扰因素是信道噪声和信号冲突。采用恰当的信号编码

33、、调制与校检方法，并采取信号防冲突控制技术，能显著提高数据传输的完整性和可靠性。信号的编码、调制与校检信号防冲突（标签冲突 读写器冲突）532.4 数据安全性2.4.1安全攻击与安全风险1安全攻击 针对主要的安全攻击可以简单的分为主动攻击和被动攻击两种类型。主动攻击包括从获得的射频标签实体，通过物理手段在实验室环境中去除芯片封装，使用微探针获取敏感信号，从而进行射频标签重构的复杂攻击；通过软件，利用微处理器的通用接口，通过扫描射频标签和响应读写器的探询，寻求安全协议和加密算法存在的漏洞，进而删除射频标签内容或篡改可重写射频标签内容；通过干扰广播、阻塞信道或其他手段，构建异常的应用环境，使合法处

34、理器发生故障，进行拒绝服务攻击等。54 被动攻击主要包括通过采用窃听技术，分析微处理器正常工作过程中产生的各种电磁特征，来获得射频标签和读写器之间或其他通信设备之问的通信数据；通过读写器等窃听设备，跟踪商品流通动态等。应对主动攻击的重要技术是认证技术，应对被动攻击的主要技术手段是加密。2安全风险 当初的应用设计是完全开放的，是出现安全隐患的根本原因。安全隐患会出现在射频标签、网络和数据等各个环节。55系统中最主要的安全风险是保密性。另一个安全风险是位置保密或跟踪。拒绝服务和伪造标签是常见的安全风险。另外，增加供应链的透明度是的主要优势之一，但这给数据安全带来了新的隐患。2.4.2 系统的安全需

35、求机密性完整性可用性真实性隐私性562.4.3 密码学基础 1.密码学的基本概念加密和解密变换的关系式为=()Kc Em=()=()KKKm DcDEm57 密码学包含密码编码学和密码分析学。密码编码学研究密码体制的设计，破译密码的技术称为密码分析。密码学的一条基本原则是必须假定破译者知道通用的加密方法，也就是说，加密算法E是公开的，因此真正的秘密就在于密钥。2.对称密码体制 1）概述 对称密码体制是一种常规密钥密码体制，也称为单钥密码体制或私钥密码体制。在对称密码体制中，加密密钥和解密密钥相同。从得到的密文序列的结构来划分，有序列密码和分组密码两种不同的密码体制。序列密码是将明文m看成连续的

36、比特流（或字符流）m1m2，并且用密钥序列1K2中的第i个元素对明文中的进行加密，因此也称为流密码。58 分组密码是将明文划分为固定的n比特的数据组，然后以组为单位，在密钥的控制下进行一系列的线性或非线性的变化而得到密文。分组密码的一个重要优点是不需要同步。对称密码体制算法的优点是计算开销小、速度快，是目前用于信息加密的主要算法。2）分组密码 分组密码中具有代表性的是数据加密标准（，）和高级加密标准（，）。59（1）。由公司于1975年研究成功并发表，1977年被美国定为联邦信息标准。的分组长度为64位，密钥长度为56位，将64位的明文经加密算法变换为64位的密文。64位的明文m经初始置换后的

37、64位输出分别记为左半边32位L0和右半边32位R0，然后经过16次迭代。如果用表示第i次的迭代结果，同时令和分别代表m的左半边和右半边。-1=iiL R-1-1=(,)iiiiR Lf RK606162（2）。是新的加密标准，是分组加密算法，分组长度为128位，密钥长度有128位、192位、256位三种，分别称为128，192，256。中没有给出S盒是如何设计的，而的S盒是公开的。因此，在电子商务等众多方面将会获得更广泛的应用。3）序列密码 序列密码也称为流密码，由于其计算复杂度低，硬件实现容易，因此在系统中获得了广泛应用。633.非对称密码体制非对称密码体制也称为公钥密码体制、双钥密码体制

38、。它的产生主要有两个方面的原因，一个是由于对称密码体制的密钥分配问题；另一个是对数字签名的需求。1976年，和提出了一种全新的加密思想，即公开密钥算法。公钥密码体制在智能卡中获得了较好应用，而在中的应用仍是一个待研究开发的课题。在这种算法中，每个用户都使用两个密钥：其中加密密钥是公开的，用于其他人向他发送加密报文（用公开的加密密钥和加密算法）；解密密钥用于自己对收到的密文进行解密，这是保密的。通常称公开密钥算法中的加密密钥为公开密钥，解密密钥为私人密钥，以区别传统密码学中的秘密密钥。64 目前，公开密钥密码体制中最著名的算法称为算法。算法是基于数论的原理，即对一个大数的素数分解很困难。在智能卡

39、上实现算法，仅凭8位是远远不够的，因此有些智能卡芯片增加了加密协处理器，专门处理大整数的基本运算。2.4.4 中的认证技术 射频识别技术认证技术要解决阅读器与应答器之间的互相认证问题。即应答器应确认阅读器的身份，防止存储数据未被认可地读出或重写；阅读器也应确认应答器的身份，以防止假冒和读入伪造数据。652.4.4 中的认证技术 射频识别技术认证技术要解决阅读器与应答器之间的互相认证问题。即应答器应确认阅读器的身份，防止存储数据未被认可地读出或重写；阅读器也应确认应答器的身份，以防止假冒和读入伪造数据。1.相互对称认证 阅读器和应答器之间的互相认证采用国际标准 9798-2的“三次认证”，这是基

40、于共享秘密密钥的用户认证协议的方法。66（1 1）阅读器发送查询口令的命令给应答器，应答器作为应答响应传送所产生的一个）阅读器发送查询口令的命令给应答器，应答器作为应答响应传送所产生的一个随机数给阅读器。随机数给阅读器。（2 2）阅读器产生一个随机数，使用共享的密钥）阅读器产生一个随机数，使用共享的密钥K K和共同的加密算法，算出加密数据和共同的加密算法，算出加密数据块块 ，并将，并将 传送给应答器。传送给应答器。（，）（，）67（3）应答器接收到 后进行解密，将取得的随机数 与原先发送的随机数进行比较，若一致则阅读器获得了应答器的确认。（4）应答器发送另一个加密数据块 给阅读器，为 （1）为

41、从阅读器传来的随机数，1为随机数。（5）阅读器接收到 并对其解密，若收到的随机数与原先发送的随机数相同，则完成了阅读器对应答器的认证。BR682利用导出密钥的相互对称认证 相互对称的认证方法有一个缺点，即所有属于同一应用的标签都是用相同的密钥K保护的。这种情况对于具有大量标签（如在公共短途交通网的票务系统中使用者数百万个标签）的应用来说，是一种潜在的危险，由于这些标签以不可控的数量分布在众多使用者的手中，而且廉价并容易得到，因而必须考虑标签的密钥被破解的可能。如果发生了这种情况，则整个过程将被完全公开，且控制改变密钥的代价会非常大，实现起来也会很困难。为此，需要对相互对称认证过程进行改变，主要

42、方法是，每个射频标签使用不同的密钥来保护，并在标签生产过程中读取其序列号，使用加密算法和主控密钥计算（导出）密钥，从而完成了标签的初始化过程。这样，每个射频标签都拥有了一个与自己识别号和主控密钥相关的专用密钥。在读写器端获取标签后也同样可以计算出专用密钥。692.4.5 RFID技术应用中的安全问题与安全策略 RFID系统的安全问题，由三个不同层次的安全保障环节组成，一是电子标签制造的安全技术；二是芯片的物理安全技术，如防非法读写、防软件跟踪等；三是卡的通信安全技术，如加密算法等。这三个方面共同形成电子标签的安全体系，保证电子标签从生产到使用的安全。在实际使用中，三者之间却没有那么明显的界限，如带DES、RSA协处理器的电子标签利用软硬件实现系统的安全保障体系。谢谢！