[论文解读] Providing a hybrid cryptography algorithm for lightweight authentication protocol in RFID with urban traffic usage case

V. Chegeni, Hamid Haj Seyyed Javadi+2 more|arXiv (Cornell University)|Apr 15, 2021

Advanced Authentication Protocols Security被引用 4

一句话总结

本文提出了一种轻量级、基于混合密码学的RFID系统互认证协议，用于城市交通管理，结合对称密码学与非对称密码学，以确保高速、安全的标签-读取器通信。该协议可抵抗欺骗、跟踪和重放攻击，同时将计算开销降至最低，适用于智能城市基础设施等实时、资源受限的环境。

ABSTRACT

Today, the Internet of Things (IoT) is one of the emerging technologies that enable the connection and transfer of information through communication networks. The main idea of the IoT is the widespread presence of objects such as mobile devices, sensors, and RFID. With the increase in traffic volume in urban areas, the existing intelligent urban traffic management system based on IoT can be vital. Therefore, this paper focused on security in urban traffic based on using RFID. In our scheme, RFID tags chose as the purpose of this article. We, in this paper, present a mutual authentication protocol that leads to privacy based on hybrid cryptography. Also, an authentication process with RFID tags is proposed that can be read at high speed. The protocol has attempted to reduce the complexity of computing. At the same time, the proposed method can withstand attacks such as spoofing of tag and reader, tag tracking, and replay attack.

研究动机与目标

• 解决基于RFID的城市交通管理系统中的安全漏洞。
• 设计一种适用于资源受限RFID标签的轻量级认证协议。
• 确保RFID标签与读取器之间的互认证，并提供强大的隐私保护。
• 减轻常见攻击，如标签欺骗、跟踪和重放攻击。
• 降低计算复杂度，以实现实时交通应用中的高速运行。

提出的方法

• 协议通过集成对称密钥密码学（如轻量级分组密码）实现快速认证，以及非对称密码学（如ECC）实现密钥交换。
• 通过包含挑战-响应机制的三消息交互实现互认证。
• 使用单向哈希函数和随机化技术保护标签和读取器的身份，防止跟踪。
• 采用椭圆曲线密码学（ECC）相比传统公钥系统可减少密钥大小和计算成本。
• 所有密码学操作均针对低功耗RFID标签进行优化，以确保高速读取和最小延迟。
• 协议通过基于哈希的MAC实现消息完整性检查，防止消息篡改。

实验结果

研究问题

• RQ1 如何设计一种轻量级RFID认证协议，以满足城市交通系统在性能和安全方面的需求？
• RQ2 何种混合密码学方法可在RFID系统中实现安全、效率与对常见攻击的抵抗能力之间的平衡？
• RQ3 在保持强互认证和隐私保护的前提下，计算复杂度可降低到何种程度？
• RQ4 所提出的协议在真实城市交通环境中能否有效抵抗欺骗、跟踪和重放攻击？
• RQ5 与现有RFID认证方案相比，该协议在速度和资源使用方面表现如何？

主要发现

• 所提出的协议在计算开销极小的情况下实现了RFID标签与读取器之间的互认证，适用于低功耗设备。
• ECC与对称密码学的结合减少了密钥大小和处理时间，提升了高速环境下的性能。
• 通过将认证绑定到唯一且具有时间敏感性的挑战，协议有效抵抗了欺骗攻击。
• 通过使用随机化标识符和单向哈希函数，防止了标签跟踪。
• 通过在挑战-响应机制中引入时间戳和序列号，缓解了重放攻击。
• 协议通过确保通信过程中不暴露任何静态或可预测信息，维持了强大的隐私保护。