基于MD5和DES算法的RFID标签签发和验证机制

引 言

RFID（Radio Frequency Identification， 射频识别技术） 是自动识别技术的一种，通过无线射频方式进行非接触双向数据通信，对目标加以识别并获取相关数据。它的主要核心部件是电子标签，通过相距几厘米到几米距离内读写器发射的无线电波，可以读取电子标签内储存的信息，识别电子标签代表的物品、人和器具的身份。射频识别技术具有很多突出的优点 ：RFID 技术不需要人工干预、不需要直接接触、不需要光学可视即可完成信息输入和处理，可工作于各种恶劣环境， 可识别高速运动物体并可同时识别多个标签，操作快捷方便， 实现了无源和免接触操作，应用便利、无机械磨损、寿命长。目前 RFID 技术已在仓储、物流、交通、海关、追溯、金融等诸多领域得到了广泛应用，其安全特性的重要性不言而喻， 它决定了各个 RFID 应用项目的成败。

RFID标签的签发是整个RFID应用链的起点和源点，是整个RFID应用的安全体系中最重要的核心环节之一，是后续安全要素的基础和前提。同样，RFID标签的验证也是RFID 应用安全体系的核心环节和重要节点。本文通过引入MD5算法和DES算法，从技术上提高了 RFID标签应用的安全特性， 有效减低了RFID标签被伪造、篡改和攻击的风险。

1 MD5和 DES算法

MD5（Message-Digest Algorithm 5[1]， 信息摘要算法 5） 用于确保信息传输完整一致，是计算机广泛使用的摘要算法之一。作为典型应用，MD5 可对一段信息（Message）产生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改。MD5 报文摘要算法将任意长度的信息作为输入值，并将其换算成一个 128 位长度的" 指纹信息" 或" 报文摘要" 值来代表这个输入值，并以换算后的值作为结果。

一般情况下，MD5算法是非常安全的。MD5算法的优势在于其使用不需要支付版权费用的，且已有各种计算机语言的算法实现。

DES（DataEncryptionStandard）[2]是在 1975年由 IBM公司公开发表的。DES是对称加密算法体系中的代表，在计算机网络系统中广泛使用。在DES 算法中，明文按 64位进行分组，密钥长 64位，密钥事实上是 56位参与DES运算分组后的明文组和 56位的密钥按位替代或交换的方法形成密文组的加密方法。

DES 算法具有很高的安全性，到目前为止，除了用穷举搜索法对DES 算法进行攻击外，还没有发现更有效的办法。

由于MD5 算法存在一定的碰撞几率[3]，为避免对RFID 标签摘要信息的恶意攻击、复制和克隆，本文提出，在对RFID 核心数据进行散列算法获得摘要信息后，用DES 算法予以加密，从而避免对现有 RFID 标签数据的篡改、复制和克隆，以及非授权RFID 标签的出现，提高了RFID 标签的安全可靠性。

2 RFID标签的签发

RFID 标签的签发，是指对对即将进入RFID 应用领域的标签进行发行机构的数字签发，赋予其应用属性和特征，标明该标签的作用域、适用范围和发行机构，避免与其他标签或业务系统的混用、误用、非授权使用等，并尽量使其具备防伪造、防篡改和防攻击等能力的过程。通常，对RFID 的标签需经过系统权限验证、读取预发行标签的基本特征数据并验证，对标签进行数字签名等若干步骤。在本文中，如图 1 所示， 我们将整个签发过程分为：

①验证标签发行权限 ；②验证使用者权限 ；③读标签特征数据 ；④读标签 TID ；⑤对 TID、系统预设的标签编号以及其他的标签特征数据进行MD5 散列算法并进行DES 加密；

⑥将⑤的结果写入标签发行数据区。

本发行签发模式的最大特点是将RFID 标签固有的物理特征数据TID 纳入了MD5 数据摘要并进行了DES 数据加密， 结合后续的验证机制，可有效避免 RFID 标签被伪造、克隆或篡改，提高了RFID 标签的安全防伪能力。

签发过程的部分核心源码实现如下：

Procedure issue

begin

...

tagValue=tagBasicValue+tagTid ；

tagMD5Value ：=MD5Encrypt（tagValue）；

//MD5 散列，得到信息摘要

tagDESValue ：=DESEncrypt（tagMD5Value，Password）；

//DES 加密

Res ：=WriteLabelBlock（Handle_Scanner， tagDESValue，USER，@mask，@AccessPassword）；

// 结果写入标签

...

end ；

3 RFID标签的验证

RFID 标签的验证是RFID 应用系统对本其使用的RFID 的标签的合法性进行确认的过程。本文提出的RFID 标签的验证基本流程如图 2 所示。

RFID 标签验证的基本流程包括：①验证 RFID 读权限；②读标签 TID、标签编号及其他标签特征数据，读标签发行数据区数据 ；③ DES 解密标签散列数据、HASH（TID+ 标签编号 + 其他标签特征数据）；④比较解密数据与 HASH 散列数据 ；⑤签名认证完毕。

结合 RFID 标签的签发流程不难看出， 通过对标签固有的物理特征数据TID、标签编号和其他标签特征数据进行HASH 散列，并将结果与解密后的发行签发数据进行比较， 可有效验证 RFID 标签的合法性，降低了 RFID 标签被伪造和非法入侵的风险，提高了 RFID 应用系统的安全保障。

验证过程的部分核心源码实现如下：

Procedure Verification

begin

res ：=ReadWordBlock（Handle_Scanner，USER，@IDTemp， @ nCounter）；

if res=_OK then

begin

for j ：=0 to nCounter do 

begin

VerifyValues ：= VerifyValues +chr（IDTemp [j]）；

End ；

TidMD5Value ：=DESDecode（VerifyValues，，Password）；

//DES 解密

end ；

ReadLabelID（Handle_Scanner，Tid，Tid_len，@mask，@ IDBuffer，@nCounter）；// 读

for j ：=0 to nCounter do 

begin

TidValues ：= TidValues +chr（IDBuffer [j]）；

End ；

If TidMD5Value = MD5Encrypt（TidValues）then

// 比较 MD5 值

Begin

...

End；

end；

结 语

本文针对 RFID 标签的签发和验证提出了基于DES 和HASH 算法的链式结构，有效解决了 RFID 标签可能存在的 可能被伪造、盗用或非法入侵的安全隐患，提升了 RFID 标签 的安全和可用性。 在现有的诸多 RFID 应用体系框架中，还存在着很多安 全隐患，亟待相关 RFID 从业人员从技术或管理角度予以解决， 这也将是我们下一步的工作内容和研究方向。