[发明专利]用于安全通信的方法、RFID读取器、RFID标签和RFID系统

说明书

技术领域

本发明大体涉及射频识别(RFID)。更特别地，本发明涉及一种在RFID系统中的读取器与标签之间的安全通信的方法。本发明还涉及一种RFID读取器。本发明此外还涉及一种RFID标签。本发明此外还涉及一种RFID系统。

背景技术

射频识别(RFID)系统广泛地用于识别和跟踪物品、库存控制、供应链管理、商店中的商品防盗以及其他应用中。典型的RFID系统包括多个发射机应答器(此处称之为“RFID标签”或简称为“标签”)以及一个或多个收发器(此处称之为“RFID读取器”或简称为“读取器”)。读取器通过无线前向链路对一个或多个标签进行询问。标签通过在无线返回链路上向读取器发回标签信息，来响应读取器的询问。

标签通常实现为具有小容量存储器的半导体微芯片，该存储器用于存储标签的ID号，且在一些应用中，用于存储标签所关联的物品的有关信息。此外，取决于其供电方式，标签可以是“无源的”或“有源的”。有源标签包含自带的机载电源(on-board power source)，即电池，标签使用该电源处理接收到的信号并将标签信息发送回读取器。无源标签没有自带的机载电源。相反，无源标签通过从读取器所广播的RF载波信号中提取能量，来获取自身需要的能量。无源标签使用已知为负载调制(用于感应系统)或后向散射(用于波传播系统)的过程，向读取器发送信息。电池辅助标签包含自身的机载电源，即，如有源标签之类的电池，标签使用该电源处理接收到的信号并向数字电路和存储器供电，由此，有源标签使用与无源标签相同的原理，将信息发回读取器。由于制造、维护和操作放入费用更便宜，所以在很多应用中，无源标签变得比有源标签更受欢迎。

由于无源标签没有自身的电源并依赖于后向散射，因此，虽然距离随无源标签工作的频带变化很大，但仍不能从远距离读取到无源标签。例如，当无源标签工作在UHF频带内时，读取距离可以达到几百米。更具体地，工作在UHF频率的无源标签达到6到10米，而电池辅助标签可达到300米。

在另一方面，RFID读取器用比RFID标签高出许多的发射功率来辐射信号。读取器与标签之间的发射功率差值是例如大约100dB。因此，可以在超过100公里的距离处，拦截到工作在UHF频率范围内的RFID读取器所发射的信息。

应当理解，这种RFID系统会遭受一些隐私和安全的风险。在轮询(po1ling)、筛选(singulation)以及随后在读取器与特定的标签进行一对一通信时的单询期间，这些安全风险就会出现。在没有适当的访问控制的情况下，未授权的(即“流氓的”)读取器能够询问标签或拦截信息，而该标签和信息无论如何应该保持隐秘。

除了上述所关心的安全考虑，在没有合适的安全及隐私措施到位的情况下，RFID系统不情愿地允许未授权的“位置跟踪”。未授权的位置跟踪允许一个或多个读取器跟踪标有RFID的物品(例如个人穿着的衣服，或个人携带的物品，如贴有标签的智能卡、信用卡、钞票等)。因此，在没有合适的访问控制或预防措施到位的情况下，通常想当然的隐私(涉及个人行动、社会相互影响和金融交易)会被RFID系统所危及。

已经提出了多种用于解决与RFID系统相关联的安全和隐私风险的建议。所提出以避免向RFID系统的读取器和标签的未授权访问的一项技术是“对称加密”。根据这项技术，用特殊的加密和解密硬件做成RFID系统的读取器和标签。然而，对称加密手段的缺点在于：在实现加密和解密硬件时需要大量的逻辑门。这就增加了实现标签的微芯片的尺寸和复杂度。因此，对称加密并不是能制造出尺寸小且成本低的标签的技术。至少由于这个原因，对称加密并不是RFID风险的有利的解决方案。

所提出以避免上述所关心的安全和隐私关注的另一项技术是已知为“公共密钥”加密的技术。对公共密钥加密的使用允许标签将加密信息连同读取器和标签已知的公共密钥向读取器发送。然后，具有仅为其自身所知的私有密钥的读取器可以对标签传送的信息进行解密。不幸的是，与对称加密手段类似，公共密钥加密也需要大量的逻辑门以实现加密硬件。相应地，由于与同对称加密的使用相关联的原因类似的原因，公共密钥加密不是解决RFID风险的简单且划算的手段。