基于rfid的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法

基于rfid的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法
【技术领域】
[0001] 本发明设及一种利用RFID实现对物品追踪溯源的方法，属于数字信息的传输技 术领域。
【背景技术】
[0002] 为了确保物品（特别是食品）的安全，物品的追踪溯源问题受到了日益广泛的关 注。应用RFID来实现对物品的追溯已成为一个新的研究领域，具有重要的理论研究价值和 应用前景。
[0003]RFID技术相对其他识别技术具备很多优势，如可实现非接触式的快速、高精度识 另IJ;可同时对多个标签进行批量识别，且识别过程无需人工干预；可透过隔离材料读取标 签数据，不受障碍物影响，并可用于恶劣环境。
[0004]RFID能通过非接触式信息传递识别目标对象并获取相关数据，从而实现物品的自 动识别。该一特性可W很好地满足人们对工作效率W及自动化程度的要求，在物品（人） 的识别、定位、跟踪、监控和管理中显现出了强大的优势。然而，RFID的无线数据传输特性 也使得其通信数据相对于有线数据传输方式更容易被攻击者所获取，该些数据不仅代表标 签本身，更重要的是还代表标签附着物，该无疑对用户隐私都形成威胁，W至于一些组织甚 至称RFID为间碟巧片。
[0005] 利用RFID对物品进行识别时，如果处理不当就会导致商业秘密的失窃，窃听者可 W利用一个暗中的RFID读写器非法读取物品信息，该显然是难W令人接受的。更进一步， RFID标签的生命期内，它的所有者经常需要发生改变，该就是所谓的所有权转换，该一特 点在供应链应用环境下体现的尤为明显。在所有权转换过程发生后，旧所有者(卖方）需 要将识别标签的数据W及标签所对应的物品数据转移给新所有者(卖方)，才能保证新旧所 有者可W读取标签。如果想实现对物品的追踪溯源，一方面需要通过标签进行追踪货物，而 另一方面又不希望泄露双方交易细节。然而，从生产、流通、销售有诸多环节，如果进行在应 用RFID并借助可信第S方实现溯源时，通常需要可信第S方将设及的信息都存储下来，该 显然效率较低，并且不利于隐私的保护。

【发明内容】

[0006] 本发明的目的在于针对现有技术之弊端，提供一种基于RFID的具备隐私保护特 性的高效追踪溯源方法，W实现对交易双方具体业务数据的隐私保护。
[0007] 本发明所述问题是W下述技术方案实现的： 一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，它首先建立一个可信的第S方（TrustedIliirdParty-TTP)，首先建立一个可信的第S方（TTP)，用户和所使用的 设备在TTP中注册，一次交易后，交易双方和TTP将标签ID及标签所对应的物品信息的摘 要进行数字签名，交易双方保存原始交易数据和经各方签名的摘要，TTP备案经各方签名的 摘要。需对某一物品进行追踪(溯源）时，卖方(买方）举证给TTP原始数据和经TTP签名的 数据，TTP通过核验原始数据计算出的摘要与TTP备案的各方签名的摘要是否一致，W确定 物品的去处(来源)。
[0008] 上述基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，所述方法包括W下步 骤： a、注册； ①建立可信第=方TTP，用户在TTP中注册并获取由TTP认可的安全可信读写器和便 携式安全设备Dev,如1C卡或USBKey。
[0009] ②TTP保存注册用户信息，注册用户所持有的读写器信息及Dev信息；读写器和 Dev存储TTP颁发的数字证书；物品通过RFID标签进行标示，RFID标签T内保存标签的唯 一标识符做(固定不变)、所需密钥爲可W改变)等等信息，标签所标示物的信息为估历。
[0010]⑨设TTP对买卖双方业务数据签名的公私钥对为（r屯W 买卖双方操作者 所持有的对业务数据进行签名的公私钥对分别为（施;W施;fi)和（倘;W倘;".)，且在Dev中存储，买卖双方Dev的ID分别为//化，//化，读写器对业务数据进行签名的公私钥对为 (做^6，胤;".)，且在读写器中存储，读写器ID为/化，奶）表示一个Hash函数，巧）为一个 加密函数，巧X/记方^…）表示使用密钥原t数据方，记，…进行加密。
[0011] b、进行所有权转换并备案： ①转换物品所有权 假设在供应链中某一时刻买方购买卖方n(n〉〇)个物品，物品信息分别为估历,， 估/的…，估历。，所贴标签对应信息为（/巧，化7,)，（77?刀化。)，…，（/化，化7。)，卖方将识 别标签所需的做、爲17、估历^及为此交易随机生成的一个随机数H专递给买方，买方对物 品与标签信息进行核验，之后买卖双方将该些信息按照一定的规则排序后使用同一个奶） 进行运算： Data=HiIDi,I打f〇i, 1〇2,I打f〇2, ...，ID円，Info) 化fa为交易特征数据，双方交换化fa,如果结果一致进行后续操作。
[0012] ②对交易特征数据进行签名 1) 买卖双方令各自的Dev对化i进行如如下计算； 买方Dev计算；#公/二巧施;化，f，r，化切 NDi=E(OKpub\ ND/) 卖方Dev计算；0公/二巧雌".| //化，片r，化切ODi=E(NKpub\OD/) 2) 随后，将0巧发送给买方Dev,将#化发送给卖方Dev,卖方双方Dev使用各自私钥 和对方公钥分别解密0巧、#巧后验证f、r与化fa,再令双方Dev分别计算； 买方Dev计算：瓜?/二巧胤p".I//化，W/) n〇2=e触pub\ nd。 卖方Dev计算；W/韦(0屯".I//化，y似/) 〇〇2=E她pub\ 孤2') 之后将结果发送给读写器。
[0013]3)读写器获取#化、0化后先使用自己的私钥及买卖双方的公钥解密#化、0马，随后 向TTP提出请求，接收TTP发送来的随机数计算： '獲马潑'\\赏-掘3'=5{服町八ID。R吨，m/) ND,=E(TK^J ND/) 读写器计算：W/二成町I啤，私p，W/) 0〇3=E师pub\ OD3') 将读写器的/化，//化，//化W及r，（化传递给TTP; 该步骤可在买卖双方任意一方的读写器上进行，或分别进行。
[0014] 4)TTP分别使用自己的私钥、读写器的公钥及买卖双方的公钥解密0化，#化，核验 读写器ID，双方1C卡的ID，看是否是属于注册的，并检验有效性，验证由0化，#化解密 的化fa、f、r是否一致，核验检验不通过，则提示买卖双方，否则TTP为该交易生产一个序列 号使用自己的私钥对0口/进行计算： TTP计算：做/二巧r也，|M?/，4S/7) N04= E卿Kpub\ ND/) 赏：0D/=EiJKpri\0D3'，t，sn) OD尸E仍Kpub\ OD/) 之后TTP将最终的签名数据#化、6化返回给买卖双方，买卖双方分别使用各自的私钥和TTP的公钥解密#化、0化并可核验f，获取S化 ⑨保存关键数据 栗方巧游诚〇4,巧1,Info。]：〇2,Inf〇2, ...，化，Info。，t,sn卖~方巧亲 -.〇〇4,巧1，Infop巧2,Inf〇2,…，ID。，Info。，t,sn TTP保存；//化，//化，/化，化姑4577 需说明的是，买卖双方可W加密保存/凤估历等信息。
[00巧]C、举证； 当需要卖方或买方说明某个标签T。的去向（来源）时，(1，2,…，4,需要卖方(买 方）进行举证，过程如下： 追踪读方利用其持有的物品信息/巧，估甸，瑪，估化，…，/化，估历。，连同細举证 给TTP，TTP利用細检索保存的化姑用奶）计算出化fa并与所保存的化枯进行比对，如 果一致则说明卖方举证正确； 溯源；买方利用其持有的物品信息/巧，估历,，/化，估/哈…，/化，历历。，计算出奶7巧， 估甸，/化，估化，…，/化，估历。，f)并将该数据连同細举证给TTP，TTP利用細检索保存 的化用奶）计算出化并与所保存的化切进行比对，如果一致则说明卖方举证正确。
[0016] 本方法不在TTP中保存交易细节数据，节省资源，买卖双方虽保存了交易数据，但 没有W明文方式保存和谁进行了交易，该样不仅很好地保护了隐私与商业秘密，而且具有 更高的处理效率。
【附图说明】
[0017] 下面结合附图对本发明作进一步说明。
[0018] 图la、图化是买卖双方W及TTP对特征数据的签名过程(其中，图化是图la的接 续部分）； 图2是卖方向TTP举证过程； 图3是买方向TTP举证过程。
[0019] 文中各符号为；TTP(Trust化irdPart)为可信的第S方，TTP对买卖双方业务 数据签名的公私钥对为（TFpw7Fp".)，买卖双方操作者所持有的对业务数据进行签名的公 私钥对分别为（眉;wWf/w)和（0心wOfpfi)，且在便携式安全设备中存储，便携式安全设备 的ID分别为//化，//化;读写器端对业务数据进行签名的公私钥对为（做^6，做;".)，其ID 为，巧3买卖双方交易时间，r为标示交易的随机数，《up为TTP发送给读写器的随机数， S/7为TTP为对买卖交易产生的序列号。奶）表示一个化sh函数，巧）为一个加密函数，巧 J/方，记，…）表示使用密钥挪数据方，记，…进行加密。
【具体实施方式】
[0020] 本方法首先建立一个可信的第S方TTP，用户在TTP中注册，并获取由TTP认可的 可信读写器和便携式安全设备Dev用于存储TTP颁发的数字证书。交易时交易双方，即买 方和卖方，分别读取标签W及标签所对应商品的信息，核验所读取的信息和物品的一致性 后，TTP、买卖双方都对该些标签W及标签所对应商品的信息的排序结果的哈希值进行签名 并各自保存所需数据；最后，在需要对物品进行追踪(溯源）的情况下，卖方(买方)通过举证 给TTP所需数据的方式说明物品的去处(来源)，具体步骤如下： a、注册； 建立可信第=方TTP，用户在TTP中注册，并获取由TTP认可的便携式安全设备Dev,如 1C卡或USBKey,Dev存储TTP颁发的数字证书，用户所使用的安全可信读写器需符合TTP 安全要求，也安全的存储由TTP颁发的数字正证书；RFID标签T内保存标签的唯一标识符 做（固定不变)、所需密钥爲IF(可W改变）等等信息，标签所标示物的信息为估历。
[0021] b、进行所有权转换并备案： ①转换物品所有权 假设在供应链中某一时刻买方购买卖方n(n〉〇)个物品，物品信息分别为估历,， 估/的…，估历。，所贴标签对应信息为（/巧，化7,)，（77?刀化。)，…，（/化，化7。)，卖方将识 别标签所需的做、爲17、估历^及为此交易随机生成的一个随机数H专递给买方，买方对物 品与标签信息进行核验，之后买卖双方将该些信息按照一定的规则排序后使用同一个奶） 进行运算： Data=HiI Di,I打f〇i, 1〇2,I打f〇2, ...，ID円，Info) 化fa为交易特征数据，双方交换化fa,如果结果一致进行后续操作。
[0022] ②对交易特征数据进行签名 1) 买卖双方令各自的Dev对化i进行如如下计算； 买方Dev计算；#公/二巧施;化，f，r，化切 NDi=E(OKpub\ND/) 卖方Dev计算；0公/二巧雌".| //化，片r，化切ODi=E(NKpub\OD/) 2) 随后，将0巧发送给买方Dev,将#化发送给卖方Dev,卖方双方Dev使用各自私钥 和对方公钥分别解密0巧、后验证r与化fa,再令双方Dev分别计算； 买方Dev计算：瓜?/二巧胤I//化，W/) n〇2=e她pj nd/) 卖方Dev计算；W/韦(0屯".I//化，y似/) OD,=E(RK^J OD；) 之后将结果发送给读写器。
[0023] 3)读写器获取化^0化后先使用自己的私钥及买卖双方的公钥解密化^0化，随后 向TTP提出请求，接收TTP发送来的随机数计算； 獲马縣\\赏.M3'=EiMpri \ ID。Rttp，ND/) ND,=E(TK^J ND/) 读写器计算：W/二成町I啤，私p，W/) 0〇3=E师pub\ OD3') 将读写器的/化，//化，//化W及r，（化传递给TTP; 该步骤可在买卖双方任意一方的读写器上进行，或分别进行。
[0024] 4)TTP分别使用自己的私钥、读写器的公钥及买卖双方的公钥解密0化，#化，核验 读写器ID，双方1C卡的ID，看是否是属于注册的，并检验有效性，验证由0化，#化解密 的化fa、f、r是否一致，核验检验不通过，则提示买卖双方，否则TTP为该交易生产一个序列 号使用自己的私钥对0口/进行计算： TTP计算：做/二巧r也，|M?/，4S/7) N04= E卿Kpub\ ND/) 赏：0D/=EiJKpri\0D3'，t，sn) OD尸E仍Kpub\ OD/) 之后TTP将最终的签名数据#化、6化返回给买卖双方，买卖双方分别使用各自的私钥和TTP的公钥解密#化、0化并可核验f，获取S化 ⑨保存关键数据 栗方巧游诚〇4,巧1,Info。]：〇2,Inf〇2, ...，化，Info。，t,sn卖~方巧亲 -.〇〇4,巧1，Infop巧2,Inf〇2,…，ID。，Info。，t,sn TTP保存；//化，//化，/化，化姑4577 需说明的是，买卖双方可W加密保存/凤估历等信息。
[00巧]C、举证； 当需要卖方或买方说明某个标签T。的去向（来源）时，(1，2,…，4,需要卖方(买 方）进行举证，过程如下： 追踪读方利用其持有的物品信息/巧，估甸，碼，估化，…，/化，估历。，连同細举证 给TTP，TTP利用細检索保存的化姑用奶）计算出化fa并与所保存的化枯进行比对，如 果一致则说明卖方举证正确； 溯源；买方利用其持有的物品信息/巧，估历,，/化，估/哈…，/化，历历。，计算出奶7巧， 估甸，/化，估化，…，/化，估历。，f)并将该数据连同細举证给TTP，TTP利用細检索保存 的化用奶）计算出化并与所保存的化切进行比对，如果一致则说明卖方举证正确。
[0026] 显然，举证的正确性由化sh函数的特性保证，即； 给定一个化sh值z=盛sAW，求7是困难的。
[0027] 该保证了攻击者伪造原始数据的困难性，同时可保障物品的可追踪溯源性。利用 公钥密码的特性使系统满足保密性、可验证性、完整性和不可否认性。
[0028] 本发明不在TTP内记录交易的细节，买卖双方不W明文方式保存和谁进行了交 易，TTP仅对买卖双方交易发生该一事实进行签名确认。因此，在保障效率的情况下保护交 易细节的隐私性。
[0029] 为了实现有效的监管，需要用户在TTP中注册，可实现对用户的合法性进行验证， 避免非法用户；读写器需从TTP获取，或读写器需经TTP认证，避免非法伪造读写器所带来 的干扰。
【主权项】
1. 一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，其特征是，所述方法首先 建立一个可信的第三方TTP，TTP和在TTP注册的交易双方将交易数据的摘要信息进行数字 签名，TTP备案签名的摘要信息，交易双方保存原始交易数据；需对物品进行追踪时，卖方 或买方给出原始数据，TTP验证由原始数据计算出的摘要是否与备案的摘要一致，以确定物 品的去处或来源举证是否正确。2. 根据权利要求1所述的一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，其 特征是，所述方法包括以下步骤： a、 注册： ① 建立可信第三方TTP，用户在TTP中注册并获取由TTP认可的安全可信读写器和便 携式安全设备Dev，如IC卡或USB Key，读写器具有可进行操作便携式安全设备的接口； ② TTP保存注册用户信息，注册用户所持有的读写器信息及Dev信息；读写器和Dev存 储TTP颁发的数字证书；RFID标签T内保存标签的唯一标识符JA所需密钥沿言息，标 签所标示物的信息为h/b; ③ 设TTP对买卖双方业务数据签名的公私钥对为7FP".)，买卖双方操作者所持 有的对业务数据进行签名的公私钥对分别为（邏;，邏;".)和（娜_，％".)，且在Dev中存 储，买卖双方Dev的ID分别为J/化，/7?，读写器对业务数据进行签名的公私钥对为（油_， 油;".)，且在读写器中存储，读写器ID为7?, M)表示一个Hash函数，M)为一个加密函 数，M I /乃，…）表示使用密钥双I"数据乃，乃，…进行加密； b、 进行所有权转换并备案： ① 转换物品所有权 假设在供应链中某一时刻买方购买卖方/7 (/?>〇)个物品，物品信息分别为J/7/b,， 7/?/?，…，7/?/?，所贴标签对应信息为（7?，价F7)，（7?，价Fi)，…，（7?，价7")，卖方将识 别标签所需的/A以及为此交易随机生成的一个随机数H专递给买方，买方对物 品与标签信息进行核验，之后买卖双方将这些信息按照一定的规则排序后使用同一个//() 进行运算： Data=H^ID1, Info1, ID2, Info2,…，IDn, Info》, ifeia为交易特征数据，双方交换ifeia，如果结果一致进行后续操作； ② 对交易特征数据进行签名 1) 买卖双方令各自的Dev对/进行如如下计算： 买方 Dev 计算：AZ^/=￡XA^".| /」％，?，，，ifeia)， ND1=EmpJ ND/), 卖卞 ☆莫.,OD/ =E{OKpri\ IID。，t, r, Datd)， OD1=E (NKpJ OD/), 2) 随后，将发送给买方Dev，将发送给卖方Dev，卖方双方Dev使用各自私钥 和对方公钥分别解密后验证i、r与ifeia，再令双方Dev分别计算： 买方Dev计算：柳/球(邏;".| /风，如/)， ND2=EiRKpJ ND/), 卖方Dev计算：叫，球(％". I J风，柳7 〇， OD2=EiRKpJ OD/), 之后将结果发送给读写器； 3) 读写器获取ML 6?后先使用自己的私钥及买卖双方的公钥解密ML 0?，随后向 TTP提出请求，接收TTP发送来的随机数计算： 读写器计算：柳/球(％".| /仏，柳/)， ND3=EiTKpJ ND/), 'i_^\\l'.0D3'=E{RKpri\lDr，Rttp，0D 2'~), 〇D3=E{TKpJ 〇?/), 将读写器的7?, /7?, //化以及r，M?,，6?传递给TTP ; 该步骤可在买卖双方任意一方的读写器上进行，或分别进行； 4. TTP分别使用自己的私钥、读写器的公钥及买卖双方的公钥解密64?,似?,，核验读 写器ID，双方IC卡的ID，看是否是属于注册的，并检验有效性，验证由7??解密的 i、r是否一致，核验检验不通过，则提示买卖双方，否则TTP为该交易生产一个序列号 5/7,使用自己的私钥对似?/，如/进行计算： TTP计算：顺/二奴％".|柳/，?，仰）， ND4= E{NKpub\ ND/), OD/=EiTKpJ 0D3'，t, sn), OD4=EiOKpJ OD/), 之后TTP将最终的签名数据ML 6?返回给买卖双方，买卖双方分别使用各自的私钥和 TTP的公钥解密6?并可核验?，获取 ③保存关键数据 %卞保存-.ND4, ID1, Info1, ID2, Info2,…，IDn, Infon, U sn, 卖卞像每-.OD4, ID1, Info1, ID2, Info2,…，IDn, Infon, U sn, ???保存.,IID。，IIDn, IDr, Data, t, sn， 需说明的是，买卖双方可以加密保存/Λ //?/〇等信息； c、举证： 当需要卖方或买方说明某个标签乙的去向或来源时，me {1，2, ···，/?}，需要卖方或买 方进行举证，过程如下： 追踪：卖方利用其持有的物品信息风，，瑪，//?/?，…，风，//?/?，连同仰举证 给TTP，TTP利用仰检索保存的ifeia，用M)计算出ifeia并与所保存的ifeia进行比对，如 果一致则说明卖方举证正确； 溯源：买方利用其持有的物品信息7?, //?/〇,，7?, //?/?，…，/化，//?/?，计算出M/久， 7? 7/?/?，…，风，7/?/?, ?)并将该数据连同仰举证给TTP，TTP利用仰检索保存 的ifeia，用//()计算出ifeia并与所保存的ifeia进行比对，如果一致则说明卖方举证正确。
【专利摘要】一种基于RFID的具备隐私保护特性的高效追踪溯源方法，所述方法利用RFID标签标示物品并通过RFID的ID号来实现对物品的追踪溯源，首先建立一个可信的第三方TTP，用户和所使用的设备在TTP中注册，买卖双方进行一次交易后，交易双方和TTP将标签ID及标签所标示物品信息的摘要进行数字签名，交易双方保存原始交易数据和经各方签名的摘要，TTP备案经各方签名的摘要。需追踪（溯源）时，卖方（买方）举证给TTP原始数据和经TTP签名的数据，TTP通过核验原始数据计算出的摘要与TTP备案的各方签名的摘要是否一致，以确定物品的去处或来源。本方法不在TTP中保存交易细节数据，这样不仅很好地保护了隐私与商业秘密，而且具有更高的处理效率。
【IPC分类】G06Q30/00, G06K17/00
【公开号】CN104881791
【申请号】CN201510294815
【发明人】黎彤亮, 范瑞琴, 金丽霞, 赵环宇, 安生勇, 黄世中
【申请人】石家庄开发区冀科双实科技有限公司
【公开日】2015年9月2日
【申请日】2015年6月2日