汽車(chē)號牌的自動(dòng)識別系統的安全性設計研究

早在上世紀80年代初，射頻識別技術(shù)(RadioFrequencyIdentification，I訊ID)就由美國國防部和世界第一大商品零售商沃爾瑪公司首先提出并進(jìn)行研究。這是一項利用射頻信號通過(guò)空間耦合(交變磁場(chǎng)或電磁場(chǎng))實(shí)現無(wú)接觸信息傳遞，并通過(guò)所傳遞的信息達到識別目的的技術(shù)。它是一種非接觸式的自動(dòng)識別技術(shù)，通過(guò)射頻信號自動(dòng)識別目標對象并獲取相關(guān)數據，識別工作無(wú)需人工干預，可工作于各種惡劣環(huán)境。

目前，隨著(zhù)RFID技術(shù)的不斷發(fā)展，與RFID相關(guān)的應用也大量涌現，被廣泛應用于工業(yè)自動(dòng)化、商業(yè)自動(dòng)化和交通運輸控制管理，汽車(chē)、火車(chē)等交通實(shí)時(shí)監控，高速公路自動(dòng)收費系統，停車(chē)場(chǎng)管理系統，物流管理，流水線(xiàn)生產(chǎn)自動(dòng)化，安全出入檢查，倉儲管理，動(dòng)物管理，車(chē)輛防盜等諸多領(lǐng)域。目前應用得最成功的領(lǐng)域是物流管理和商品流通領(lǐng)域。

但是，在實(shí)際使用過(guò)程中，RFID的安全性問(wèn)題也開(kāi)始凸顯出來(lái)，由于RFID標簽的安全問(wèn)題而導致的安全事件也在逐漸增多，為解決上述安全與隱私問(wèn)題，人們從技術(shù)上提出了多種方案，這些方法各有自己的特色和不足，必須針對不同應用靈活選擇和組合。

本文在基于RFID的汽車(chē)號牌自動(dòng)識別系統的設計與實(shí)現中，在研究其他人提出的各種技術(shù)方案的基礎上，結合該系統自身的特點(diǎn)提出了隱秘起始地址、隨機數初始化兩種新方法，而且還采用了MD5加密算法、標簽鎖定等常規方法，并把這些方法有效地結合起來(lái)，從而保證系統中號牌數據的安全可靠。

通過(guò)多次實(shí)驗和系統的長(cháng)時(shí)間運行均表明本文所采用的方法切實(shí)可行且安全有效。進(jìn)一步研究可以保證號牌標簽達到第二代身份證的安全級別。

1汽車(chē)號牌自動(dòng)識別系統

車(chē)輛自動(dòng)識別系統(AutomaticVehicleIden—tification，AⅥ)，可準確無(wú)誤地自動(dòng)識別并采集路網(wǎng)中運行車(chē)輛的身份特征信息和法定管理信息，使車(chē)輛信息瞬時(shí)進(jìn)入計算機，可為車(chē)輛及交通管理部門(mén)提供一個(gè)實(shí)時(shí)、動(dòng)態(tài)的車(chē)輛信息采集平臺。本文采用了RFID技術(shù)設計和實(shí)現了汽車(chē)號牌自動(dòng)識別系統，該系統的硬件是由讀寫(xiě)單元(標簽閱讀器)和標簽號牌組成，閱讀器通過(guò)線(xiàn)路與計算機的RS32接口通信。

程序通過(guò)計算機控制閱讀器來(lái)對標簽進(jìn)行讀寫(xiě)操作，閱讀器通過(guò)天線(xiàn)發(fā)出電磁脈沖，標簽接收到這些脈沖并發(fā)送已存儲的信息到閱讀器作為響應，再由閱讀器將信號處理后傳給計算機，實(shí)現對汽車(chē)號牌在不同狀態(tài)(靜止、移動(dòng)，甚至惡劣環(huán)境)下的自動(dòng)識別和管理。

系統中的閱讀器采用了某廠(chǎng)商生產(chǎn)的8801型號的讀寫(xiě)器，該讀寫(xiě)器讀寫(xiě)距離遠，讀寫(xiě)速度快，抗干擾能力強。

標簽包含了具有RFID射頻部分和一個(gè)超薄天線(xiàn)環(huán)路的RFID芯片的RFID電路，這個(gè)天線(xiàn)與一個(gè)塑料薄片一起嵌入到標簽內。標簽一般為信用卡大小，因此可以集成到其他產(chǎn)品里面。該系統就把標簽集成到汽車(chē)牌照中，構成了標簽號牌，這樣在收發(fā)端就無(wú)需增加任何其他硬件，也不會(huì )增加用戶(hù)的開(kāi)銷(xiāo)。

系統軟件方面采用了VB編程，通過(guò)VB程序控制讀寫(xiě)器來(lái)讀取號牌標簽中的號牌信息，并訪(fǎng)問(wèn)后臺數據庫，從而完成號牌數據的判別。

該系統環(huán)境適應性強，受雨雪、冰雹、灰塵等影響小，可全天候工作，非接觸地完成自動(dòng)識別、跟蹤與管理，并且具有可穿透非金屬物體進(jìn)行識別，抗干擾能力強等主要優(yōu)點(diǎn)。

2系統安全的設計與實(shí)現

安全問(wèn)題是管理系統的命脈，對于汽車(chē)號牌自動(dòng)識別系統來(lái)說(shuō)，安全尤為重要，由于汽車(chē)號牌是汽車(chē)最為明顯的標識，現實(shí)中人們都是通過(guò)號牌識別違章車(chē)輛、肇事車(chē)輛，因此系統必須保證標簽中的號牌數據不能被隨意讀取甚至篡改。但標簽本身的安全又很薄弱，因此必須采用合理有效的方法才能保證系統的安全。

集成的RFID系統實(shí)際上是一個(gè)計算機網(wǎng)絡(luò )應用系統，因此安全問(wèn)題類(lèi)似于計算機和網(wǎng)絡(luò )的安全問(wèn)題，但由于RFID系統的兩個(gè)特點(diǎn)：首先RFID標簽和后端系統之間的通信是非接觸和無(wú)線(xiàn)的，使它們很易受到竊聽(tīng)；其次標簽本身的計算能力和可編程性，直接受到成本要求的限制。因此RFID的安全威脅除了與計算機網(wǎng)絡(luò )有相同之處外，還包括以下三種：

(1)通信鏈路上的安全威脅

標簽與閱讀器之間傳送數據時(shí)，其數據通信鏈路是無(wú)線(xiàn)通信鏈路，無(wú)線(xiàn)信號本身是開(kāi)放的。這就給非法用戶(hù)的偵聽(tīng)帶來(lái)了方便。常見(jiàn)的威脅有：黑客非法截取通信數據(非授權獲取數據)、業(yè)務(wù)拒絕式攻擊(非法用戶(hù)通過(guò)發(fā)射干擾信號來(lái)堵塞通信鏈路，使得閱讀器過(guò)載，無(wú)法接收正常的標簽數據)、標簽的冒名頂替、發(fā)射特定電磁波破壞標簽等。

(2)閱讀器的安全威脅

物理方式偵測或修改閱讀器的硬件；修改閱讀器的配置參數，使其誤報、少報標簽數據或者把標簽數據轉發(fā)到其他應用系統；竊聽(tīng)或干擾閱讀器與計算機之間的通信。

(3)標簽中數據的安全威脅

由于成本的限制，標簽本身很難具備能夠足以保證安全的能力。因此非法用戶(hù)可以利用合法的閱讀器或者自構一個(gè)閱讀器，直接與標簽進(jìn)行通信。這樣就可以很容易地獲取標簽內所存數據。而對于讀寫(xiě)式標簽，還面臨數據被篡改的風(fēng)險。

對于通信安全和閱讀器的安全問(wèn)題，人們研究得非常多，而且也提出很多行之有效的方法，這些方法包括：采用安全的通信協(xié)議或專(zhuān)有的通信協(xié)議，如Hash2Lock協(xié)議、Hash鏈協(xié)議、基于雜湊的ID變化協(xié)議、詢(xún)問(wèn)。響應認證協(xié)議、再次加密機制等等。使用探測器探測其他RFID閱讀器的存在，并發(fā)送干擾信號，以防標簽上的數據被暴露；為標簽編程，使其只可能與已授權的RFID閱讀器通信；對標簽和閱讀器采用更強的加密及安全功能；此外還提出了Kill標簽、法拉第網(wǎng)罩、智能標簽、阻止標簽等方法。這些方法均很成熟，并各有自己的特色和不足，必須針對不同的應用靈活選擇和組合。

而對于標簽中的數據安全，日常應用都是采用加密的方法。然而不同的加密算法復雜程度不同，對硬件性能的要求也不同，其安全級別也不同。

為了保證汽車(chē)號牌自動(dòng)識別系統中的安全，在通信和閱讀器方面系統采用相應的高安全措施，對于標簽中的數據安全，系統除了采用部分常規的加密方法，還綜合衡量標簽中可讀寫(xiě)的空間大小，讀寫(xiě)效率以及讀寫(xiě)誤差等因素，提出了新的安全設計，這種多層次的安全措施足夠保證標簽中的號牌數據不能被隨意讀取甚至篡改。