張偉昆1,2，張嶠1，林志文2，葛威2，屠琦1

1. 桂林電子科技大學(xué) 電子工程與自動(dòng)化學(xué)院， 廣西 桂林 541004； 2. 91872部隊(duì)，北京104224

　　摘要：針對(duì)艦船電子設(shè)備分布式儀表測(cè)試系統(tǒng)在部隊(duì)?wèi)?yīng)用中存在的問(wèn)題，同時(shí)考慮到艦船作業(yè)對(duì)安全工作的要求，提出了基于24 GHz RFID系統(tǒng)的儀表數(shù)據(jù)安全傳輸技術(shù)。介紹了24 GHz RFID模塊文件系統(tǒng)操作流程、安全區(qū)數(shù)據(jù)組織和安全通信協(xié)議，運(yùn)用屬于非對(duì)稱橢圓加密算法的ECDH算法和ECDSA算法，并采用AES128加密算法進(jìn)行加密，采用TRAISP雙向鑒別技術(shù)進(jìn)行實(shí)體鑒別。結(jié)合實(shí)際艦船裝備現(xiàn)場(chǎng)的驗(yàn)證，表明此技術(shù)既滿足國(guó)軍標(biāo)的要求，又保證了測(cè)試系統(tǒng)的安全性和可靠性，對(duì)提高艦船安全測(cè)試性具有顯著作用。

　　關(guān)鍵詞：2.45 G RFID；安全通信協(xié)議；TRAIS-P雙向鑒別技術(shù)；橢圓非對(duì)稱加密算法；數(shù)據(jù)傳輸

0引言

　　隨著艦船測(cè)試保障技術(shù)的不斷提高，要求在復(fù)雜的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)艦船級(jí)快速準(zhǔn)確的測(cè)試。無(wú)線組網(wǎng)技術(shù)是實(shí)現(xiàn)艦船測(cè)試便攜性和高效性的關(guān)鍵橋梁。而隨著組網(wǎng)平臺(tái)的不斷擴(kuò)大和推廣，其上安裝的武器裝備也越來(lái)越多，數(shù)據(jù)安全性問(wèn)題日益突出。

　　針對(duì)此問(wèn)題本文提出了一種基于245 GHz RFID系統(tǒng)的儀器數(shù)據(jù)安全傳輸技術(shù)，運(yùn)用基于非對(duì)稱橢圓加密算法和AES128加密算法的TRAISP雙向?qū)嶓w鑒別技術(shù)進(jìn)行安全認(rèn)證，為分布式儀表測(cè)試系統(tǒng)提供安全、可靠、高效的數(shù)據(jù)傳輸環(huán)境。

12.45 GHz RFID系統(tǒng)和數(shù)據(jù)文件操作訪問(wèn)流程

　　基于245GHz的RFID組網(wǎng)測(cè)試系統(tǒng)由主控機(jī)PMA、主控機(jī)端RFID模塊（相當(dāng)于讀寫(xiě)器）、手持儀表（如示波器等）、儀表端RFID模塊（相當(dāng)于標(biāo)簽）組成，這種將圖1文件操作流程笨重的集成式PMA儀表分離并以RFID技術(shù)組網(wǎng)的方法更適合艦船作業(yè)環(huán)境中空間狹小和使用保密的特點(diǎn)。

　　此系統(tǒng)以信息幀的形式通過(guò)RFID模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，其文件傳輸系統(tǒng)的操作流程如圖1所示［1］。

2實(shí)體鑒別協(xié)議

　　如圖1中文件操作流程所示，為保證數(shù)據(jù)的安全性，本系統(tǒng)的主控機(jī)（PMA）和采集儀器采用實(shí)體鑒別的方式進(jìn)行認(rèn)證。選擇TRAISP的雙向鑒別方式來(lái)進(jìn)行實(shí)體鑒別，此方法在保證足夠的安全性的基礎(chǔ)上對(duì)系統(tǒng)的硬件要求比較合理，易于嵌入式設(shè)備上的實(shí)現(xiàn)。系統(tǒng)使用非對(duì)稱橢圓密碼體制（ECC）以及屬于ECC的ECDH和ECDSA兩種算法進(jìn)行雙向鑒別，并使用AEC128作為通信的加密算法［2］。

　　2.1非對(duì)稱橢圓曲線密碼算法(ECC)

　　橢圓曲線加密法（Elliptic Curve Cryptography，ECC）是一種以橢圓曲線理論為基礎(chǔ)的非對(duì)稱公鑰加密技術(shù)，利用有限域上橢圓曲線點(diǎn)所構(gòu)成的Abel群的離散對(duì)數(shù)難解性，進(jìn)行加密、解密和數(shù)字簽名。橢圓曲線是由下列韋爾斯特拉斯方程所確定的平面曲線。

　　2.1.1ECDH算法

　　ECDH算法是基于ECC算法的DH（DiffieHellman）密鑰交換算法，通信雙方可不共享任何秘密數(shù)據(jù)計(jì)算出一個(gè)完全相同的密鑰［3］。在PMA和儀表通信時(shí)使用ECDH的密鑰磋商過(guò)程如圖2所示。

　　2.1.2ECDSA算法

　　ECDSA算法是橢圓曲線數(shù)字簽名算法，用于提供確保消息不被非授權(quán)或未知方式改變的消息完整性、確保消息源與聲明相同的可信性以及確保成員不能否認(rèn)先前的行為和委托的抗抵賴性。在本系統(tǒng)中，ECDSA算法實(shí)現(xiàn)過(guò)程包括生成ECDSA密鑰對(duì)、生成ECDSA簽名和驗(yàn)證ECDSA簽名。其系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)過(guò)程如圖3所示。

　　2.2AES128加密算法

　　AES 主要指一種高級(jí)加密的標(biāo)準(zhǔn)，其主要結(jié)構(gòu)為分組加密法。AES128 加密算法主要由密鑰K0 和加密信息的集合構(gòu)成。每一個(gè)字節(jié)都需要用函數(shù)S進(jìn)行替換處理，接著用函數(shù)P對(duì)16 B進(jìn)行置換運(yùn)算，每個(gè)字節(jié)都經(jīng)過(guò)函數(shù)轉(zhuǎn)換后才能產(chǎn)生與匙擴(kuò)展相應(yīng)的位與［4］。

　　2.3TRAIS-P雙向鑒別協(xié)議

　　TRAISP在該系統(tǒng)要求標(biāo)簽具備私鑰St、讀寫(xiě)器的公鑰Q r和TID，而讀寫(xiě)器需要具備私鑰Sr、儀表的公鑰Qt和RID。鑒別之前，標(biāo)簽和讀寫(xiě)器分別獲取對(duì)方的RID、TID［5］?；贓CC的雙向鑒別協(xié)議執(zhí)行流程如圖4所示。

　　讀寫(xiě)器首先要向標(biāo)簽發(fā)送公鑰鑒別激活命令。標(biāo)簽收到公鑰鑒別激活命令后發(fā)送公鑰鑒別激活命令響應(yīng)給讀寫(xiě)器。 讀寫(xiě)器發(fā)送實(shí)體鑒別請(qǐng)求命令給TTP（可信第三方），TTP收到實(shí)體鑒別請(qǐng)求命令后，對(duì)標(biāo)簽和讀寫(xiě)器身份的合法性進(jìn)行驗(yàn)證［6］。讀寫(xiě)器發(fā)送公鑰鑒別請(qǐng)求應(yīng)答命令給標(biāo)簽。

　　讀寫(xiě)器收到命令響應(yīng)后首先確認(rèn)與公鑰鑒別請(qǐng)求應(yīng)答命令中的RNr是否相等，若不相等則忽略該響應(yīng)，若相等則利用IAK對(duì)其進(jìn)行計(jì)算與比較，則鑒別成功［7］。

3測(cè)試與應(yīng)用

　　針對(duì)文中提出的方法，在實(shí)際艦船裝備維修工作的RFID組網(wǎng)系統(tǒng)下測(cè)試該方法的安全可靠性。使用一臺(tái)PMA和8臺(tái)儀表，PMA中安裝有管理軟件，其界面如圖5所示。

　　8臺(tái)儀器不間斷地向PMA發(fā)送測(cè)試結(jié)果信息。在1 000次發(fā)送中，測(cè)試數(shù)據(jù)100%安全到達(dá)PMA并在1~2 s內(nèi)在文件列表中顯示出來(lái)［8］。

4結(jié)論

　　實(shí)踐證明這種基于245 GHz RFID系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全傳輸技術(shù)突破了分布式測(cè)試診斷系統(tǒng)安全工作的關(guān)鍵技術(shù)，運(yùn)用屬于非對(duì)稱橢圓加密算法的ECDH算法和ECDSA算法，并采用AES128加密算法進(jìn)行加密處理，采用TRAISP雙向鑒別技術(shù)進(jìn)行實(shí)體鑒別，并運(yùn)用安全傳輸協(xié)議更有效地提高了系統(tǒng)的安全能力［9］。

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