无线射频识别技术在蓝牙通信中的应用

2022-10-18 10:04安海霞
通信电源技术 2022年11期
关键词:攻击者射频指纹

安海霞

(诺基亚通信系统技术(北京)有限公司,浙江 杭州 310000)

0 引 言

互联网的诞生为相关技术发展提供了重要的基础条件,目前大部分技术都是以互联网技术为依托进行创新。而物联网作为我国重点开发的新兴领域,不仅可以提升人们日常生活的便捷性,而且还能推动社会的快速发展。在信息大爆炸时代,信息数据自身的更新速度和数量都超出人们想象,而无线射频识别(Radio Frequency IDentification,RFID)技术的应用能够不与物体直接接触就快速获取数据,并且完成自动识别。

1 无线射频识别技术

RFID技术是一种非接触式的自动识别技术,根据射频信号的传输特性自动识别贴有RFID标签的对象,随后阅读器会向空间发送电磁波能量,该能量感应到的标签会利用电磁波能量驱动内部电路,以反射的作用带回自身所携带数据,这些数据经过阅读器接收、解码后传递至RFID中间件进行处理,以此完成整个数据识别流程[1]。

产品电子代码(Electronic Product Code,EPC)是美国麻省理工学院自动识别技术中心于1999年提出的开放网络构想,在国际条码组织和宝洁公司、IBM公司等全球83个跨国公司的共同支持下,开展了EPC网络框架构想计划。在2003年,此计划已经完成了相关技术体系的规模场地使用测试,并且成立了EPC GLOBAL全球组织,以推广EPC技术的应用。EPC载体是RFID电子标签,并利用互联网实现传递信息。其中,EPC标签含有微芯片和天线,天线与芯片相互连接。该标签中存入EPC代码,贴附在货箱、货盘以及其他需要标识的物品上[2]。利用无线射频识别技术将RFID标签传送到阅读器上,阅读器通过无线电波与EPC标签通信,同时利用RFID中间件传输信息至本地信息系统。简单的无线设备识别系统包含应用程序、服务器、阅读器以及标签对象,具体如图1所示。

图1 无线设备识别系统

RFID技术种类繁多,由其所创建的系统也相对较多。电子商品防盗系统(Electronic Article Surveillance,EAS)是一种用于控制货物进出入口的技术,超市出入口、收银台都有所应用,商品如若未进行消磁处理,系统就会自动报警。EAS系统由电子传感器、电子标签消除设备以及显示器3大部分构成,该技术的运用使产品安全性得到了极大提高,不需要人为监督。便携式数据采集系统利用RFID技术在手机上进行数据采集,具有良好的环境适应性,能够实时、准确地向主机传输大量数据[3]。随着网络电商的快速发展,商家可通过读取标签来迅速获得商品信息,从而实现控制物流。除此之外,RFID技术还能够实现对车辆的准确定位,为协调解决交通问题提供了便利。

2 射频识别技术在蓝牙通信中的实际应用

基于跳频码分多址的高斯型频率监控调制中,在应用蓝牙技术时需要选择工业、科学、医学(Industrial ScienTIfic Medical,ISM)波段,在ISM波段上开展蓝牙通信能够避免潜在干扰[4]。对于跳频通信而言,频率合成器必不可少,但是该器件电子组件性能属于非理想化,频率变化存在时间特征,一般被划分为功率下降、零功率和功率上升3个时段,其中可能会包含瞬态特征。RFID技术在蓝牙设备传输无线电信号期间,可轻易捕捉跳频信号。频率跳变的瞬态信号具有规则性与稳定性,同时也方便检测到瞬态信号开始点[5]。本次使用Tekronix公司生产的RSA3408A型实时频谱分析仪进行蓝牙信号捕捉工作,该仪器具备两个USB接口和1个局域网接口,用于数据的探测和传输[6]。

蓝牙设备在开机期间,其瞬态信号可以反映一个无线电设备独一无二的硬件特征,除非能够整体精准复制无线电设备电路结构,否则要想伪造该信号和硬件,必须要窃取无线电设备。假设攻击者不能对蓝牙设备进行完美复制,则不能伪造相应的射频指纹。基于此,对蓝牙指纹射频识别如何检测到外部复制和虫洞攻击进行分析。在虫洞攻击过程中,攻击者从网络中的某节点接收分组,将包通过秘密通道传送给网络中的其他节点,再将包的数据拷贝到网络中。两个蓝牙微微网组成一个分布网,每个微微网包含8个蓝牙设备,如图2所示。

图2 虫洞模型

虫洞攻击是最难以侦测的一种,攻击者不需要对分组里的信息进行改变就可以攻击。每个微微网都有一个由攻击者所控制的节点,攻击者可以创建一个虫洞[7]。如果针对无线自组织路由协议进行虫洞攻击,在虫洞攻击中的隧道距离大于间隔距离情况下,攻击者可以很容易使通过隧道的分组比其他通过一般多跳路由的分组更早地到达目的节点。如果攻击者有意地传送数据包的一部分或对数据包的内容进行修改,那么数据包就会丢失或受到损害。同时,由于虫洞造成的假路径比真实路径短,因此基于节点距离的路由协议不能被发现。而蓝牙指纹射频识别技术可以用来鉴别个体的蓝牙节点,是对抗蓝牙无线网络中虫洞攻击的有效工具。虫洞攻击案例如图3所示,其中节点B能够检测到虫洞攻击,虽然分组的内容表示发自于节点A,但是对于信号进行指纹识别可以了解其来自于节点E2。如果分组通过微微网路由,那么分组的内容会声称其发自于节点M。

图3 虫洞攻击案例

为了对抗虫洞攻击并加强整个链路的安全管理,特提出一种安全链路管理协议,如图4所示。

图4 拥有指纹鉴别的链路管理协议

步骤1:A节点发送一个寻找邻近节点的请求信息,节点B接收到含有请求信息的RFID信号后将其与记忆体中的指纹相比较,如果有相同的指纹资料,则输入;如果无法找到相同的指纹资料,则转到步骤3。

步骤2:B节点向A发送响应信息,然后进行下一步的工作,例如进入配对程序。

步骤3:B节点向授权节点发送报告信息,以验证节点A的身份。

步骤4:授权节点和节点A互动,以决定节点A是否被准许进入微网。

步骤5:节点A和授权节点互动,分析节点A所包含的信息。

步骤6:授权节点向B发送回复消息,包括如何处理节点A。

3 无线射频技术的应用前景

经过多年的发展,RFID技术已经被广泛应用到了各个领域。设备可以在规定时间内传输大量信息且不会受到其他无线技术的干扰,无需供应成型滤波和多级混合电路。将电视和个人数字终端等连接可以有效整合有线电视与因特网,实现在同一条光缆上传输信号,极大提高了数据信号的传输速度与质量。

通过对RFID技术进行分析,相关行业发展对RFID技术的需求量很大。各企业为了推动自身发展、提升自身影响力以及获取更大的市场份额,不断进行技术提升和企业管理革新,力求技术取胜。除了传统物流、商场、图书馆管理等领域应用到RFID技术之外,该技术在零部件管理领域也逐渐得到有效应用。工厂设备在长期应用中会产生损耗,如果维护不及时就会加速零件损坏,进而出现设备故障,甚至会引发更严重的安全问题。借助RFID技术可以对零件状况进行监测,为零部件的更换和维修提供重要依据。

建立统一的管理标准和技术应用公约,各国依据此标准开展生产工作。加强对RFID技术的深入研究,提升技术发展水平,实现RFID产品批量化生产,简化技术操作流程。除此之外,提高RFID技术的信息安全水平,建立物理安全防御体系,采取主动干扰的方式阻拦不法人员获取标签信息。通过优化通信协议并增添个人标识,进入系统访问数据时要准确输入多种验证码,赋予系统隐藏原始ID的功能,以此提高数据信息的安全性。

4 结 论

探讨无线射频识别技术在蓝牙通信中的应用,利用无线射频识别对高频信号的瞬时特性进行检测,并将其应用于蓝牙设备间的数据源识别,实践效果较好。与此同时,在具体研究过程中仍存在许多问题,例如低信噪比下的特征抽取困难、节点移动性对指纹识别的影响较大等,未来将进一步深入分析并优化完善。

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