电子标签读写器

电子标签读写器（精选3篇）

电子标签读写器 篇1

摘要：基于批量处理的特性, 提出一个适用于供应链的可扩展的读写器-标签双向认证协议。在该协议中, 后端数据库识别一个标签只需运行3次哈希函数和O (logn) 次比较大小的运算, 标签的计算量和已有的不可扩展的协议相当。提出的协议显著提高了射频识别RFID (Radio Frequency Identification) 供应链管理系统的效率, 并且满足其安全需求。

关键词：供应链,双向认证协议,可扩展性

0 引 言

RFID技术是一种非接触自动识别技术, 它利用射频信号的空间藕合 (交变磁场或电磁场) 实现无接触信息传递并通过所传递的信息达到识别一个对象的目的, 在供应链管理、访问控制、动物追踪等领域中已经得到广泛的应用。

在供应链管理中引入RFID系统, 能够提高供应链的可视性, 改善供应链的操作效率, 为整个供应链提供高效的实时的信息, 有效地预防偷盗、遗失和假冒的发生。供应链中安全的标签和读写器间交互协议应该满足以下要求:只有合法的读写器才能从标签发送的信息中获取其所属物品的相关信息, 只有合法的标签才能被读写器有效地识别, 攻击者不能跟踪标签。

文献[1]提出了HashLock协议, 使用匿名ID来保护标签的内容, 但是由于匿名ID是静态的, 因此标签不能抵抗跟踪攻击。文献[2]使用Hash链来更新标签的秘密, 然而该协议不能抵抗重传攻击, 攻击者可以假冒合法的标签。文献[3]提出的数字图书馆RFID协议中, 引入了基于树的认证协议的概念, 这个方案虽然降低了后端服务器的搜索时间, 但协议运行的轮次大大提高, 此外, 标签上需存储logn个秘密, 由于logn-1个秘密是和其它标签共享, 这个方案中很难实现对标签秘密的更新。文献[1]提出了基于门限秘密共享的方案, 解决了秘密分发的问题, 对标签的成本需求最低, 但是这个方案中标签不具备抗跟踪性。

除了以上几种典型的协议, 最近几年, 出现了大量的随机化的询问应答双向认证协议, 如文献[5]提出的协议等。这类协议中, 每个标签和读写器共享一些秘密, 这些秘密在读写器的后端数据库中和标签的一些信息关联。为了避免重放攻击, 读写器和标签在每个会话中都产生和使用随机数, 这使得每个标签的回复不可以预计算, 后端数据库在线识别每个标签的代价是O (n) 。和其它的RFID技术的应用相比, 供应链管理由于批量处理大量标签的特性而对性能要求最高。然而这类协议不具备可扩展性 (可扩展性是指当识别一个标签的代价不会随着标签总数量增大而明显增大) 。

文献[6]对部分协议有详尽的分析。由于目前还没有适用于供应链的可扩展读写器-标签双向认证协议, 我们针对供应链中货品大批量处理以及处理流程的可预知性, 提出一种适用于供应链的可扩展的读写器-标签双向认证协议。

1 供应链的RFID系统模型

在通用的供应链的模型上, 一个供应链上有多个参与者。货物经过一个参与者的处理之后, 被移交给下一个参与者。在这个过程中, 一批货物每次只属于一个参与者。在一个参与者处理的过程中, 可能需要多次读取标签上的信息。在一个参与者处理完货物之后, 货物被移交给供应链中的下一个参与者。

通用的RFID系统由三个主要部件构成:标签 (Tag) 、标签读写器 (Reader) 和后端数据库 (Backend Database) 。标签由芯片与天线组成, 存储相关对象的信息。标签读写器, 简称读写器, 是一个带有天线的无线发射与接受设备, 可以对标签进行读写操作。后端数据库用于存放系统中所有标签所标识对象的有关数据, 接受读写器对特定标签信息的检索。

根据一般的供应链的流程, 建立如图1所示供应链RFID系统模型。这里P代表参与者, S代表后端数据库, R代表读写器, T代表标签。在我们的系统中, 每个参与者有一个中心服务器, 所有的读写器都与其连接, 中心数据库也是该参与者内所有读写器的后端数据库。读写器和后端数据库具有较强的存储和计算能力, 本文将二者作为一个整体看待, 即默认读写器是带有后端数据库的高性能计算机。标签的存储空间和计算能力比较有限。在读写器和标签之间的通信信道上, 使用Dolev-Yao攻击者模型[7], 即攻击者能监听、阻止、修改或插入读写器或标签发送的信息。

在供应链RFID系统中, 至少应该包含两个协议, 即读写器-标签双向认证协议和标签所有权移交协议。读写器-标签双向认证协议用来保证合法的参与者在货物处理或运输过程中对货物的安全识别。当货物要从一个参与者Pj-1移交到下一个参与者Pj时, 需要运行标签所有权移交协议使得Pj识别标签并更新标签的秘密。本文完成读写器-标签双向认证协议的设计。

2 读写器-标签双向认证协议

供应链和其它RFID应用的最为显著区别就是: (1) 带有标签的货物是成批处理的; (2) 对于任一个参与者, 货物在其内部的处理流程是可预知的, 也就是要读取标签的次数是可以预先估计的。这两个特性为设计高效的认证协议提供了一个切入点。本文采用了一种全新的机制, 每个标签和读写器共享一个秘密, 这个秘密在读写器上作为标签身份的索引。读写器首先发送一个认证码给标签, 每批标签都设定同一个值用来认证验证码的安全性。标签验证认证码合法后发送匿名ID。匿名ID的值和认证码及共享的秘密相关, 合法的读写器可以预先计算并排序所有标签的匿名ID, 因此在线识别一个标签是通过查找匿名ID列表找到和标签发的匿名ID相等的值。当读写器识别标签后, 发送回复信息给标签, 标签验证回复合法之后, 更新标签上用来验证认证码的值。一个认证码只能使用一次, 标签每次所发的匿名ID都是变化的, 只有合法的读写器才能识别标签。攻击者不能由监听到的认证码计算一个合法的认证码。

2.1 初始化

参与者Pj中标签的最多被读取次数标记为m。Pj选择一个随机数a0, 计算a1=h (a0) , a2=h (a1) , a3=h (a2) , …, am=h (am-1) 。其中 h:{0, 1}*→{0, 1}l是一个单向哈希函数, l是该RFID系统的安全参数, 默认本文中所有变量的长度都为l。Pj的中心数据库Sj保存a0, a1, ..., am-1的值。这些值将按逆序依次分配给读写器作为认证码。首先, 我们在标签上保存am, 此时标签能接受的唯一验证码是am-1。当双向认证成功后, 标签上am的值被am-1取代, 此时, 标签能接受的唯一验证码是am-2, 以此类推。下面是在货物从Pj-1移交到Pj后, 标签和中心数据库的初始化。

标签初始化 标签Ti上保存两个值, (bi, ki) 。对于1≤i≤n, n是所有标签的数量, Pj设定bi=am, ki为一个随机串作为标签和数据库Sj共享的新秘密。

中心数据库初始化 每个标签Ti, 对于0≤t≤m-1, 中心数据库Sj计算h (at‖ki) 的值, h (at‖ki) 是标签Ti对于合法认证码at回复的匿名ID。中心数据库结构如表1所示。

2.2 协议描述

当Pj第一次要读取标签时, 读写器从中心服务器得到这批标签当前合法的认证码am-1, 当使用am-1成功和一个标签实现双向认证后, 标签更新用来认证认证码的值bi, am-1不再是合法的认证码。当一批标签初理完, 所有的标签可接受的认证码都变成am-2。Pj 第二次要处理标签时, 读写器从中心服务器得到新的认证码am-2。认证码是使用单向哈希函数生成, 攻击者无法从监听到的合法的认证码am-1算出下一个合法认证码am-2的值。同时, 使用哈希函数可以方便地实现标签和数据库的同步更新。

本文的协议由三轮报文发送过程组成。当要处理一批标签时, 读写器从中心数据库得到当前这批标签能接受的合法的认证码a。

(1) 数据库/读写器→标签

读写器产生随机数r1, 并发送 (a, r1) 给标签。

(2) 标签→数据库/读写器

当标签Ti收到 (a, r1) 后, 首先验证h (a) =bi是否成立, 如果成立, 生成随机数r2, 并计算A=h (a‖ki) , B=h (r1‖r2‖ki) , 并发送 (r2, A, B) 给读写器;如果不成立, 则终止协议的运行。

(3) 数据库/读写器→标签

读写器查找后端数据库中预计算出来的对于认证码a的所有标签的回复, 如果找到和A相等的值, 则该标签被识别, 读写器得到该标签的秘密k。随后, 读写器验证B的合法性, 如果B=h (r1‖r2‖k) , 则该标签通过读写器的认证, 读写器计算C=h (r2‖k) 并发送给标签;如果B不合法, 则协议终止。

最后标签Ti收到 C之后, 验证C=h (r2‖ki) 是否成立, 如果成立, 则标签认证读写器为合法的读写器, 标签更新b的值为a;如果不成立, 则协议中止。协议流程图如图2所示。

3 安全性及效率分析

抗隐私泄露 在读写器与标签的交互中, ki没有采用明文发送, 由于哈希函数h的单向性, 攻击者不能从h (a‖ki) , h (r1‖r2‖ki) , h (r2‖ki) 的值中计算出ki的值。

抗假冒标签攻击 虽然一批标签使用同一个认证码, 对于每个标签, 每次读写器运行协议, 都会使用新鲜的随机数r1。因此, 在攻击者不知道ki的值的情况下, 不能生成合法的B, B=h (r1‖r2‖ki) 以通过读写器的认证。

抗假冒读写器攻击 标签对读写器的认证有两重, 首先, 只有读写器发来合法的认证码a, 标签才会回应, 只有合法的读写器才可以从中心数据库得到当前的认证码。由于读写器在处理大批量的标签时, 攻击者可以监听先处理的标签和读写器的对话, 得到同一批次标签共同的认证码, 然后假扮读写器, 因此, 只有一个验证码来实现标签对读写器的认证是不够的。在第三个消息中, 标签通过验证读写器发送的C的值确认读写器已经正确识别出标签, C=h (r2‖ki) 。只有合法的读写器才能识别出标签, 得到ki的值, 标签在再次对读写器进行认证之后, 才更新bi的值。

抗跟踪 攻击者不能通过主动询问标签来获得信息, 因为攻击者不能得到当前的合法认证码。对同一个标签, 任意两次合法的对话中, 第一次对话的记录 (a, r1, r2, A, B, C) 和第二次对话的记录 (a′, r1′, r2′, A′, B′, C′) 对于攻击者是不可区分的。因此, 我们的协议具有抗跟踪性。

本文的协议首次引入一次性认证码的使用, 使得数据库可以预计算所有合法标签的回复并排序, 当在线识别一个标签时, 查找数据库代价是O (logn) 次比较大小的运算, 数据库完成一次读写器-标签双向认证总共需要进行3次hash运算以及O (logn) 次的比较大小的运算。在Song 提出的协议[5]以及其它大量随机化匿名协议中, 后端数据库在线识别一个标签需要尝试所有标签的秘密进行hash运算, 直到找到一个记录中的秘密使得计算出来的值和标签发送过来的值相等, 识别一个标签要进行O (n) 次哈希运算。本文提出的协议显著提高了后端数据库在读写器-标签双向认证中在线识别一个标签的效率。本文的协议中标签需要进行4次hash运算, 和其它协议中标签的运算量相当, 如Song的协议中, 标签需要进行3次hash运算, Song中引用的三个协议[5], 标签均需要进行4次hash运算。

4 结 论

后端数据库的对标签的在线识别往往是RFID系统中的瓶颈。对于数据库中包含大量标签记录, 同时要成批识别大批量标签的供应链RFID系统, 提高后端数据库在线识别的效率成为当务之急。本文中的读写器-标签双向认证协议在保证供应链系统安全性的情况下显著提高了数据库在线识别一个标签的效率。本文中的协议只适合于批量处理的供应链。在未来的工作中, 我们将完成标签所有权移交协议的设计, 进一步完善该供应链RIFD系统。

参考文献

[1]Sarma S E, Weis S A, Engels D W.RFID systems and security and pri-vacy implications[C]//In:Kaliski B S, Koc C K, Paar C.eds.Pro-ceedings of the 4th International Workshop on Cryptographic Hardwareand Embedded Systems (CHES 2002) .Lectures Notes in ComputerScience 2523.Berlin:Springer Verlag, 2003:454-469.

[2]Ohkubo M, Suzuki K, Kinoshita S.Hash-chain based forward secureprivacy protection scheme for low-cost RFID[C]//In:Proceedings ofthe 2004 Symposium on Cryptography and Information Security (SCIS2004) , Sendai, 2004:719-724.

[3]Molnar D, Wagner D.Privacy and security in library RFID:Issues, practices, and architectures[C]//In:Proceedings of the 11thACMConference on Computer and Communications Security (CCS 04) , Washington, DC, USA, 2004:210-219.

[4]Juels A, Pappu R, Parno B.Unidirectional key distribution across timeand space with applications to RFID security[C]//In 17thUSENIXSecurity Symposium, 2008:75-90.

[5]Song B, Mitchell C J.Rfid authentication protocol for low-cost tags[C]//In WISEC, 2008:140-147.

[6]周永, 冯登国.RFID安全协议的设计与分析[J].计算机学报, 2006, 29 (4) :81-89.

[7]Dolev D, Yao A C.On the security of public key protocols[C]//Tech-nical Report, Report No.STAN-CS-81-854, Standford, CA, USA, 1981.

电子标签读写器 篇2

RFID是Radio Frequency Identification的缩写, 俗称电子标签, 又称无线射频识别, 是一种通信技术, 可通过无线电讯号识别特定目标并读写相关数据而不需要与目标之间建立机械或者光学接触。RFID技术可识别高速运动物体并可同时识别多个标签, 操作快捷方便;它亦能穿透雪、雾、冰、涂料、尘垢和条形码无法使用的恶劣环境阅读标签, 并且阅读速度极快, 大多数情况下不到100 ms。

1.1 RFID的基本组成组分

最基本的RFID系统由三部分组成。

(1) 标签 (Tag) :由耦合元件及芯片组成, 每个标签具有唯一的电子编码, 附着在物体上标识目标对象。

(2) 阅读器 (Reader) :读取/写入标签信息的设备, 可为手持式或固定式。

(3) 天线 (Antenna) :在标签和读取器间传递射频信号。

当然一套完整的系统还需具备数据传输和处理系统。

1.2 RFID的工作原理

标签进入磁场后, 如果接收到阅读器发出的特殊射频信号, 就能凭借感应电流所获得的能量发送出标签中的数据信息, 或者主动发送某一频率的信号, 阅读器读取信息并解码后, 送至中央信息系统进行相关的数据处理。

总之, 作为条形码的无线版本, RFID技术具有条形码所不具备的防水、防磁、耐高温、使用寿命长、读取距离大、数据可以加密、存储数据容量更大、存储信息更改自如等优点, 其应用将给农产品的零售、物流等产业带来革命性的变化。

2 功能实现

2.1 实验环境

软件环境:Windows7操作系统, Visual Studio2010, C#, SQL Server2005, ZIGBEE;

硬件环境:计算机工作站, 物联网应用开发试验台 (继电器, 读卡器, 网关等) 。

2.2 实验过程

(1) 利用高频读卡器读出卡片信息以后, 将农产品的相关信息与对应的卡片关联并同时将所有信息保存到相应的数据库中。

将数据写入数据库的关键代码如下:

(2) 当收到自动读卡指令时, 系统自动获取卡号并依据卡号自动将农产品信息的查询结果显示在对应的窗体中。

该功能实现的关键代码如下:

3 结语

RFID技术的推广为农产品质量安全管理、农产品物流管理及农产品追溯体系等应用的实现提供了一种高效且可行的途径, 我们可以通过为农产品加贴RFID电子标签, 设立产品管理数据库等方式实现对农产品的全方位跟踪。

参考文献

[1]RFID.百度互动百科, http://www.baike.com/wiki/RFID.

[2]玉冰.RFID技术应用于农产品追溯探究[J].电教科技, 2013 (36) .

电子标签读写器 篇3

听、说、读、写4种技能是语文学习的基础,也是初中语文教学的重心。《上海市初级中学语文学科教学基本要求(试读本)》中关于初中语文课程总目标要求的概述是:认识并掌握语言运用的规范,具有独立阅读现代文的能力,养成观察生活、体验生活、思考生活的习惯,能及时记录自己的所见、所闻、所思、所感;能用规范的书面语正确表达自己的思想感情;能根据日常生活的需要,运用各种表达方式写作;能正确运用规范的语言进行口语交际;能在不同场合得体、清晰地表达自己的见解和思想感情。初中语文教学的重点在于培养学生正确理解和运用语言文字的能力,而这种能力的培养则须从听、说、读、写4个方面进行训练。如何在语文教学中,提升学生的听说读写能力,一直以来都成为一线教师及教育研究者期待解决的难题。

随着信息技术的高速发展,电子书包作为一大新兴技术在教学领域中应用实验与研究方兴未艾。作为一种新型的教学云平台的电子书包,具有资源丰富、交流便捷、交互及时等特点,在应对传统意义上的板书教学和幻灯片教学,课堂效果不理想、效率低,只重视文本分析,忘却听说读写技能的训练等弊端,具有较强的优势。

鉴于此,笔者以沪教版六年级第一册《白兔和月亮》一文教学为例,拟利用电子书包这一新平台,探索将初中语文课堂教学中对于学生听说读写技能的训练装入电子书包。

二、课堂呈现

1. 赏图投票轻启课题

课堂导入部分,抛出问题:“你心目中的白兔是怎么样的?月亮呢?”。将事先备好的白兔和月亮的图片推送给学生,应用基于电子书包平台设计的投票功能,请学生将给出的有关白兔和月亮的关键词选择出自己认为最好的,同时鼓励学生自己给出最好的,能够形容白兔和月亮在自己心目中的形象的词语,进行投票。通过统计发现,学生在选择词语时,大部分偏重选择比较美好的词语。借此,设置问题导入:如此美好的白兔和月亮,他们之间会发生什么事情呢?

这种看似无聊、耗费时间的课堂导入,其实是在运用电子书包平台及时交互的功能,给予充分学生视读的时间。心理学研究表明,形象记忆可以通过视觉、听觉、嗅觉、味觉、触觉等形成。正常人的视觉记忆和听觉记忆通常发展得较好,在生活中起主要作用。通过推送图片,刺激学生已形成的视觉记忆,能较快地使学生将图片与视觉记忆联结,通过选择关键词及时调动学生的速读技能,既调动课堂气氛,又能让学生以最快的速度进入新课学习状态。实际的操作反馈发现,此导入环节的仅耗时2分钟,并未出现导入冗长的问题。

2. 视听结合打开话匣子

随之进入新课的整体感知环节,运用电子书包资源插入功能,将网络上课文《白兔与月亮》朗读视频链接插入,推送给学生,让学生在视听的过程中捕捉重要信息,并用自己的话复述故事情节。同时,运用多媒体教室资源投影视听后需要完成复述的要求。

(1)从所给关键词中选择至少4个词语(所给词语:皎洁、心旷神怡、风韵、慷慨、一扫而光、心痛如割、得失之患、慧心未泯)。

(2)交代清楚故事的起因、经过、结果。

悠扬的朗读配音,故事般的述说式朗读,生动精美动画画面,让学生很快进入情境,从而打开视听后的话匣子。相较于传统的教学过程单一的齐读、学生个别朗读等方式,采用这种学生喜爱的方式,在营造气氛、感知文章情感方面能够更加迅速。同时让学生能在视听后通过回忆的方式,在给定的关键词中选择词语复述课文,也能使学生在视听前有目标,进而更加投入。教育心理学家研究表明,人类接受知识主要是靠视觉和听觉。就其比例来说,视觉占83%,听觉占11%。在记忆方面,只听不看的,3天后留下的印象是15%;边听边看的,3天后留下的印象是75%。而通过视听再说的方式,对于学生的记忆有极大的加深作用。另外,多种感官的充分调动,也为课堂增加了活跃的气氛。

3. 阅读思考沉思构架

作为阅读课,最主要的是让学生读。古人云:书读百遍,其义自见。因此,语文教师要让学生多读,并且带着问题读,这样边阅读边思考,学生就会在不知不觉中进入到故事情节之中,并形成自己的故事情节构架,从而更好地理解作者所要表达的情感。

在阅读思考这一环节,我们安排学生再次自由阅读课文,可选择采用默读和朗读等方式。并在阅读后完成以下问题。

(1)文章中白兔和月亮的关系发生了几次变化?这些变化中月亮与白兔的关系是怎样的?

(2)在得月前后白兔的心情发生了怎样的变化?请找出关键句子和关键词语。

(3)为什么白兔的心情会发生变化?

(4)白兔悟到了什么,最终要求诸神之王撤销这个慷慨的决定?

(5)“和人类不同的是,我们的主人公毕竟慧心未泯,她终于去拜见诸神之王,请示他撤销那个慷慨的决定。”寓言中这样提到人类,含有什么意味?

在完成阅读与思考后,利用电子书包思维导图功能,让学生依据以上问题用所给定的示例格式,为本故事的简化情节,架构思维导图。图1为最终形成的本课思维导图。

在读的训练中,不仅要注意培养学生读懂文章的能力,重点还要让学生学会如何架构故事情节,如何提取关键信息。这样在以后的交流交谈中,会为学生的口语表达、书面表达增添有利的砝码,同时也丰富了学生头脑中的知识。同时,使用电子书包,可以很好地将建构环节交给学生,教师只需在自己的平板电脑上查阅学生的上交情况,并可选择性的同时展示部分学生的作业,直观、快速地检验学生的课堂阅读思考。

4. 合作探究顶贴分享

一堂好课总少不了给予学生充分的讨论时间。语文的学习并非简单的阅读理解,更需观点碰撞的火花。

基于电子书包的实时讨论设置功能,我们在教学的最后环节,向学生推送了一个基于课文的讨论题。

英国作家萧伯纳有句名言“人生中有两大不幸,一是没有得到他心爱的东西,二是得到他心爱的东西。”学完《白兔和月亮》这则寓言,你对这句话有了怎样的理解?

让学生利用电子书包的讨论功能,针对所给讨论话题进行讨论并发表自己的观点。待所有学生完成自己的观点展示后,要求学生对其他同学的观点进行跟帖回复。这种当代学生喜闻乐见的“顶帖盖楼”的新型交流方式,既让学生充分发表了自己的观点,锻炼了语言组织与表达的能力,同时还分享了其他同学的意见。教师在讨论点评环节,还可以对学生的帖子进行圈画批注,并选择性的分类点评。这样学生可以清晰地看到教师、同伴对自己的评价。

在实际教学中,很多学生由于内向,不愿意在众人面前表现自己;也有的学生胆子小,害怕会说错,觉得不好意思,因此在回答教师问题的时候总不是很踊跃,这样就会造成师生之间的交流困难,教师不能够及时掌握学生理解知识的程度。对于那些信心薄弱的学生,可以锻炼他们先把要回答的问题和答案写在纸上,把想要说的话读出来,这样在不知不觉中就会增加他们说的机会,从而增强自信心。如此,不仅能提高学生参与课堂的积极性,也能提高学生独立发表自己观点的积极性。

三、后记

听是读的基础,写是说的促进。听、说、读、写之间是相互依存、相互联系渗透的关系,必须全面训练,不能只重视一项,而忽视了其他项目的作用。利用电子书包可以很好地将听、说、读、写4项技能装入其中,既能在促进听说结合,读写一体,4项技能融合,又能让学生在进行听说读写的训练中感受到语文的乐趣,让他们懂得学习的方法,从而得到全面的促进和提高。

参考文献

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[2]宗永喜.信息技术辅助初中语文教学有效性研究[R].上海:华东师范大学,2011.

[3]严璐.初中语文阅读教学听说读写整合策略研究[D].上海:华东师范大学,2009.