一種RFID標簽射頻指紋認證系統技術方案

本發明專利技術涉及一種RFID標簽射頻指紋認證系統。系統包括：近耦合獲得的RFID標簽電磁感應信號；對信號濾波的帶通濾波器BPF；帶通濾波器輸出的副載波下邊帶信號或上邊帶信號；對信號進行正交下變頻形成I路和Q路信號的乘法器M；對I路和Q路信號進行低通濾波的濾波器LPF；由低通濾波器LPF輸出的信號、；由信號和信號復合形成的復信號；和對復信號進行頻偏與沖擊響應射頻指紋提取的變換器。涉及的方法包括：對復信號r(t)傅立葉變換；對變換信號求模和對數運算，獲信號；對信號進行波濾，獲得標簽的射頻指紋RFF。優點是，對接收信號起始點檢測精度不敏感并具備時間平移不變性與穩健性，可增強RFID系統的信息安全強度。

【技術實現步驟摘要】
一種RFID標簽射頻指紋認證系統
本專利技術涉及射頻指紋認證
，尤其涉及一種RFID標簽射頻指紋認證系統及其射頻指紋變換方法。
技術介紹
RFID系統一般由讀寫器、標簽與后臺管理系統構成。RFID系統中讀寫器與標簽之間通過具有開放性的空氣媒介進行無線通信，因此可能面臨克隆、篡改、竊聽、假冒、拒絕服務、去同步化與重傳等攻擊，從而帶來系統信息安全與用戶隱私保護問題，這已成為制約RFID發展的關鍵問題之一。無電源的近耦合RFID標簽已經在電子身份證、電子護照、供應鏈系統中得到了廣泛應用。近耦合RFID標簽的資源一般極其有限，傳統的基于密碼與協議的安全機制很難直接應用到RFID系統中。為此，一大批運行于應用層的輕量級與超輕量級密碼與安全協議陸續被提出。然而，研究表明，RFID標簽內的數字信息易被復制；并且，基于數字信息的應用層認證協議也容易存在安全漏洞。通信雙方的認證是信息安全與隱私保護的基礎與關鍵。近年來，運行于物理層的非密碼認證技術被提出用于無線設備的信息安全與隱私保護。基于射頻指紋（RadioFrequencyFingerprint，簡稱RFF）的無線電發射設備識別與驗證是非密碼認證技術之一。RFF是攜帶無線電發射設備硬件信息的接收無線電信號的變換，這種變換體現無線電發射設備的硬件性質并具有可比性。已有研究表明，對標簽施加各種激勵，再根據標簽響應的射頻信號抽取標簽射頻指紋，進而進行標簽識別，得到了2.43%的平均誤識率。目前對標簽射頻指紋的研究還包括：把近耦合RFID標簽的不同頻率下最小功率響應作為指紋，能以很高正確率對克隆標簽進行檢測；對近耦合RFID標簽信號進行小波變換，進而可得到基于小波指紋的標簽認證。盡管這些研究大都取得了較好的實驗結果，但存在著：需要增加額外設備、占用額外頻譜、采樣率高同時對信號起始點檢測精度敏感等缺陷。
技術實現思路
本專利技術的目的在于為增強RFID系統的信息安全強度而提出一種RFID標簽射頻指紋變換方法。上述目的通過下述技術方案來實現。所述射頻指紋認證系統，包括：由所述近耦合狀態下采集的RFID標簽反饋給讀寫器的電磁感應信號x(t)；對所述信號x(t)進行帶通濾波的帶通濾波器BPF；由帶通濾波器BPF輸出的副載波下邊帶信號或上邊帶信號x1(t)；對所述信號x1(t)進行正交下變頻形成I路和Q路信號的乘法器M；對所述I路和Q路信號進行低通濾波的低通濾波器LPF；由低通濾波器LPF輸出的信號xI(t)、xQ(t)；由所述信號xI(t)和信號xQ(t)復合形成的復信號r(t)；和對所述復信號r(t)進行頻偏與沖擊響應特征提取的射頻指紋變換器RFF-T。所述射頻指紋認證系統的進一步設計在于，所述讀寫器發射的信號為ISO14443ARFID信號。所述射頻指紋認證系統的進一步設計在于，所述數字載波o(t)為：o(t)＝cos[2π(fT-fs)t]；其中：fT為標準規定的載波頻率；fs為負載波頻率。所述射頻指紋認證系統的進一步設計在于，所述信號x1(t)的行為級描述為：x1(t)＝m(t)*htx(t)·cos[2π(fT-fs+Δf)t]+n(t)；其中，m(t)為RFID標簽發送的基帶信息信號；htx(t)為標簽發送電路的等效單位沖擊響應；fT-fs為標準規定的下邊帶頻率；Δf為RFID系統實際諧振頻率與fT-fs之間的頻率差；n(t)為加性高斯白噪聲。由于x1(t)是標簽與讀寫器近距離下的耦合信號，因而信噪比高；故這里可以忽略n(t)信號的作用。所述射頻指紋認證系統的進一步設計在于，所述復信號r(t)是由所述信號xI(t)、xQ(t)進行如下復合形成，r(t)＝xI(t)-j·xQ(t)。上述射頻指紋變換系統對射頻指紋進行變換的方法，包括：對復信號r(t)進行傅立葉變換，獲得對應信號R(f)為：R(f)＝M(f)·Htx(f-Δf)；對上述信號R(f)進行求模和對數運算，獲得信號log[|R(f)|]為：log[|R(f)|]＝log[|M(f)|]+log[|Htx(f-Δf)|]；對上述信號log[|R(f)|]進行低通濾波，濾除快變分量，得到具有頻偏與沖擊響應特征的標簽的射頻指紋RFF為：LPF{log[|R(f)|]}＝LPF{log[|Htx(f-Δf)|]}；其中，M(f)與Htx(f)分別為m(t)與htx(t)的傅立葉變換。本專利技術系統為RFID標簽的融合識別提供一種具有標簽物理特征的頻偏與沖擊響應射頻指紋變換方法，由標簽硬件物理特征決定的Δf與htx(t)具有唯一性與穩定性，因而增強了RFID系統的信息安全強度。附圖說明圖1是本專利技術系統的結構示意圖。圖2是ISO14443A射頻信號的頻譜。圖3是ISO14443A射頻信號樣本。圖4是一種射頻信號近耦合硬件系統示意圖。圖5是射頻信號變換實驗的局部信號圖6是四個標簽的特征矢量分布及判別界面示意圖。具體實施方式下面結合附圖和實施例對本專利技術做詳細說明。對照圖1，本專利技術的RFID標簽射頻指紋認證系統是基于軟件無線電的RFIDRFF認證系統，它包括：電磁感應信號x(t)，帶通濾波器BPF，下邊帶信號或上邊帶信號x1(t)，乘法器M，低通濾波器LPF，低通信號xI(t)、xQ(t)、復信號r(t)和射頻指紋變換器RFF-T；電磁感應信號x(t)是在近耦合狀態下獲得的RFID標簽反饋給讀寫器的信號，帶通濾波器BPF對所述信號x(t)進行帶通濾波，輸出的副載波下邊帶信號或上邊帶信號x1(t)，信號x1(t)經乘法器M的數字載波o(t)正交下變頻，形成相位差90°的I路和Q路信號，低通濾波器LPF對該兩路信號分別進行低通濾波，低通濾波器LPF對應輸出低通信號為xI(t)、xQ(t)，對該兩低通信號進行復合，構成復信號r(t)，通過射頻指紋變換器RFF-T對該復信號r(t)進行頻偏與沖擊響應特征提取，從而獲得對應射頻指紋RFF。上述本專利技術系統中，讀寫器發射的信號可采用ISO14443A電子標簽（RFID）信號，工作時，讀寫器發送電磁場，標簽通過電磁感應獲得電源；讀寫器與標簽之間通過負載調制進行雙向信息傳遞，標簽的附加負載電阻以一定的時鐘頻率接通和斷開，從而在讀寫器發送頻率兩側形成兩條副載波譜線；標簽基帶數據傳輸通過對副載波進行振幅鍵控、頻移鍵控或相移鍵控調制來完成。ISO14443A是近耦合RFID系統的一種標準，其頻譜示意圖如圖2所示。fT＝13.56MHz為讀寫器載波頻率，fs＝847.5KHz為副載波頻率，實際信息包含在兩個副載波上、下邊帶中。ISO14443A系統的一個實際射頻信號及其延遲解調結果如圖3所示。其中圖（a）為在ISO14443A讀寫器天線處采集的一次完整會話射頻信號，首先是讀寫器發出詢問信號，接著是幀延遲階段，最后是標簽響應信號；圖（b）是上圖的延遲解調結果；圖（c）是圖（b）的局部放大圖。在近耦合狀態下采集的RFID標簽反饋給RFID讀寫器的電磁信號x(t)，該信號x(t)經過帶通濾波器BPF濾波后形成的副載波下邊帶或上邊帶信號x1(t)，根據標簽信號產生原理與其頻譜，信號x1(t)可行為級描述為：x1(t)＝m(t)*htx(t)·cos[2π(fT-fs+Δf)t]+n(t)（1）其中，m(t)為R本文檔來自技高網...

【技術保護點】
一種RFID標簽射頻指紋認證系統，其特征在于包括：由所述近耦合狀態下采集的RFID標簽反饋給讀寫器的電磁感應信號x(t)；對所述信號x(t)進行帶通濾波的帶通濾波器BPF；由帶通濾波器BPF輸出的副載波下邊帶信號或上邊帶信號x1(t)；對所述信號x1(t)進行正交下變頻形成I路和Q路信號的乘法器M；對所述I路和Q路信號進行低通濾波的低通濾波器LPF；由低通濾波器LPF輸出的信號xI(t)、xQ(t)；由所述信號xI(t)和信號xQ(t)復合形成的復信號r(t)；和對所述復信號r(t)進行頻偏與沖擊響應提取的射頻指紋變換器RFF?T。

【技術特征摘要】
1.一種RFID標簽射頻指紋認證系統，其特征在于包括：由近耦合狀態下采集的RFID標簽反饋給讀寫器的電磁感應信號x(t)；對所述信號x(t)進行帶通濾波的帶通濾波器BPF；由帶通濾波器BPF輸出的副載波下邊帶信號或上邊帶信號x1(t)；對所述信號x1(t)進行正交下變頻形成I路和Q路信號的乘法器M；對所述I路和Q路信號進行低通濾波的低通濾波器LPF；由低通濾波器LPF輸出的信號xI(t)、xQ(t)；由所述信號xI(t)和信號xQ(t)復合形成的復信號r(t)；和對所述復信號r(t)進行頻偏與沖擊響應提取的射頻指紋變換器RFF-T；所述讀寫器發射的信號為ISO14443ARFID信號；所述正交下變頻是基于數字載波o(t)的正交下變頻，所述數字載波o(t)為：o(t)＝cos[2π(fT-fs)t]；其中：fT為標準規定的載波頻率；fs為負載波頻率，所述信號x1(t)的行為級描述為：x1(t)＝m(t)*htx(t)·cos[2π(fT-fs+△f)t]+n(t)；其中，m...

【專利技術屬性】
技術研發人員：包志華，袁紅林，
申請(專利權)人：南通大學，
類型：發明
國別省市：