0 引 言
近年來，很多種RFID安全認證的算法和協(xié)議(如Hash-Lock協(xié)議、分組加密算法)在協(xié)議層和算法層上解決RFID系統(tǒng)的安全認證，而這些方法都假設(shè)標簽和閱讀器之間的通信已經(jīng)被竊聽的情況下實現(xiàn)對信息的保護。數(shù)字加密算法必然增加標簽電路的復雜程度從而增加標簽功耗，研究表明運用3 595個與非門構(gòu)成的AES算法需要8．5μA電流才能驅(qū)動，即使減少了加密算法的功耗和成本，加密算法的時延也不可忽視，因為實現(xiàn)加密算法需多次循環(huán)計數(shù)，且工作在低頻時鐘下，使得標簽和閱讀器的大部分通信都浪費在實現(xiàn)加密上。研究證明，實現(xiàn)一個AES算法需要大約995個周期，假設(shè)標簽的時鐘是1 MHz，那么完成AES加密大約需要1μs，而Gen-2標準的標簽只有1．6μs的時間來傳輸128位信息，可見加密算法的時延是很可觀的。
為了解決數(shù)字加密的缺點，人們提出多種輕量級的安全認證(如HB，HB+，HB++協(xié)議)試圖降低標簽的成本、功耗。在HB協(xié)議中，標簽和閱讀器共享一個密鑰x，HB協(xié)議的流程為：閱讀器產(chǎn)生的一個隨機挑戰(zhàn)值a，并發(fā)送給標簽；標簽根據(jù)a和x的值，通過一系列計算后把結(jié)果發(fā)給閱讀器；閱讀器檢測結(jié)果是否符合規(guī)范；如果閱讀器對標簽發(fā)送來的結(jié)果驗證失敗的次數(shù)在規(guī)定的次數(shù)內(nèi)的話，標簽就通過驗證。HB協(xié)議雖然使電路結(jié)構(gòu)簡單化了，但不能抵抗主動攻擊，假如攻擊者偽裝成閱讀器，傳送一個經(jīng)過修改的隨機挑戰(zhàn)值a給標簽n次，就能夠推測出x的值。
由于HB協(xié)議的缺點，很多學者又對其改進產(chǎn)生了HB+協(xié)議和HB++協(xié)議，還產(chǎn)生了一些新的協(xié)議(如Hash-Lock和Hash鏈協(xié)議)，但是都是基于Hash運算模塊或分組加密算法，沒有減少標簽安全認證的成本和功耗。
由于加密算法以上缺陷，所以提出基于UWB的RFID安全認證，這種認證是在通信的物理層上實現(xiàn)對RFID系統(tǒng)數(shù)據(jù)的保護，采用TH-PPM調(diào)制。TH-PPM調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的每個標簽采用各自特定的跳時碼，只有知道跳時碼的接收機才能解調(diào)信號。基于UWB的RFID安全認證的優(yōu)點有：
(1)UWB信號的功率接近信道的噪聲功率，很難被竊聽；
(2)UWB信號不需要加密，因為每個標簽都有不同的跳時碼，而跳時碼是絕對保密的；
(3)由于基于UWB的RFID安全認證系統(tǒng)沒有加密算法的遲延使得通信遲延更短；UWB信號比窄帶信號的抗干擾性能更好，不容易阻塞和竊聽，且可實現(xiàn)頻率復用。

l UWB RFID安全認證系統(tǒng)
1．1 UWB及TH-PPM
根據(jù)香農(nóng)定律，在有噪聲干擾的條件下，通信系統(tǒng)的極限傳輸速率(信道容量)可以用香農(nóng)公式表示，即：C=Blog(1+SNR)(C為信道容量；B為信號帶寬；SNR為信噪比)。由香農(nóng)公式，在信道容量不變的條件下，信噪比和信號帶寬是可以相互置換的，所以當信噪比不變時信道容量和帶寬成正比，增加帶寬也就增加了信道容量(極限容量內(nèi))，同時減小了對信噪比的要求，擴頻、超寬帶等寬帶通信系統(tǒng)就來源于此。