[发明专利]一种基于方向敏感特性的射频标签认证方法

说明书

本发明公开了一种基于方向敏感特性的射频标签认证方法，涉及射频标签认证技术领域；S1、收集不同角度和通信频率下的标签射频信号；S2、对收集到的射频信号进行处理；收集不同角度和不同频率下的标签相位数据组成认证标签的特征矩阵，通过该特征矩阵训练得到认证模型；S3、实际认证过程进行标签认证；从连续相位时间序列中依次提取出指定频率和指定角度的相位数据，通过该相位数据构建射频信号特征矩阵，且代入认证模型中得到认证结果；本发明中射频标签认证方法，提升认证准确率，并且免疫外部环境的改变对认证结果的影响。

技术领域

本发明涉及射频标签认证技术领域，尤其涉及一种基于方向敏感特性的射频标签认证方法。

背景技术

目前射频识别(RFID)标签的认证技术主要分为两类：一部分工作集中于设计密码算法的认证协议上，虽然这些认证协议的效果良好，但是很难应用到现实场景中。一些密码算法需要很高的计算开销，无源RFID标签负担不起；此外，密码算法还增加了无源RFID的成本，并缩小了阅读器和标签之间的通信范围。其次，一些基于密码的方法容易受到协议层的攻击，如反向工程、侧隧道、重放攻击和克隆。总结来说，基于密码算法的认证要求对硬件或C1G2协议进行修改，因此，与商用RFID设备不兼容。另一部分研究人员着力于利用RFID标签的物理层信息执行标签的识别或认证，不同标签由于制造缺陷会导致硬件差异，利用这一差异可以进行物理层标签识别。

与基于密码的方法相比，物理层识别(RF指纹)的方法有两个优点。首先，物理层的功能是独特的和不可预测的，因此它可以针对各种协议层攻击提供高安全性保证；其次，不需要在现有系统上升级硬件或固件。现有的物理层识别工作通常有三类：基于位置的RF指纹(LRF)，基于瞬时状态和基于前同步码的RF指纹(TPF)，以及基于调制误差的RF指纹(MEF)。物理层认证的主要任务是找到一个有利的特征或特征集，作为目标设备唯一的、稳定的指纹。

LRF将位置信息作为指纹对目标进行身份认证，对目标的位置有很强的依赖性。TPF通过从其转换信号和前导信号中提取的特定段的唯一性来对设备进行指纹识别。由于基于瞬时状态和基于前同步码的特征总是通过频谱变换得到，因此这种方法对环境变化很敏感。MEF通过硬件缺陷(例如同步相关、载波频率偏移和时间间隔误差)引起的调制错误对设备进行指纹识别，这些错误是信道健壮的，但通常需要专门构建的设备(例如，USRP)来获取精细的增益信号特征，因此不能扩展到商用RFID系统。

基于当前的研究现状，本发明提出了一种基于方向敏感特性的射频标签认证方法，利用射频标签在不同角度和通信频率下所表现出的信号特征进行标签认证。

发明内容

本发明的目的在于提出一种基于方向敏感特性的射频标签认证方法，提升认证准确率，并且免疫外部环境的改变对认证结果的影响。

为达上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种基于方向敏感特性的射频标签认证方法，包括如下步骤：

S1、收集不同角度和通信频率下的标签射频信号；

S2、对收集到的射频信号进行处理；收集不同角度和不同频率下的标签相位数据组成认证标签的特征矩阵，通过该特征矩阵训练得到认证模型；

S3、实际认证过程进行标签认证；从连续相位时间序列中依次提取出指定频率和指定角度的相位数据，通过该相位数据构建射频信号特征矩阵，且代入认证模型中得到认证结果。

优选地，所述S1中收集不同角度和通信频率下的标签射频信号包括如下步骤：

S1.1、搭建实验环境；采用的实验硬件设备包括一个RFID阅读器、一个型号匹配的天线和一个用于模拟天线转动的电动转盘；将RFID阅读器与天线连接，天线垂直于地面放置，电动转盘垂直于地面放置，天线所在平面与电动转盘所在平面保持平行，并将需要采集数据和认证的标签对粘贴在电动转盘上的指定位置；