基于动态重载的RFID标签所有权转换协议研究

甘勇　李天豹　贺蕾　许允倩

摘要：针对RFID标签在认证授权及所有权转换过程中存在的安全隐私问题，结合类编程思想和重载原理，提出一种基于动态重载的RFID标签所有权转换协议.其要点为：在PUF部件的基础上改进伪随机序列生成器的迭代机制，以芯片产生的自编译扩展因子增强输出的随机性；为通信双方构建轻量级候选函数集，利用面向对象编程中的“重载”原理实现所有权转换过程中算法的动态执行.协议安全性及计算开销分析对比结果表明，新协议在认证授权的基础上提供标签所有权的安全转移，与同类协议相比具有较高的安全性和较低的计算开销.

Abstract：Aiming at security and privacy issues existing in the process of authentication and authorization of RFID tags ownership transfer，combining with the principles of Class＼|Programming and overload，a RFID tag ownership transfer protocol based on dynamic overload was presented.It improved iterative mechanism of pseudo＼|random sequence generator on the basis of an PUF component，utilized self＼|compiling extension factor generated by chips to enhance randomness of output，constructed lightweight set of candidate functions for both communication sides so as to achieve dynamic execution of algorithms in ownership transfer process which via the overload principle in Object＼|Oriented programming.The security and computing cost of protocol analysis results showed that the new protocol provided tag with secure ownership transfer on the basis of authentication efficiency and authorization， and it had higher security and lower computation cost compared with similar protocols.

0引言

RFID（radio frequency identification）是一种非接触式的目标自动识别技术，有着广泛的应用前景.RFID标签具有成本低、体积小、可重复使用等诸多优点，可在供应链环境中有效控制管理成本.跟踪产品来源、质量、售后等环节出现的问题，会涉及标签所有权的转移，而标签设计的特点和局限性带来的潜在问题也使标签所有者的信息安全受到威胁，同时随着RFID的产业化，系统的安全性及隐私性要求也越来越高.

现阶段RFID系统的安全与隐私问题主要体现在以下两个方面：标签与读写器的数据交互基于无线信道，攻击者可能会对通信过程进行各种被动攻击或主动攻击；标签对读写器发起的访问请求作被动响应，而响应信息可能会泄露所有者个人隐私信息，同时会暴露所有者物理位置，从而使标签存在被跟踪的危险.

国内外学者对标签所有权转换的安全隐私问题进行了多方面的研究.K.Osaka等[1]提出了基于Hash函数和对称密码体制的RFID安全协议，通过改变对称密钥保护原所有者和新所有者隐私，该协议运算量适中，但标签存在遭受跟踪和DoS攻击的隐患；L.Kulseng等[2]提出了采用物理不可克隆功能（PUF）和线性反馈移位寄存器（LFSR）的所有权转移协议，该协议效率较高但需可信第三方参与，且协议未明确指出如何抵御重传攻击、异步攻击等；B.Song等[3]提出了一个基于Hash链标签标识符的所有权转移协议，但该协议在所有权转移过程中有可能会遭到上一个所有者的窃听；G.Kapoor等[4]

提出了改进的所有权可转移的RFID协议，但其在实现安全目标时忽略了标签端的存储运算承载力，在低成本标签上不易实现；

B.R.Ray等[5]提出的通用组合安全的RFID通信协议安全性较好，但是每轮会话标签所有权前节点实体都要向可见性管理中心获取标签密钥，成本过高，不适用于低成本标签.

鉴于此，本文对原有用于轻量级标签的所有权安全转换理论进行创新性的移植，提出基于动态重载的标签所有权的安全转换协议，以期在降低计算量的同时解决供应链环境下标签所有权转换的安全问题.

1协议设计

1.1设计思路

在标签与读写器的通信过程中，对算法进行动态重载可使结构不同的算法具有一致的表述形式.在以往协议采用随机数作为算法随机输入的基础上[6]，新协议为标签设置了两个bit的状态位，用于服务器和标签在不同阶段的同步标识，同时本文协议重点从以下两方面加强标签所有权转移过程中的安全隐私保护.

1.1.1构建轻量级伪随机数发生器

在标签中PUF部件的基础上，进一步加强伪随机序列输出的随机性.利用标签物理芯片唯一特性产生的自编译扩展因子改进伪随机序列生成器的迭代机制，使伪随机数发生器的输出随芯片而异.

伪随机序列通常情况下通过设置数学乱源产生，其周期足够长时可拥有随机序列的良好特性，同时种子很大程度上决定了伪随机序列的安全性.本文为随机序列算法采用元件例化语句，采用自编译语言为标签物理芯片生成唯一的扩展因子m，对简单的线性同余及迭代方式进行改进.

赵士林认为，“中国诗性文化，它有两个系统，一个是以政治伦理为深层结构的‘北国诗性文化，另一个是以审美自由为基本理念的‘江南诗性文化”[3]。笔者认为，江南诗性文化滥觞于魏晋文化，光大于两宋文化，其实质是在传统儒学所提倡的实现群体生命价值之外，更多地凸显了一些与个体生命存在相关联的审美创造与诗性气质，以及追求个体生命在更高层次上自我实现的需要。扬州古民居建筑文化空间所展示的开放包容性，就体现在两者兼而有之。扬州古民居建筑文化空间中大量出现以楹联、匾额和中堂条幅为主的书法艺术，其中有宣示祖训家风、家庭管理与教育，做人修养与处世，以及家道称誉与希冀的“北国诗性文化”影像；也有聊借“壶中天地”寄情山水大隐于市者，也有享受生活，迎接上下左右以示标榜，或有因盐业发达感而发之的“江南诗性文化”影像。这两种诗性文化一起共同建构起扬州古民居建筑诗性文化空间。

明清时期，文化专制达登峰造极之势，导致文人士子不问国事，朴学应运而生。虽先有王（阳明）陆（九渊）对程朱理学的批判和对儒学重新阐释，继之有王（艮）李（挚）对传统道德弊端的抨击和对日用民生哲理的宣传，后继有黄（宗羲）顾（炎武）对君主专制的笔伐和思想启蒙，但文化专制导致儒家正统回归、成为文化主流则是一个不争事实。以阮元、焦循为代表的扬州学派在此文化背景下，提倡“以礼代理”修身治国、仁爱、“絜矩”和“改过迁养”的理想人格，从客观上促成了扬州地域文化中儒学正统的回归。以盐商为代表的新兴势力在正统儒家观念和资本催生的自由冲动之间，形成了盐商文化的基本样态。正是在这一文化背景下，扬州古民居建筑文化空间具有了政治伦理和诗性的双重特征。人们通过对建筑诗性文化空间仰观俯察和远观近察，在凝神“自省”和自在“想象”这种矛盾的心理交织中完成了“礼”“乐”的统一，创造出具有明显地域特色的审美文化空间。

建筑界内文化空间、建筑诗性文化空间和审美文化空间共同构成了建筑文化空间。在古民居建筑文化空间中，建筑界内文化空间反映了那个时代人们对中国传统知识、思想和信仰的共有认知，由此形成古民居建筑文化空间的背景和建筑装饰文化的载体。诗性文化空间和审美文化空间则是在建筑文化空间背景下，宅园主人因个人人生经历和对时代文化认知和审美观念的不同，在空间生产中所作出的个性化选择，是每一个古民居建筑文化空间差异化的根源所在。

二、古民居建筑诗性文化空间与书法艺术

书法艺术的时空性由两部分构成。就书法本体而言，线条的笔墨意象和整体结构形式构成了书法艺术的空间意象，而书法线条本身的自由变化与游动中所展露的节奏感则构成了内在的时间性品格。“时间性是书法发生的原因和过程，空间性是书法展开的结果，时空交叉是书法‘合时、空特征的表现形态。”[4]而书法艺术的载体离不开诗词章句，中国古典诗词的时空性建构有三种基本形式：一是以某种特定的地理空间为框架，将诗人的情感、历史感和社会因素投射进去；二是以诗人的意向和心象来创造一个多元空间而形成的一个完整的审美空间；三是通过时间的转换，将现实中的空间与想象或回忆中的空间交织在一起，形成诗词审美空间的多重意蕴及灵动感。[5]可见，一件完美的书法艺术作品是诗词章句的时空张力与书法家通过线条笔墨意象和整体章法所建筑的时空意象的高度契合。

在古民居建筑诗性文化空间营构中，书法艺术与空间意匠是一种互生的关系。一方面，宅园主人根据自身的人生经历、价值取向选择合适的诗词章句，通过书法艺术形式对建筑界内文化空间进行诗性化再创造。这对书法创作而言具有三个方面的限定条件：诗词章句在空间中的优先性；创作形式以楹联、匾额或中堂条幅为主，二次制作对笔墨意象的减弱作用；于多数欣赏者来说了解空间属性所需的可读性。另一方面，书法艺术又是建筑文化空间诗性化意匠和其后审美文化空间创造中一个不可或缺的要素。所以，书法家在上述互为生成的条件下需选取易于识读的书体，尽量避免纯艺术创作中所倚重的笔墨意象，来凸显诗词章句张力以达到对空间的诗性化表达效果。例如，黄至筠个园正厅高悬隶书匾额“汉学堂”，两侧楹联以汉简书写“三千年上下古；一十七家文字奇”来标榜黄氏家族文质彬彬、精研汉学、亦商亦儒的文化形象；汪氏小苑女厅，为家庭女辈活动场所，严格按照伦理秩序，安排在西路，以板桥体书“秋嫮厅”来表现女性的柔美之态。上述界内文化空间，其恰当的文字和合适的书体选择，使人能够顺利地解读到该空间所具备的文化感和道德伦理秩序感，从而使该空间具有了较为明显的北国诗性文化特征。个园东路中进堂屋悬金农（“扬州八怪”之一）漆书“饮量岂止于醉，雅怀乃游乎仙”（见图1），以“酒”为题直接提示人的感性生存与实践活动。个园“四季山”名扬于世，其前“听雨轩”明柱悬行书楹联“朝宜调琴，暮宜鼓瑟；旧雨适至，今雨初来”（见图2），把原来属于文人专有的“时间体验”

转向诗性化的“空间意识”。汪氏小苑后院小苑，一南北矮墙将其隔成两地，向西有静瑞馆，向东有厨房和储粮区，月洞门朝东刻有“迎曦”额，意早晨太阳从东边升起，阳光最先洒向小苑。越过月门进入小苑西部，回头见月洞门上题“小苑春深”，苑内小径通幽，花木葱郁。月洞门东西两小额，通过“曦”“春”的时空意象将一个局促的小苑空间诗意化地拓展到大自然宇宙之中，从而向世人展现出江南诗性文化所崇

尚的诗意化生活和生活的诗意化。也有像何廉昉壶园那种两种诗性文化特征兼具的空间，如其正厅高悬“陶朱遗范”，从明柱至厅内楹柱上依次悬“籍花木培生气，避尘嚣作散人”，“泛萍十年，宦海抽帆，小隐遂平生，抛将冠冕簪缨，幸脱牢笼如敝屣；明月二分，官梅留约，有家归不得，且筑楼台花木，愿兹草创作莬裘”，“千倾太湖，鸥与陶朱同泛宅；二分明月，鹤随何逊共移家”。前两副楹联出自何氏自撰，以时间为主线叙说自己宦海沉浮，自被革职之后，有家不能归，无奈客居扬州以花木相伴，聊作出世的散人，发出“有家归不得”的感慨和以此为“菟裘”（告老退隐之处）。后一副则是其师曾国藩书赠，上联“陶朱”，指春秋时范蠡辅佐勾践灭吴后，知勾践难与同安乐，毅然弃官。他先到齐国，后又到了当时的商业中心陶（今山东定陶县）定居，自称“朱公”，因仗义疏财人称“陶朱公”。下联说在二分明月之夜，你像南朝的何逊，伴仙鹤移家扬州。虽过于用典，也足证曾公对这位后学的悯爱之情。何氏壶园正厅空间局促虽属壶中天地，但书法艺术的介入，给人展现出一个巨大的地理空间和与之关联的历史性事件，以及由此形成的心象空间。正是书法楹联的这一诗性化时空对建筑空间的塑造和对居者心理空间的展示，贴切地传达出何氏对诗性文化功能与本质的领会与现实的实践。

总之，扬州古民居建筑诗性文化空间在建构过程中，无论是从注重道德伦理的“北国诗性文化”来说，还是从崇尚生命自由的“江南诗性文化”而言，书法艺术均是书法家通过对诗词章句的深刻领悟和高度的笔墨技法，将可把握或不可把握的、有限或无限的空间，通过笔墨意象变成一个有限的、具体可感的空间存在和时间显现形式。居者或观赏者的视点虽落脚在空间上，但由书法艺术中的诗词章句内容和线条笔墨意象所引发的时间性体验，迫使空间向蕴涵在时间经验中的生命意识开放，从而建立起对个体生命价值感和强烈认同感的体验。这恰恰是中国式的将时间节奏化入空间方位以产生审美化宇宙意识和天人合一的思维方式，正如李泽厚先生所言，这种诗性化空间能使人“感受到生活的安适和对环境的和谐”，“实际已把空间意识转化为时间进程”[6]。诗性文化空间将人对界内文化空间的生存性体验上升到对生命价值意义的追问，这一“空间的人化”或“人化的空间”因具有生存性体验的特征，从而打开了审美文化空间创造的大门。

三、古民居建筑审美文化空间与书法艺术

古民居建筑审美文化空间是在诗性文化空间创造的基础上，在书法艺术作品特有的时空场域的介入与牵引下，参与者在具体空间中对书法艺术作品通过仰观俯察、远观近察这种“流观”的观照，即像韩林德所言的“在特定的审美活动中，主体观照客体对象，其身体是盘桓移动的，其目光是上下往复推移的”[7]，再以凝神自省和畅神想象等一系列审美心理活动，所形成的意与境高度契合的空间再创造。

书法艺术的时空性在建筑审美文化空间建构中对参与者审美意象的牵引作用，具体表现在如下几个方面：一是以既有的建筑空间作为触发点或感知基础，通过书法本体线条笔墨意象所建构的空间性的介入，加之参与者的想象、虚构、情感生发所创造的审美文化空间，如以匾、额来喻示空间属性时，书体的选择和笔墨情趣占据主导地位；二是以书法艺术作品中诗词章句所喻示的诗人的意向和心象的牵引，诱导观者来创造一个多元空间而形成一个完整的审美文化空间，如厅堂、园林建筑中大量的楹联对观者心象的干预；三是通过书法艺术时间性的牵引，使观者通过时间的转换，将现实空间与想象或回忆中的空间相交织而创造出一个时间性色彩浓烈的审美文化空间，如上述何廉昉壶园正厅一组楹联，将历史空间、地理空间引入观者的心象空间之中，来触发观者的记忆与想象，从而建构起一个新的审美文化空间意象，即属此类。需要强调的是，书法艺术作品的这种有效介入，往往是综合性的，只是在不同空间中各有侧重而已。但无论以何种方式为主导介入或牵引观者审美文化空间的创造，都表现出国人根深蒂固的空间主导时间、时间空间化这一特有的时空观和宇宙观，这也是中国传统艺术诗性化表达和审美关照有别于西方艺术的主要思维方式。

正是由于扬州古民居建筑文化空间兼具“北国诗性文化”和“江南诗性文化”双重影像特征，故在审美文化空间建构中观者的审美心理活动自然具有明显的差异性。

建筑界内文化空间对天道观和诗性文化空间对政治伦理关注的空间生产实践，符合正统儒学在道德修养中所倡导的通过自我意识来不断省察自己的言行，并将其作为知行合一惟一途径的文化精神。这是一种凝神自省的审美心理活动与意识，在宅园一体的建筑审美文化空间建构中，至少沿着如下路径进入审美状态和审美文化空间的再生产：首先，将建筑界内文化空间和诗性文化空间的空间构成语言确立为空间美的基础；其次，在人与上述时空的交流中始终以“仁”即孔子“践仁以知天”和孟子“尽心知性以知天”为旨归，在此建构起一个将天道、天命、仁、性打成一片而贯通为一，圆满地展示天道性命相融汇的生生不息的生命境界。这种依“仁”为归一的凝神自省式审美活动，创造了一个超越现实客观世界的空间，克服了人与人的距离，进入了一个主客融合、物我齐一的审美文化空间，完成了审美的意象或意境的创造。同时，这种凝神自省也并非单纯的传统意义的审美心理活动，“而是人的生命体全身心的一种体悟与操作，其实质乃是生命对生命的启动、生命与生命的拥抱、生命向生命的超越”[8]38。

对生命存在自由的冲动则是畅神想象审美活动的源泉和诗性文化空间创造的基础。江南诗性文化的一个重要特征就是人对自身生命“乐”的高度关注，就是将肉体的形下之乐和精神的形上之乐相统一、相调和，超越高雅文化与大众文化、出世性和入世性的历史鸿沟，达到物我、时空、精神与肉体的合一。如果说自宋以来的园林文化完成了人对现世世界的超越，那么扬州古民居建筑中的园林文化则是强调了人对现世世界本真的回归。“艺术意境的结构同时是艺术的美感结构，中国艺术之于它的欣赏、诠释者而言的美感价值，同时也就是艺术意境创构、诞生中的结构价值，它们之间存在着一种同构关系。”[8]177所以，考察扬州古民居建筑美感特征与价值的思维起点，也可被看做是其意境即审美文化空间创造的自觉起点。扬州盐商群体虽通过盐业积累了大量的财富，但在“商不入仕”的封建专制时代政治上仍处于边缘地位，这迫使其在商业成功后依然需要通过正统途径进入权贵阶层，所以就有了盐商贾而好儒、商而兼士、崇尚宗法、封建正统的文化人格倾向。同时，受江南诗性文化影响，扬州盐商极尽所能地追求物质上的享乐，构成了其文化人格的另一面。于是在园林中，有诸如“暗水流花径，清风满竹林”“秋从夏于声中入，春在寒梅蕊上寻”（个园）这样的以经验性的物质性空间作为触发点或感知基础的审美空间，也有“竹宜著雨松宜雪，花可参禅酒可仙”，卢氏宅园淮海厅外明柱小篆书联“物外闲身超世纲，人间真乐在天伦”（见图3），以现实空间与想象或回忆空间交织在一起而形成的审美空间。再如汪氏小苑正厅“春晖室”悬小篆长联“既肎构，亦肎堂，丹雘塈茨，喜见梓材能作室；无相犹，式相好，竹苞松茂，还从雅什咏斯干”，通过意向和心象来创造一个极富时间色彩的家庭兄弟和睦一起吟咏着《斯干》造屋的多元空间，从而形成一个冀期当下和未来汪氏家族和谐兴旺的完整审美空间。也有像卢绍绪宅正厅“淮海厅”所悬“熬霜煮雪利丰盈，屑玉披沙品清洁”，将盐业的“熬霜煮雪”“屑玉披沙”时间化、空间化为商道与人道。