Radio Frequency IDentification

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• Radio Frequency IDentification
• (RFID)

Lezione tenuta dal Prof. P. DArco
Presentazione realizzata da
Davino Cristiano Ferri Vincenzo Mercogliano
Umberto
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Tecnologia RFID

• RFID è l'acronimo di Radio Frequency
  IDentification
• E una tecnologia per lidentificazione
• automatica di oggetti, animali o persone.
• Il sistema si basa sul leggere a distanza
  informazioni contenute in un Tag usando un
  Reader.

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Un po di storia

• 1945- Durante la seconda guerra mondiale gli
  Inglesi erano interessati a distinguere gli aerei
  propri, che ritornavano dalla costa del
  continente, da quelli nemici
• 1960 - Sviluppo della teoria RFID, messa a punto
  delle prime applicazioni
• 1979- Primo Tag RFID impiantabile in animali
• 1986- Tag incapsulato in vetro e iniettabile
• 1996- Tutti i vagoni ferroviari USA vengono
  equipaggiati con Tag RFID
• 1996- La città di Los Angeles introduce gli RFID
  per gli animali
• Marzo 2005 - Il Garante della privacy indica
  lobbligo di una informativa per i
  produttori/utilizzatori di Tag RFID (il consenso
  non è richiesto)

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Fino ai giorni nostri

• E possibile impiantare chip RFID ovunque (anche
  nel corpo umano)

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Applicazioni duso

• Magazzini e punti vendita
• Ogni prodotto è identificato univocamente da un
  Tag, permettendo un miglior controllo delle merci
  e dei loro spostamenti.
• Trasporti e controllo accesso
• I Tag possono essere applicati anche sui mezzi di
  trasporto così come sul conducente. Altre
  applicazioni tag sui bagagli negli aeroporti o
  sulle chiavi di accensione delle auto, pedaggio
  autostrade, accesso aree/edifici
• Tracciamento pratiche
• Non molto in uso, ma nella burocrazia può aiutare
  ad automatizzare la ricerca in archivi cartacei e
  gestire meglio gli spostamenti delle pratiche
  dentro gli uffici
• Biblioteche
• I Tag sono posti su libri, video, CD, consentendo
  un controllo ed una gestione più accurata dei
  beni, sostituendo la lamina metallica che ne
  controlla solo leventuale uscita dalla
  biblioteca
• Antitaccheggio
• Una barriera posta alluscita di un magazzino o
  di un negozio accerta che nessuna merce abbia
  varcato la soglia in maniera illecita

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Curiosità

• Inoltre obbligò tutti, piccoli e grandi, ricchi
  e poveri, liberi e schiavi, a farsi mettere un
  marchio sulla mano destra o sulla fronte. Nessuno
  poteva comprare o vendere se non portava il
  marchio, cioè il nome della bestia o il numero
  che corrisponde al suo nome. Qui sta la sapienza.
  Chi ha intelligenza, calcoli il numero della
  bestia, perché è un numero d'uomo e il suo
  numero è seicentosessantasei" (Apocalisse
  1316-18)
• Ciò che il verso dice in sostanza è che ad un
  certo punto, qualcuno metterà in funzione un
  sistema di identificazione personale, senza il
  quale tutti quelli che non lo possederanno
  saranno esclusi da qualsiasi transazione
  commerciale non potranno comprare cibo e altri
  articoli, non potranno vendere prodotti,
  qualsiasi cosa possa essere.

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Componenti di un sistema RFID

• Il Tag comunica il suo identificativo al Reader
• Il Reader comunica lID al Server
• Il Server recupera dal database le informazioni
  legate allID e le restituisce al Reader
• Eventualmente il Reader invierà delle
  informazioni al Tag

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Tag

• È il componente elettronico con cui vengono
  etichettati gli oggetti da identificare.
• È composto da un microchip con una propria
  memoria e da unantenna montati su un supporto
  fisico
• Dimensioni di pochi millimetri
• Resistente alle sollecitazioni
• Resistente alle variazioni di temperatura (-40C,
  85C)
• Possiede una sua memoria interna tipo EEPROM. Il
  tipo di memoria identifica la modalità duso del
  Tag.
• La dimensione dellantenna limita il range di
  trasmissione e ricezione del Tag

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I microchip

• Limitate capacità computazionali
• Funge da contenitore dati
• Mantiene un codice univoco.

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Tipologie dei Tag

• Il tipo e la quantità di memoria contenuta nel
  Tag definiscono la modalità di utilizzo
• Read Only
• Il Tag può essere interrogato in sola lettura. La
  capacità di memoria è minima. I Tag passivi sono
  di solito read only
• Read Write
• La memoria del Tag può essere sia letta che
  scritta. La dimensione è dellordine di qualche
  KiloByte ed il loro costo è maggiore.
• Write Once Read Many
• E consentito scrivere allinterno del Tag una
  sola volta, dopodichè la sua memoria è
  accessibile solo in lettura

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Tipologie di Tag
Capacitàmemoria
Tipomemoria
Tipologia
Frequenza
1 bit
SEMI PASSIVI
ATTIVI
N Kbit
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Frequenze di un Tag
LF125 KHz HF13,56 MHz UHF 850-950 MHz MW2,54 GHz
Range lettura (Tag passivi) 0,5 m 1 1,5 m 3 m 5 10 m
Data rate scarso buono elevato molto elevato
Capacità lettura metalli/liquidi buona discreta scarsa pessima
Dimensione molto grande grande medio piccolo
Applicazioni tipiche controllo accessi, tracc. animali controllo accessi, tracc. oggetti tracc. pallet e contenitori, pedaggio elettronico supply chain, pedaggio elettronico
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Tag Attivi

• Contengono una propria sorgente di alimentazione,
  di solito una batteria al litio (durata 10 anni
  circa).
• Possono avviare una comunicazione in quanto
  emettono continuamente un segnale
• Spesso hanno un elevato range di comunicazione
  (circa dieci metri)
• Hanno una memoria RAM interna piuttosto grande,
  dellordine di qualche KiloByte
• Hanno un costo che varia da 8 a 45 euro, a
  seconda delle componenti
• Dimensione minima una moneta da 1 euro

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Tag Passivi

• Non contengono alcuna batteria.
• Si alimentano tramite le onde elettromagnetiche
  che ricevono dal Reader.
• Non possono avviare una comunicazione ed hanno un
  basso range di comunicazione.
• Per le tecnologie di cui dispongono hanno, in
  media, un costo inferiore all euro, in genere
  tra i 10 ed i 50 centesimi.
• Dimensione minima 0.4 mm 0.4 mm
• Distanza di intercettazione 6 metri

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Reader

• È il componente elettronico in grado di
• Interrogare il Tag
• Alimentare il Tag passivo
• Recuperare e decifrare i dati contenuti nel suo
  interno
• Gestire le collisioni tra i messaggi di risposta
• Interfacciarsi con un sistema informativo
  esistente

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Struttura di un Reader

• Controller è il cuore del Reader. Gestisce la
  comunicazione con lhost. Traduce i comandi
  interni in segnali captabili dalle antenne dei
  Tag.
• Network Interface insieme di porte di
  comunicazione che permettono di collegare il
  Reader allhost.
• Apparato ricetrasmettitore permette di
  interfacciarsi in radiofrequenza con le antenne
  secondo una banda di frequenza prestabilita.
• Antenne emettono fisicamente le onde
  elettromagnetiche captabili dai Tag. Nei Reader
  più sofisticati vi possono essere più antenne
  ognuna adibita ad una particolare frequenza.

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Tipologie di Sistemi

• A seconda della presenza di Tag e Reader in un
  ambiente, è possibile
• definire quattro tipologie di sistemi
• One-to-Many
• Ossia un solo Reader per più Tag (un piccolo
  negozio al dettaglio)
• One-to-One
• Un solo Reader per un solo Tag (la chiave di
  accensione di unauto)
• Many-to-One
• Più Reader per un solo Tag (Telepass).
• Many-to-Many
• Più Reader per più Tag. (Biblioteche, magazzini,
  grandi negozi)

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Sicurezza e privacy

• Ogni individuo in possesso di prodotti Taggati
  rischia di essere anchesso Taggato.
• In base a ciò che possiede è possibile sapere
• Dove si trova una persona in un dato momento (se
  è in prossimità di un Reader)
• Quali sono le sue abitudini (cosa ha comprato)
• In pratica è possibile tracciare una persona e
  costruirne un profilo.

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Sicurezza e privacy

• I sistemi RFID, originariamente, sono sistemi
  promiscui, cioè che rispondono a qualsiasi Reader
  tenti di interrogarli.
• Le preoccupazioni principali riguardano la
  possibilità che la tecnologia possa essere
  utilizzata per violare la privacy del possessore
  degli oggetti Taggati
• In origine non cerano grosse preoccupazioni da
  questo punto di vista.Ma la crescita dei sistemi
  RFID pone tale problematiche al centro
  dellattenzione
• Per fare in modo che la privacy di una persona
  non venga lesa, occorre stabilire dei meccanismi
  di sicurezza

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Tecniche di difesa

• Killing Sleeping
• Il Tag viene disattivato definitivamente o
  temporaneamente
• Il Reader usa un PIN daccesso prima di inviare
  il comando kill
• Rinominazione
• Cambia lidentificativo ad ogni interrogazione
• Il Reader può compiere loperazione
• Il Tag contiene una serie di pseudonimi che usa
  ciclicamente
• Identificativo cifrato. Ricifratura periodica
• Ricifratura Universale. A seguito di ogni
  interrogazione.
• Blocco soft. Il Tag suggerisce ad un Reader
  onesto di non leggere
• Uso di una Trusted Computing Platform (TCP). I
  Reader sono forzati a seguire le regole
  stabilite (policy)

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Autenticazione

• Un tag non ha mezzi per capire se il Reader che
  lo sta interrogando è legale o meno.
• Inoltre, la contraffazione di tag è piuttosto
  semplice richiede di effettuare uno scanning del
  Tag e poi di duplicarlo.
• Una soluzione per ridurre i rischi è quella di
  cifrare i dati nei Tag, e quelli che viaggiano
  nellaria durante la trasmissione.
• L'autenticazione nei sistemi RFID è il
  procedimento con il quale Tag e Reader dimostrano
  lun laltro di essere dispositivi autorizzati.
• Uso di protocolli standard di autenticazione già
  largamente usati nelle reti o nelle smart card
  non possibile.
• È dunque necessario progettare protocolli di
  autenticazione, sicuri ed efficienti,
  implementabili nei sistemi RFID

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Protocolli per la sicurezza
Challenge-Response
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Protocollo HB

• Il protocollo HB fu progettato da Nicholas Hopper
  e Manuel Blum per lidentificazione e
  lautenticazione sicura di esseri umani nei
  confronti di un computer. Fu sviluppato come
  unalternativa al metodo tradizionale della
  password. Il suo vantaggio principale è che
  lidentificativo segreto, noto allutente e al
  computer, non viene mai direttamente inviato
  lungo il canale di comunicazione.
• Juels e Weis intuirono che questo protocollo,
  pensato per un sistema con poca memoria e
  capacità computazionale (i.e., lessere umano),
  era in realtà un protocollo naturale per
  lautenticazione di Tag RFID da parte dei Reader.

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LPN

• La sicurezza del protocollo HB è basata sulla
  difficoltà computazionale del problema LPN.
• LPN Learning Parity with Noise
• In informatica la parità di una stringa di bit è
  indicata nel modo seguente

1 se il numero di Bit uguali ad 1 è dispari
0 se il numero di Bit uguali ad 1 è pari
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LPN

• Ad esempio
• S1011
• La parità è 1 perchè cè un numero dispari di 1
  nella stringa.
• La parità può essere determinata calcolando
  lXOR dei singoli bit in s come segue
• 1 0 1 1 1

0 1
0 0 1
1 1 0
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LPN

• Il protocollo HB usa il prodotto interno che
  viene calcolato tramite la parità dellAND
  bit-a-bit di due stringhe.
• Esempio calcolo del prodotto interno q ? s

s
1011
q
1010

1010
0
r
27
LPN

• Se ci sono dati diversi valori di q e r allora
  possiamo determinare facilmente il valore di s
  usando lalgebra lineare

q1 q2 q3
r1 r2 r3
s
Le colonne della matrice q devono essere
linearmente indipendenti
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LPN

• Laggiunta di rumore rende difficile il
  precedente problema.
• Il rumore è aggiunto invertendo il valore di r
  casualmente (con probabilità e).

q1 q2 q3
r1 r2 r3
s
29
LPN

• Essenzialemente LPN consiste nel calcolare s in
  presenza di rumore
• Il protocollo HB è basato su questo problema
  perché è NP-Hard

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Protocollo HB
Rispondi alla seguente sfida1011 Segreto 1010
Nel protocollo reale ci sono n interrogazioni
(effettuabili anche in parallelo).
31
Protocollo HB
Segreto 1010 1011 1010 0 Inverto il
risultato? No
0
32
Protocollo HB
Sei stato accettato!
33
Protocollo HB
Reader S x ? 0,1k , e Sceglie q?R
0,1k Calcola r (q x) Se r r allora
accetta altrimenti rifiuta.
Tag S x ? 0,1k , e ? ? 0,1 Prob?1
e Calcola r (q x) ? (? 1 con
probabilità e)
Invia q ( sfida )

Risposta r inviata al Reader
S Segreto condiviso e Probab. errore
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Protocollo HB

• Dopo n iterazioni, il Reader accetta se le
  risposte del Tag presentano al più (ne) errori.
• È, inoltre, possibile inserire una soglia di
  tolleranza agli errori indicata con d.

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Robustezza del Protocollo HB

• Il protocollo HB è resistente rispetto ad
  attacchi passivi.
• Il Reader deve spedire challenge diverse ad ogni
  iterazione.

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Robustezza del Protocollo HB

• Se c'è un attacco attivo, allora il Protocollo HB
  risulterà essere insicuro!

Rispondi alla seguente sfida Segreto 1000 E
fallo 1000 volte
37
Robustezza del Protocollo HB

• Se c'è un attacco attivo, allora il Protocollo HB
  risulterà essere insicuro!

0,0,1,0,1,1,1
38
Robustezza del Protocollo HB

• Se c'è un attacco attivo, allora il Protocollo HB
  risulterà essere insicuro!

La maggioranza delle risposte è 1!
39
Robustezza del Protocollo HB
1 0 0 0 0 1 0 0 q3 q4
1 0 r3 r4
s
Rispondi alla seguente sfida Segreto 0100 E
fallo 1000 volte
40
Robustezza del Protocollo HB
1 0 0 0 0 1 0 0 q3 q4
1 0 r3 r4
s
0,0,1,0,1,1,1
41
Robustezza del Protocollo HB
1 0 0 0 0 1 0 0 q3 q4
1 0 r3 r4
s
La maggioranza delle risposte è 0!
42
Robustezza del protocollo HB

• Quindi lavversario, attraverso un sistema di
  equazioni lineari, può ricostruire la matrice e
  quindi, attraverso il metodo di Gauss, calcolare
  il segreto s.

1 0 1 1
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
s
43
Robustezza del Protocollo HB
1 0 1 1
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
s
Rispondi alla seguente sfida Segreto 1101
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Robustezza del Protocollo HB
1 0 1 1
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
s
0
45
Robustezza del Protocollo HB
1 0 1 1
1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 1
s
Sei stato accettato!
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Ricapitolando

• Basato sul problema LPN (NP-hard)
• Dopo n interrogazioni, il Reader accetta il Tag
  se le sue risposte hanno (n e)derrori.
• Parametri
• n , numero di iterazioni
• k , taglia del segreto
• valore di e
• valore di d

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Falsi Positivi

• Falso positivo Un Tag non valido che è accettato
  erroneamente dal Reader
• Falso negativo Un Tag valido che è rifiutato
  erroneamente dal Reader
• Obiettivo Un protocollo sicuro minimizza i falsi
  positivi e negativi

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Riferimenti

• N. J. Hopper and M. Blum, Secure Human
  Identification Protocols, Proc. of Asiacrypt
  2001, Lecture Notes in Computer Science, Vol.
  2248, pp. 52-66, 2001.
• A. Juels, RFID privacy A technical primer for
  the non-technical reader, In K. Strandburg and
  D.S. Raicu, editors, Privacy and Technologies of
  Identity A Cross-Disciplinary Conversation.
  Springer-Verlag, 2005.
• A. Juels, R. Pappu, and S. Garfinkel, RFID
  Privacy An Overview of Problems and Proposed
  Solutions, IEEE Security and Privacy, 3(3)
  34-43. May/June 2005.
• Un link utile http//www.cs.stevens.edu/klivings/