近年来,各国结合本国国情的大力推动物联网的发展。我国对物联网的研究发展也高度重视,物联网产业保持高速增长,物联网行业渗透率持续提高。与此同时,由于物联网的开放性、可扩展性和资源受限等特性,其数据隐私和安全问题较为突出。射频识别（Radio Frequency Identificaton,RFID）是物联网感知层自动识别和采集目标物体数据的关键技术。由于RFID系统大多是在开放的无线网络中进行传输,使得传输数据极易被截获和破解,是保障物联网安全的一个薄弱环节。因此,迫切需要一套可靠的安全方案来保证其信息采集和传输的安全。现有的RFID安全方案主要分为基于物理技术的硬件安全策略和基于加密算法的安全协议2类。硬件安全策略只提供简单信息保护,可扩展性较差,主要针对不适合执行密码操作的设备或一次性电子标签。与之相对的,基于加密算法的安全协议灵活性更高且更安全,成为当前RFID系统安全问题的最佳解决方案。低成本标签的存储和处理能力有限,为了隐私和安全而使用计算密集型加密算法是不可行的。因此,RFID系统认证协议不仅应设计为解决隐私和安全威胁,还应考虑到RFID标签有限的计算能力。椭圆曲线密码体制（Elliptic Curve Cryptography,ECC）是同时兼具高安全性和易轻量化特性的公钥加密体制,对其进行轻量化改进以适应RFID系统可以作为解决这个问题一个可行方案。本论文围绕RFID系统轻量级加密技术与双向认证协议设计展开研究,其研究内容和具体创新如下:（1）椭圆曲线加密算法及其轻量化调研物联网RFID系统的安全问题,研究分析发现物联网RFID系统中现有数据加密算法安全性与适用性不平衡,因此选择ECC进行轻量化改进以适应RFID系统。标量乘法是ECC中最耗时的部分,因此针对ECC标量乘法进行优化和改进,以降低ECC的执行时间。本文在研究并行标量乘法基础上,结合非邻接（Non-Adjacent Form,NAF）多位生成算法和直接计算4P的4倍点快速计算公式,改进基于互补的重编码技术（Complementary Recoding Technique,CRT）标量表示的椭圆曲线并行标量乘法（Parallel ECC Scalar Multiplication based on CRT,PECC-CRT）,设计一种新的基于NAF标量表示的并行标量乘法（Parallel Scalar Multiplication based on NAF,PSM-NAF）,以此来解决RIFD系统硬件资源受限和高安全性需求之间的矛盾。实验表明本算法的计算效率及安全性与其他算法相比更适用于资源受限的RFID系统。（2）基于改进ECC设计RFID双向认证协议本文基于加密安全性和性能都十分优越的ECC设计RFID认证协议,在协议设计过程中,同时考虑协议安全性和协议执行效率。协议使用的ECC经过标量乘优化,同时与Hash函数结合,进一步提升协议执行性能。通过BAN（Burrows-Abadai-Needham,BAN）逻辑验证本文协议的安全性,安全性分析表明本文系统有能抵抗各种常见的攻击。并且对协议的性能分析表明,降低了计算、存储和通信开销,协议执行效率有所提高。