射频识别技术(Radio Frequency Identification,简称为RFID)是利用射频原理通过非接触式双向通信方式来交换数据以识别目标的一项技术。具有识别距离远、识别速度快、能实现多目标识别和移动目标识别,具有穿透和绕射能力等优点,在接入控制、产品防伪、动物追踪、物流和资产管理、货物采购与分配、医学应用等多个领域都具有巨大的应用潜力。但是射频识别系统面临着诸如伪造、窃听、重放攻击、标签信息篡改以及功耗分析攻击等安全威胁,其目标跟踪功能更可导致严重的隐私保护问题。这两个问题已经成为制约RFID技术全面推向市场的重要因素。本文重点研究了RFID系统中的两种类型的安全威胁问题:(1)射频标签中数据的安全威胁;(2)阅读器和射频标签通信链路上的安全威胁。本文首先描述了RFID系统对安全和隐私保护的需求,并强调了实现这些目标所需的硬件环境,然后分析了现有解决方案的优势与不足。针对上述两种类型的安全威胁问题,论文从以下三个方面取得了研究进展:(1)提出了RFID系统数据安全和通信链路安全的总体解决方案。综合描述了阅读器与射频标签身份认证、数据机密性保护和数据完整性验证三个信息安全要素的实现方法。(2)提出了双向安全认证协议。该协议用于实现阅读器与射频标签的身份认证,它能在每次认证完成后自动更新通信密钥,能有效的解决隐私、重放、前向安全性、同步性、不可分辨性与位置跟踪及所有权转移等安全需求。在此认证协议中只用到了流密码算法,具有安全性能高、成本低和高效等优点。(3)改进了一个轻量级流密码算法。该算法是Grain算法的改进版本,用于认证协议及数据的机密性保护,在保证其原有快速和轻量级的优点上,进一步加强了该流密码算法的安全性能。