پروتکل احراز هویت بهبودیافته مبتنی بر RFID برای کاربرد در سامانه‌های مراقبت پزشکی از راه دور

نوروزی, مهناز; پرمهر, کوثر

پروتکل احراز هویت بهبودیافته مبتنی بر RFID برای کاربرد در سامانه‌های مراقبت پزشکی از راه دور

نوع مقاله : مقاله پژوهشی

نویسندگان

¹ استادیار، گروه علوم کامپیوتر، دانشکده علوم ریاضی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران

² دانشجوی کارشناسی ارشد، گروه ریاضی، دانشکده علوم ریاضی، دانشگاه الزهرا (س)، تهران، ایران.

چکیده

ویژگی‌هایی مانند غیرتماسی بودن، مبتنی بر ارتباطات بی‌سیم بودن و فناوری شناسایی یکتا، امکان به‌کارگیری و توسعه سریع فناوری «شناسایی فرکانس‌های رادیویی» (RFID) را در سامانه‌های مراقبت پزشکی از راه دور فراهم می‌آورد. با استفاده از راهکارهای مبتنی بر RFID می‌توان مزایای زیادی ازجمله تداوم در دریافت خدمات، کاهش هزینه‌های نظارتی، ثبت دقیق سوابق و علائم، مراقبت‌های پیشگیرانه و بهبود کیفیت خدمات مراقبتی را در سامانه‌های مراقبت پزشکی از راه دور به دست آورد. در سالیان گذشته با توجه ‌به حساسیت و اهمیت داده‎‌های پزشکی، پروتکل‌های احراز هویت زیادی برای به‌کارگیری در سامانه‌های مراقبت پزشکی از راه دور ارائه‌شده‌اند. در این مقاله یکی از پروتکل‌های اخیراً ارائه‌شده در این زمینه بررسی‌شده و نشان داده می‌شود که این پروتکل، یکی از نیازمندی‌های امنیتی ضروری یعنی امنیت در مقابل حمله ردیابی را تأمین نمی‌کند. در ادامه، یک پروتکل بهبودیافته ارائه‌شده و نشان داده می‌شود که پروتکل پیشنهادی، ویژگی‌های امنیتی موردنیاز را فراهم می‌کند. مقایسه پروتکل پیشنهادی با دیگر پروتکل‌های موجود ازنظر پیچیدگی محاسباتی و مخابراتی نشان می‌دهد که پروتکل پیشنهادی در مقایسه با یکی از پروتکل‌های امن مشابه ازنظر محاسباتی 49 درصد و ازنظر مخابراتی 85 درصد کاراتر بوده و در مقایسه با دیگر پروتکل امن مشابه ازنظر محاسباتی 493 درصد کاراتر و ازنظر مخابراتی 22 درصد غیرکاراتر است؛ که روی‌هم‌رفته، بیانگر کارایی بالاتر پروتکل پیشنهادی در مقایسه با پروتکل‌های امن مشابه است.

کلیدواژه‌ها

20.1001.1.23224347.1404.13.2.6.3

موضوعات

امنیت اطلاعات، رمزنگاری، پنهان نگاری، پروتکل ها و استانداردها

عنوان مقاله [English]

An Improved RFID-based Authentication Protocol with Application in Telecare Medical Systems

نویسندگان [English]

Mahnaz Noroozi ¹
Kosar Pormehr ²

¹ Assistant Professor, Department of Computer Science, Faculty of Mathematical Sciences, Al-Zahra University , Tehran, Iran

² Master's student, Department of Mathematics, Faculty of Mathematical Sciences, Al-Zahra University , Tehran, Iran

چکیده [English]

RFID technology has indeed revolutionized telecare medical systems by offering advantages such as non-contact, wireless communication, and unique identification capabilities. These features enable seamless integration and rapid development of RFID-based solutions in telecare, leading to benefits like continuous service delivery, reduced monitoring costs, accurate data recording, preventive care, and enhanced quality of services. Considering the sensitivity of medical data, various authentication protocols have been proposed to ensure secure deployment in telecare systems. This paper highlights the shortcomings of a recently proposed RFID authentication protocol and introduces a new improved protocol that meets the necessary security requirements. Comparisons with the related secure RFID protocols show the overall superiority of the proposed protocol in terms of computational and communication complexity.

کلیدواژه‌ها [English]

Telecare Medical System
Internet of Things
RFID
Security
Privacy
Tracking Attack

مراجع

[1] B. Moazzami, N. Razavi-Khorasani, A. D. Moghadam, E. Farokhi, and N. Rezaei, “Covid-19 and telemedicine: Immediate action required for maintaining healthcare providers well-being,” J. Clin. Virol., vol. 126, 104345, 2020. https://doi.org/10.1016/j.jcv.2020.104345.

[2] J. Vidal-Alaball, R. Acosta-Roja, N. P. Hern´andez, U. S. Luque, D. Morrison, S. N. P´erez, J. Perez-Llano, A. S. V`erges, and F. L. Seguí, “Telemedicine in the face of the covid-19 pandemic,” Aten. Prim., vol. 52, no. 6, pp. 418-422, 2020. https://doi.org/10.1016/j.aprim.2020.04.003.

[3] V. Chauhan, S. Galwankar, B. Arquilla, M. Garg, S. Di Somma, A. El-Menyar, V. Krishnan, J. Gerber, R. Holland, and S. P. Stawicki, “Novel coronavirus (covid-19): Leveraging telemedicine to optimize care while minimizing exposures and viral transmission,” J. Emerg. Trauma Shock, vol. 13, no. 1, pp. 20-24, 2020. https://doi.org/10.4103/JETS.JETS_32_20.

[4] M. Shariq, and K. Singh, “A novel vector-space-based lightweight privacy-preserving RFID authentication protocol for IoT environment,” J. Supercomput., vol. 77, no. 8, pp. 8532-8562, 2021. https://doi.org/10.1007/s11227-020-03550-1.

[5] M. Shariq, K. Singh, M. Y. Bajuri, A. A. Pantelous, A. Ahmadian, and M. Salimi, “A secure and reliable RFID authentication protocol using digital schnorr cryptosystem for IoT-enabled healthcare in COVID-19 scenario,” Sustain. Cities Soc., vol. 75, 103354, 2021. https://doi.org/10.1016/j.scs.2021.103354.

[6] D. Dharminder, D. Mishra, and X. Li, “Construction of RSA-based authentication scheme in authorized access to healthcare services,” J. Med. Syst., vol. 44, no. 1, pp. 1-9, 2020. https://doi.org/10.1007/s10916-019-1471-6.

[7] S. D. Kaul, and A. K. Awasthi, “RFID authentication protocol to enhance patient medication safety,” J. Med. Syst., vol. 37, no. 6, pp. 1-6, 2013. https://doi.org/10.1007/s10916-013-9979-7.

[8] J.-S. Chou, “An efficient mutual authentication RFID scheme based on elliptic curve cryptography,” J. Supercomput., vol. 70, no. 1, pp. 75-94, 2014. https://doi.org/10.1007/s11227-013-1073-x.

[9] Z. Zhang, and Q. Qi, “An efficient RFID authentication protocol to enhance patient medication safety using elliptic curve cryptography,” J. Med. Syst., vol. 38 no. 5, pp. 1-7, 2014. https://doi.org/10.1007/s10916-014-0047-8.

[10] Y.-P. Liao, and C.-M. Hsiao, “A secure ECC-based RFID authentication scheme integrated with ID-verifier transfer protocol,” Ad Hoc Netw., vol. 18, pp. 133-146, 2014. https://doi.org/10.1016/j.adhoc.2013.02.004.

[11] Z. Zhao, “A secure RFID authentication protocol for healthcare environments using elliptic curve cryptosystem,” J. Med. Syst., vol. 38, no. 5, pp. 1-7, 2014. https://doi.org/10.1007/s10916-014-0046-9.

[12] M. S. Farash, O. Nawaz, K. Mahmood, S. A. Chaudhry, and M. K. Khan, “A provably secure RFID authentication protocol based on elliptic curve for healthcare environments,” J. Med. Syst., vol. 40, no. 7, pp. 1-7, 2016. https://doi.org/10.1007/s10916-016-0521-6.

[13] K. Srivastava, A. K. Awasthi, S. D. Kaul, and R. Mittal, “A hash based mutual RFID tag authentication protocol in telecare medicine information system,” J. Med. Syst., vol. 39, no. 1, pp. 1-5, 2015. https://doi.org/10.1007/s10916-014-0153-7.

[14] C.-T. Li, C.-Y. Weng, and C.-C. Lee, “A secure RFID tag authentication protocol with privacy preserving in telecare medicine information system,” J. Med. Syst., vol. 39, no. 8, pp. 1-8, 2015. https://doi.org/10.1007/s10916-015-0260-0.

[15] C. Jin, C. Xu, X. Zhang, and F. Li, “A secure ECC-based RFID mutual authentication protocol to enhance patient medication safety,” J. Med. Syst., vol. 40, no. 1, pp. 1-6, 2016. https://doi.org/10.1007%2Fs10916-015-0362-8.

[16] J. prakash Pokala, M. C. Reddy, S. Bapana, and C. S. Vorugunti, “A secure RFID protocol for telecare medicine information systems using ECC,” 2016 international conference on wireless communications, signal processing and networking (WISPNET), pp. 2295-2300, 2016. https://doi.org/10.1109/WiSPNET.2016.7566552.

[17] Z. Zhou, P. Wang, and Z. Li, “A quadratic residue-based RFID authentication protocol with enhanced security for TMIS,” J. Amb. Intel. Hum. Comp., vol. 10, no. 9, pp. 3603-3615, 2019. https://doi.org/:10.1007/s12652-018-1088-5.

[18] T. Afroz, M. N. U. Bhuiyan, and M. N. Uddin, “A secure mutual authentication protocol for IoT using ID verifier based on ECC,” 2019 international conference on sustainable technologies for industry 4.0 (STI), pp. 1-6, 2019. https://doi.org/10.1109/STI47673.2019.9068089.

[19] H. Shen, J. Shen, M. K. Khan, and J.-H. Lee, “Efficient RFID authentication using elliptic curve cryptography for the internet of things,” Wireless Pers. Commun., vol. 96, no. 4, pp. 5253-5266, 2017. https://doi.org/10.1007/s11277-016-3739-1.

[20] F. Xiao, Y. Zhou, J. Zhou, H. Zhu, and X. Niu, “Security Protocol for RFID System Conforming to EPC-C1G2 Standard,” J. Computers, vol. 8, no. 3, pp. 605-612, 2013.

[21] M. Mardani Shahrbabak, B. Abdolmaleki, and K. Baghery, “Weaknesses of SPRS Authentication Protocol and Present a Developed Protocol for RFID Systems,” Journal of Electronical & Cyber Defence, vol. 3, no. 3, pp. 39-48, 2016 (in Persian). https://dorl.net/dor/20.1001.1.23224347.1394.3.3.5.4.

[22] M. Safkhani, “Cryptanalysis of the Improved SPRS Protocol: an Authentication Protocol for RFID Systems,” Journal Of Electronical & Cyber Defence, vol. 5, no. 2, pp. 59-66, 2017 (in Persian). https://dorl.net/dor/20.1001.1.23224347.1396.5.2.5.6.

[23] A. A. Alamr, F. Kausar, J. Kim, and C. Seo, “A secure ECC-based RFID mutual authentication protocol for internet of things,” J. Supercomput., vol. 74, no. 9, pp. 4281-4294, 2018. https://doi.org/10.1007/s11227-016-1861-1.

[24] Y.-J. Tu, G. Kapoor, and S. Piramuthu, “Security of lightweight mutual authentication protocols,” J. Supercomput., vol. 77, no. 5, pp. 4565-4581, 2020. https://doi.org/10.1007/s11227-020-03448-y.

[25] D. Noori, H. Shakeri, and M. N. Torshiz, “Scalable, efficient, and secure RFID with elliptic curve cryptosystem for internet of things in healthcare environment,” EURASIP J. Inform. Sec., vol. 20, no. 1, pp. 1-11, 2020. https://doi.org/10.1186/s13635-020-00114-x.

[26] F. M. Salem, and R. Amin, “A privacy-preserving RFID authentication protocol based on El-Gamal cryptosystem for secure TMIS,” Inform. Sciences, vol. 527, pp. 382-393, 2020. https://doi.org/10.1016/j.ins.2019.07.029.

[27] X. Chen, D. Geng, J. Zhai, W. Liu, H. Zhang, and T. Zhu, “Security analysis and enhancement of the most recent RFID protocol for telecare medicine information system,” Wireless Pers. Commun., vol. 114, no. 2, pp. 1371-1387, 2020. https://doi.org/10.1007/s11277-017-4474-y.

[28] K. Fan, W. Jiang, H. Li, and Y. Yang, “Lightweight RFID protocol for medical privacy protection in IoT,” IEEE T. Ind. Inform., vol. 14, no. 4, pp. 1656-1665, 2018. https://doi.org/10.1109/TII.2018.2794996.

[29] M. Benssalah, M. Djeddou, and K. Drouiche, “Security analysis and enhancement of the most recent RFID authentication protocol for telecare medicine information system,” Wireless Pers. Commun., vol. 96, no. 4, pp. 6221-6238, 2017. https://doi.org/10.1007/s11277-017-4474-y.

[30] M. Shariq, and K. Singh, “A novel vector-space-based lightweight privacy preserving RFID authentication protocol for IoT environment,” J. Supercomput., vol. 77, no. 8, pp. 8532-8562, 2021. https://doi.org/10.1007/s11227-020-03550-1.

[31] L. Xiao, S. Xie, D. Han, W. Liang, J. Guo, and W.-K. Chou, “A lightweight authentication scheme for telecare medical information system,” Connect. Sci., vol. 33, no. 3, pp. 769-785, 2021. https://doi.org/10.1080/09540091.2021.1889976.

[32] W. R. Liu, Z. Y. Ji, and C. C. Chu, “An Improved Secure RFID Authentication Protocol Using Elliptic Curve Cryptography,” Int. J. Netw. Sec., vol. 26, no. 1, pp. 106-115, 2024. https://doi.org/10.6633/IJNS.202401_26(1).14.