A secure localization framework of RAIN RFID objects for ambient assisted living

par Ahmad Khalid

Thèse de doctorat en Réseaux, Télécommunications, Systèmes et Architecture

Sous la direction de Fabrice Peyrard et de Emmanuel Conchon.

Le président du jury était Béatrice Paillassa.

Le jury était composé de Abdennaceur Kachouri, Sylvain Giroux, Claude Tételin.

Les rapporteurs étaient Abdennaceur Kachouri, Sylvain Giroux.

  • Titre traduit

    Un système sécurisé de localisation d’objets RAIN RFID pour l’assistance et l'autonomie des personnes à domicile


  • Résumé

    Internet des objets (IoT) est actuellement à notre portée. De nombreux domaines ont bénéficié de cette technologie. Cela va d'une application simple, comme l'identification d'un objet jusqu'à la gestion d'un système plus complexe. L'identification par radiofréquence (RFID) est l'une des technologies a une part importante dans l’IoT aujourd'hui. C’est une technologie embarqué, pas cher et ne nécessite aucune source d'alimentation supplémentaire dans le cas de tag passif. Avec sa fonctionnalité omniprésente, cette technologie permet de positionner un objet dans une zone spécifique. L’Assistance et l'Autonomie des personnes à Domicile (AAL) est l'un des nombreux domaines qui bénéficient de l'IoT. Il vise à aider les personnes âgées dans leurs routines quotidiennes en fournissant de nouveaux services d'assistance dans les maisons intelligentes (smart home). La présence de RFID dans une maison intelligente sont d'une grande aide pour une personne âgée et/ou déficiente, par exemple, pour l’aider à trouver un objet dans son environnement quotidien. Cependant, même avec tous ces avantages d’assistance dans notre vie, il est malheureusement à double tranchant où l'avantage qu'il apporte à un objet pourrait à son tour se tourner contre lui-même. En effet, pour pouvoir aider les personnes âgées à localiser un objet, le système nécessite certaines données relatives au positionnement de l'objet, tout au moins son identification. Étant donné que la couverture de l'étiquette RFID passive est très faible, une fois sa présence détectée, il est difficile de la cacher. La capacité de cette technologie à localiser des objets donne l'occasion à une tierce personne de profiter du système. Parallèlement au besoin persistant et constant de confidentialité par les utilisateurs, l'objectif de cette thèse consiste à améliorer la confidentialité dans la localisation d'un objet grâce à un nouveau protocole basé sur la deuxième génération de RFID passive. Le protocole proposé doit pouvoir empêcher un objet d'être identifié et localisé par des parties non autorisées ou par un lecteur malveillant. La première contribution de ce travail est l'évaluation de la gestion anti-collision RFID. Elle est réalisée par la création d'un modèle OMNET++, construit sur la base de la dernière norme RFID développée par GS1 et adaptée par ISO / IEC appelé Gen2V2 (RFID classe 2 Génération 2 Version 2). Dans cette norme une étiquette RFID passive ne nécessite aucune source d'alimentation interne. Il communique en utilisant la fréquence UHF. La norme Gen2V2 propose une liste de suites cryptographiques qui peuvent être utilisées comme méthodes pour authentifier une étiquette et un lecteur. Cette nouvelle génération d'étiquettes est soutenue par une alliance de fabricants appelée RAIN (RAdio frequency IdentifatioN) qui favorise l'adoption du Gen2V2. Nous évaluons les performances globales du protocole anti-collision et nous comparons ensuite quatre de ses suites cryptographiques, à savoir PRESENT80, XOR, AES128 et cryptoGPS pour garantir l’authentification lecteur/tag. Parmi les performances évaluées dans ce modèle, nous nous sommes intéressé au nombre de collisions et à la durée requise pour interroger un groupe d'étiquettes. Nous avons intégré en fonctionnalité de localisation dans le modèle en s’appuyant sur les messages échangés avant l’authentification, ce qui peut conduire à une localisation malveillante d'un objet. Pour augmenter la confidentialité de la localisation au sein des applications AAL, nous proposons donc une deuxième contribution qui est une nouvelle méthode de localisation basée sur les échanges standard Gen2V2 en anonymisant l'identité de l'étiquette.


  • Résumé

    Internet of things (IoT) is currently on our doorsteps. Numerous domains have beneted from this technology. It ranges from a simple application such as identifying an object up to handling a more complex system. The Radio Frequency IDentication (RFID) is one of the enabling technologies that drive the IoT to its position today. It is small, cheap and does not require any additional power sources. Along with its ubiquitous functionality, this technology enables the positioning of an object within a specic area. Ambient Assisted Living (AAL) is one of the many domains that benet from the IoT. It aims at assisting elderly people in their daily routines by providing new assistive services in smart homes for instance. RFIDs in a smart home come as a great help to an elderly person, for example, to nd an object that they misplaced. However, even with all its benets in simplifying our lives, it is unfortunately double-edged where the advantage that it brings to an object could in turn go against itself. Indeed to be able to help the older adults to locate an object, the system requires certain data in relation to the positioning of the object and its identication. As the passive RFID tag coverage is very small, once its presence is detected, it is dicult to hide it. The ability of this technology in localizing objects gives an opportunity to a third person to take an advantage of the system. In parallel with the persistent and constant need of privacy and secrecy by the users, the objective of this thesis consists of improving the privacy in localizing an object through a new protocol based on the latest version of the RFID second generation passive tag. The proposed protocol must be able to prevent an object from being identied and located by unauthorized parties or a malicious reader. The rst contribution of this work is the assessment of the RFID anti collision management. It is performed through the creation of an OMNET++ framework, modelled and built based on the latest RFID standard developed by GS1 and incorporated by ISO/IEC called Gen2V2 (RFID class 2 Generation 2 Version 2). It is a passive RFID tag that does not require any internal power sources to operate. It communicates using the UHF frequency. The Gen2V2 standard provides a list of cryptographical suites that can be used as a method to authenticate a tag and a reader. This new generation of tags is supported by an alliance of manufacturers called RAIN (RAdio frequency IdenticatioN) that promotes the adoption of the Gen2V2. The anti collision management overall performance is then compared with its theoretical value and four of its cryptographical suites namely PRESENT80, XOR, AES128 and cryptoGPS. Among the performances evaluated within the framework is the number of collisions and the duration required to interrogate a group of tags. Note that an addition of a localization functionality within the framework reveals that exchanged messages through wireless channel prior to the authentication can lead to a malicious localization of an object. To increase the localization privacy within AAL application, we propose therefore a second contribution which is a new localization method that is based on the current Gen2V2 standard exchanges by anonymizing the tag identity.


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