攀枝花醫保管理系統IC卡數據結構分析

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：fondcard   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月17日

概　述 
       本文主要說(shuō)明醫保系統中采用的各種ＩＣ卡片中的數據結構及相互關(guān)系，是系統構成的重要技術(shù)性文章。 
       在本系統中，根據ＩＣ卡類(lèi)型可分為兩種：ＣＰＵ卡和ＳＬＥ４４２８邏輯加密卡；根據其應用功能的不同，可以分為：總控卡、密鑰傳輸卡、密鑰卡和醫?？ǎㄒ部梢越杏脩?hù)卡）。另外，由于系統管理的需要，特別添加了管理員卡（用于登錄發(fā)卡系統）。 
       其相互關(guān)系如下： 
一、 ＣＰＵ卡 
       本系統采用的ＣＰＵ卡系符合國家勞動(dòng)保障部規定的智能ＩＣ卡，芯片采用符合社保要求的國產(chǎn)華大芯片，自帶８位微處理器，數據存儲空間為８Ｋ ，ＣＰＵ卡的操作系統（ＣＯＳ）為廣東德生科技有限公司自主開(kāi)發(fā)并獲得社保認證的社保ＩＣ卡操作系統。目前已在廣東省、云南省等地區廣泛應用。 
       ＣＰＵ卡中所有信息都是以文件形式保存的，而文件又是以目錄形式組織的〔事實(shí)上，在ＣＰＵ卡里，目錄也被稱(chēng)為文件，叫專(zhuān)用文件（ＤＦ），而保存具體數據的文件叫基本文件（ＥＦ）〕，在創(chuàng )建文件的時(shí)候，即可以設置對該文件的操作限制，如允許直接讀、允許通過(guò)安全認證后改寫(xiě)、固化不得改寫(xiě)等。 
       而為了控制對不同的文件的讀寫(xiě)控制，又可以設置不同的密鑰（長(cháng)度為８／１６個(gè)字節），換言之，可以設置為要讀某一個(gè)文件，需驗證密鑰１，要改寫(xiě)該文件，則需驗證密鑰２，而要讀另外一個(gè)文件，又可以設置要求驗證密鑰３……這樣一來(lái)，其安全性得到了明顯的提高。 
二、 邏輯加密（ＳＬＥ４４４２） 
       邏輯加密卡常被通俗地叫成ＩＣ卡，它是通過(guò)一個(gè)邏輯安全機制，來(lái)控制卡片信息的讀／寫(xiě)操作的。 
４４２８卡有三重數據安全機制：卡片密碼、密碼錯誤計數器及數據保護。 
       １.卡片密碼：控制著(zhù)ＩＣ卡數據區數據的改寫(xiě)，即要改寫(xiě)ＩＣ卡的信息，必須驗證ＩＣ卡的密碼——保證卡上數據安全而不被撰改； 
       ２.卡片密碼錯誤計數器：當ＩＣ卡密碼驗證失敗時(shí)，該計數器減１，如果減到０，則該卡片物量鎖死，如果驗證成功，則該計數器恢復到初始值——防止惡意跟蹤和嘗試； 
       ３.數據保護指將寫(xiě)在ＩＣ卡上的信息進(jìn)行寫(xiě)保護操作，如同磁盤(pán)的寫(xiě)保護開(kāi)關(guān)，一旦寫(xiě)保護操作成功，則該數據信息不可改（可針對一個(gè)字節進(jìn)行寫(xiě)保護操作）——防止數據修改和保證唯一性。 
       本系統在ＩＣ卡（也就是醫?？ǎ┑陌踩巹澤?，采用了綜合、全面的安全措施，使得系統的安全性得到了最大限度的保障，其具體的措施如下： 
       １.最大的也是最核心的，一卡一密 
       首先說(shuō)明，很多ＩＣ卡應用中，都是用相同一個(gè)密碼，長(cháng)度一般為２－３個(gè)字節，其安全隱患在于如果有人破得了一張ＩＣ 卡的密碼，則整個(gè)系統將面臨危險。 
       一卡一密則很好地解決了這一問(wèn)題，它的原理是先從ＩＣ卡的數據保護區內讀取一個(gè)（唯一的、足夠長(cháng)的、不可改的）卡片序列號（ＳＮ），長(cháng)度為８個(gè)字節，然后通過(guò)標準的、通過(guò)安全認證的、通用的加密算法（３ＤＥＳ），進(jìn)行加密運算（ＤＥＡ），得到一個(gè)８字節的密文，對該密文進(jìn)行某種固定的取舍，即可得ＩＣ卡的密碼。 
       具體過(guò)程如下圖： 
       ２.卡序列號唯一并固定 
       相對來(lái)說(shuō)，該方案很多應用中都采用它，一來(lái)它可以保證卡片的合法性，另一方，也方便了ＩＣ卡的管理。防止一些回收卡重新非正常渠道流入應用中。 
       補充說(shuō)明：該序列號可以為明碼，也可以為密文 
       ３.數據加密 
       數據加密同樣也是應用得較多的一種安全措施，因為ＩＣ卡本身的原理是任何時(shí)候都可以讀取卡上的信息，試想，如果一個(gè)攻擊者可以輕易地看到你的目標和路徑的話(huà)，那他接下來(lái)想的一定是無(wú)論如何也要達到，而相反，如果一個(gè)攻擊者一開(kāi)始面對的就是漆黑一片，他幾乎很難讓自己再堅持走下去。（以上僅為個(gè)人想法） 
       ４.數據校驗碼和兩種校驗算法同時(shí)采用 
       數據校驗是防止外人惡意篡改，這也是信息安全的一種常用模式，也是必須采用的。 
       本系統采用兩種數據校驗算法，分別為：加權平均和求異或校驗碼長(cháng)度為１個(gè)字節，分高低２位ＢＣＤ碼，高位為加權平均值，低位為求異或。兩種算法同時(shí)應用，為系統的安全性加重了科學(xué)依據。 
       ５.ＣＰＵ卡的加入 
       ＣＰＵ卡加入為系統的安全性提供的最大的保障，ＣＰＵ卡主要應用在醫?？ㄆ艽a的計算和卡上數據區數據信息的加／解密。ＣＰＵ卡的加入，為系統增添了許多特點(diǎn)，如： 
       系統安全控制密鑰由用戶(hù)方領(lǐng)導入系統管理員共同輸入產(chǎn)生，卡片供應商、軟件開(kāi)商發(fā)無(wú)法獲知系統的原始密鑰； 
       ＣＰＵ卡在卡片內計算產(chǎn)生密文信息，避免了在程序中進(jìn)行數據加／解密運算所帶來(lái)的不確定因素； 
       ＣＰＵ卡為其本身的安全提供了嚴格的管理機制，系統將嚴格按此機制設計開(kāi)發(fā)發(fā)卡系統。 
       其它在此不再作詳細的論述。 
三、 總控卡 
       總控卡主要完成對所有ＣＰＵ卡的安全控制，包括通過(guò)它對密鑰傳輸卡的安全認證從而啟動(dòng)一般密鑰卡的發(fā)行；通過(guò)它解鎖密鑰卡上的操作口令；通過(guò)它完成已經(jīng)使用過(guò)的ＣＰＵ卡洗卡操作，從而清空ＣＰＵ中的安全數據等。 
       總控卡通過(guò)系統管理員輸入一串１６個(gè)字節的系統卡片總控密鑰產(chǎn)生。該總控密鑰該被分散到每一張密鑰卡中，作為密鑰卡合法性鑒別的依據。 
       具體關(guān)系圖如下： 
說(shuō)明：由于總控中存放的密鑰卡卡片主控密鑰系校驗密鑰卡的合法性，以使有別與其它應用中的ＣＰＵ卡，所以，它的安全性不是至關(guān)重要的。因此它的產(chǎn)生和管理也就相對來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單些。 
四、 密鑰傳輸卡 
       它的重要性就在于它存放了密鑰卡中真正進(jìn)行數據加密計算和醫?？ㄆ艽a計算的兩組密鑰，同時(shí)還存放了該密鑰產(chǎn)生的原碼串（也就是由負責領(lǐng)導輸入的原兩組原碼串和系統管理員輸入的分散因子），該卡將是系統安全的來(lái)源。 
       密鑰傳輸卡由總控卡控制發(fā)行，如下圖所示： 
密鑰傳輸卡中的信息結構： 
       １.由用戶(hù)方負責人直接輸入兩組１６個(gè)字符，通過(guò)系統轉換為ＢＣＤ碼。并由系統管理員輸入兩組分散因子（長(cháng)度為８個(gè)字節），分別為卡片密碼計算密鑰分散因子（ＰＳＵＢ）、卡片數據加密計算密鑰分散因子（ＤＳＵＢ）； 
       ２.以上三人輸入的字符串將分別保存在三個(gè)順序文件中：０００４、０００５、０００６； 
       ３.以上三人還要求分別輸入各自的口令，分別為：Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２，Ｐｉｎ３，長(cháng)度為２－８個(gè)字節，該口令控制著(zhù)各自的原碼信息讀出； 
       ４.將領(lǐng)導Ｉ輸入的原碼串對ＰＳＵＢ進(jìn)行分散，得８字節臨時(shí)密文Ｉ：ＰｋｅｙＬ； 
       ５.將領(lǐng)導ＩＩ輸入的原碼串對ＰＳＵＢ進(jìn)行分散，得８字節臨時(shí)密文ＩＩ：ＰｋｅｙＲ； 
       ６.ＰｋｅｙＬ ＆ ＰｋｅｙＲ＝Ｐｋｅｙ(卡片密碼計算密鑰)； 
       ７.將領(lǐng)導Ｉ輸入的原碼串對ＤＳＵＢ進(jìn)行分散，得８字節臨時(shí)密文Ｉ：ＤｋｅｙＬ； 
       ８.將領(lǐng)導ＩＩ輸入的原碼串對ＤＳＵＢ進(jìn)行分散，得８字節臨時(shí)密文ＩＩ：ＤｋｅｙＲ； 
       ９.ＤｋｅｙＬ ＆ ＤｋｅｙＲ＝Ｄｋｅｙ(卡片數據信息加／解密計算密鑰)； 
       １０.將卡片數據加／解密計算密鑰（Ｄｋｅｙ）保存到文件ＥＦ０１中，該文件的讀寫(xiě)控制為：改寫(xiě)：不允許；讀：卡片主控密鑰認證和線(xiàn)路加密； 
       １１.將卡片密碼計算密鑰（Ｐｋｅｙ）保存到文件ＥＦ０２中，該文件的讀寫(xiě)控制為：改寫(xiě)：不允許；讀：卡片主控密鑰認證和線(xiàn)路加密。 
       邏輯結構圖如下： 
       關(guān)于密鑰傳輸卡的一些安全特性如下： 
       １.其使用必須通過(guò)總控卡的有效性認證（認證卡片主控密鑰），本系統中所有密鑰卡的卡片主控密鑰（ＭＫ）都是一致的。該密鑰是對卡片合法性的有效認證； 
       ２.密鑰傳輸卡是系統安全數據源，有其有效的管理，也就是對系統安全性的管理。它是系統原始密鑰的； 
       ３.密鑰傳輸卡的原始密鑰數據的改寫(xiě)權限為不允許，讀操作要求驗證相應人員的ＰＩＮ，同時(shí)，數據在卡與終端的傳輸過(guò)程中采用了線(xiàn)路加密技術(shù)，防止他人截取。 
五、 管理員卡 
       管理員卡的加入，主要是為了加強對醫保發(fā)卡系統的有效管理，控制醫?？ǖ陌l(fā)行工作了密鑰卡的安全產(chǎn)生。 
       管理員卡按權限的不同，又分為系統管理員卡和發(fā)卡管理員卡，前者擁有發(fā)卡系統的全部操作權限，而后者則只能完成與發(fā)醫保ＩＣ 卡相關(guān)的操作，如數據鏈接、醫保ＩＣ卡的發(fā)行、重寫(xiě)以及數據清除等。 
       管理員卡是在總控卡和密鑰傳輸卡控制下產(chǎn)生的，具體過(guò)程如下圖： 
管理員卡的安全特性： 
       １． 管理員口令控制著(zhù)兩組密鑰的使用權 
       ２． 終端管理員對終端的安全管理就是對該密鑰卡的管理，同時(shí)，該密鑰卡又成為了終端管理員身份卡 
       ３． 終端管理員基本信息可以根據應用需要進(jìn)行擴充。 
       管理卡的數據結構如下圖： 
六、 密鑰卡（終端應用） 
       密鑰卡與管理員卡的數據結構幾乎是相同的，只是要密鑰卡的根目錄下添加了一個(gè)標識文件，具體內容請參見(jiàn)管理員卡。 
七、 醫保ＩＣ卡 
       醫保ＩＣ卡的數據結構主要分為三部分：前３２個(gè)字節的卡序列號（卡號）、持卡人基本信息、交易記錄。