CPU卡應用方案和密碼管理技術(shù)
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：中國一卡通網(wǎng) 收編 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月08日
本文以L(fǎng)EGIC的CPU卡應用方案——“卡中卡”為例，對CPU卡應用中的加密算法進(jìn)行了綜合性介紹，指出基于通用加密方法的CPU系統的安全 性也存在一定的安全隱患。建議CPU卡應用時(shí)選用通過(guò)安全認證（GP，EAL+），最好是采用AES加密方法的CPU卡技術(shù)；在COS的選擇上，最好采用 具有通訊安全認證的系統，以及最好采用JAVA基礎的COS，如JCOP等。
端到端的安全性
在整個(gè)讀卡的過(guò)程中，LEGIC提供的CPU卡應用方案，不單從最前端的卡片上為數據保密，到最終把讀取的數據從讀卡器發(fā)出去的過(guò)程中，都有非常嚴密的保護。圖1是卡片到數據在空中的傳輸，到讀卡器收集數據，到讀卡器把數據傳輸的一個(gè)點(diǎn)對點(diǎn)的數據安全示意圖。
圖1
1、卡片內的數據保護
該CPU卡獨有的MTSC（主令牌系統）是一個(gè)密鑰管理系統。而每個(gè)令牌內都存有一個(gè)密鑰基因。保護數據的密鑰是由密鑰基因加上卡 片的UID號，通過(guò)運算程式，在卡片初始化的過(guò)程中而產(chǎn)生的。所以卡片經(jīng)過(guò)初始化后，就建立了“一卡一密”和“一扇一密”來(lái)保護扇段內的數據。采用的加密 方法，除了通用的DES、3DES、SHA-1之外，也有新的CPU卡應用中采用AES加密方法。由于系統提供的讀頭及CPU卡上應用程序，并支持在線(xiàn)更 新，安全保障有了保證。
系統不單對卡片內的數據作出保護，如應用需要的話(huà)，就連公開(kāi)的序列號（UID）也可以進(jìn)行加密保護。這樣就可保證UID的唯一性，也同時(shí)增強安全性。
系統雖然應用了多樣化密鑰（DiversifyKey）的概念去保護卡內的數據，但每一種芯片卡的密鑰運算程式都不一樣。這對“黑 客”而言，破解一種芯片的密鑰運算方法，不代表同時(shí)把其他種類(lèi)的芯片一起解破，實(shí)際上，他又要從頭開(kāi)始。除了傳統高安全的邏輯加密技術(shù)之外，寫(xiě)在CPU卡 內的數據不單只靠COS的密鑰保護，同時(shí)也保護自己的數據，這樣不只更安全，而且不會(huì )和其他應用發(fā)生沖突，這也是CPU卡應用上的獨到之處。
2、讀卡器和卡片之間的數據傳輸
所有讀卡器和卡片在通訊開(kāi)始時(shí)，都會(huì )通過(guò)一個(gè)鑒證程序來(lái)確保在讀卡器前面的卡片是不是一張真正的CPU卡片，而非“克隆卡”。這樣做的好處是，可以防止有人嘗試盜取空中傳輸數據的企圖。
讀卡器和卡片之間的通訊是絕對不會(huì )把保護數據的密鑰在空中傳輸，這是為了確保密鑰的安全性。
所有數據的傳輸都可選用自有的加密方法，也可以選用市場(chǎng)上通用的DES、3DES或AES（只在A(yíng)FS4096上實(shí)現）的加密方法。這樣做的好處是，即使數據在傳輸中被盜取，也無(wú)法解開(kāi)數據本身的內容。
所有數據的傳輸都可以加驗證功能（CRCCheck），這樣也確保了數據傳輸的穩定性以及可靠性。
3、讀卡器的安全性
CPU卡的讀卡器都有自動(dòng)消除令牌功能，以配合讀卡器一經(jīng)非法打開(kāi)，存儲的令牌將自動(dòng)消除。這相對用PSAM卡儲存密鑰要安全得多。因為萬(wàn) 一坐卡器或POS終端被盜，PSAM卡也會(huì )一起被盜?，F時(shí)的PSAM卡技術(shù)和對應的DES算法被廣泛應用，但它的安全性一直存在爭論。其一，DES作為 lucifer算法的改進(jìn)版本，但卻從lucifer算法的密碼長(cháng)度128位，變成了56位。56位的密碼應該不足以抵御窮舉攻擊。其二，DES內部結構 中至關(guān)重要的S盒的設計標準是保密的，無(wú)法確信真是安全。而密碼相關(guān)信息存于芯片內部，安全性更好。
CPU卡的讀卡器需接受相關(guān)令牌的授權才可對相關(guān)的卡片作出讀寫(xiě)操作，無(wú)需進(jìn)行密碼的傳遞。授權卡是實(shí)物形式，可以授權及取回，從而減少管理風(fēng)險。
4、讀卡器到電腦通訊安全
讀寫(xiě)器到電腦之間的通訊，還可以采用鑒證及加密來(lái)實(shí)現數據保護。其實(shí)現與無(wú)線(xiàn)接口的三次認證類(lèi)似，不再詳述。以上所有不同的安全功能，都在技術(shù)基層上增加了本身的復雜性，相對的也增加了技術(shù)本身的抗破解能力。
密碼管理系統
密碼管理一般包括密碼生成、密碼分散、密碼傳遞，下面的密碼管理是建設部的密碼管理的介紹。
密鑰卡中新密鑰的產(chǎn)生主要有兩類(lèi)方式：即直接在密鑰卡中產(chǎn)生新密鑰；在其它安全設備中產(chǎn)生新密鑰，然后裝載到密鑰卡中。產(chǎn)生新密鑰 的數據，可以是碼單、密鑰種子等形式。碼單實(shí)際上是密鑰種子的一種形式，它將種子數據分成幾部分，分別由不同的人控制，這樣可以提高系統的安全性。
不同的應用密鑰是根據加密算法進(jìn)行分散運算取得的。經(jīng)過(guò)從種子數據、到應用主密鑰、地區分密鑰、卡分散密鑰等多層次逐級分散。 密鑰分散的目的，即使某個(gè)子密鑰泄露了，那也不會(huì )威脅管理主密鑰的安全，因為無(wú)法從子密鑰和分散數據推導出主密鑰，從而提高了系統的安全性，降低了安全風(fēng) 險和管理成本。
密碼傳輸過(guò)程中，用傳遞密碼來(lái)保護其安全性。
從密碼管理系統的各環(huán)節不難看出，其管理復雜程序是很大的，而且主要依靠人或制度來(lái)管理。還要使用專(zhuān)用的加密機。例如商密管理條例 規定，泄露商用密碼技術(shù)秘密、非法攻擊商用密碼或者利用商用密碼，從事危害國家的安全和利益的活動(dòng)，情節嚴重，構成犯罪的，依法追究刑事責任。
密碼管理方法除了建設部用的加密機來(lái)管理密碼外，還有采用物理化的密碼管理方法。只要實(shí)物管理好令牌（實(shí)物卡），就能保護好系統的安全性。
主令牌系統
該CPU卡應用方案，對每個(gè)合作伙伴發(fā)出的令牌都是全世界唯一的。所以，從每一個(gè)令牌所產(chǎn)生的所有子令牌，也是全世界唯一的。每一 個(gè)令牌都可以生成256個(gè)子令牌，每個(gè)子令牌又可以生成256個(gè)子子令牌，依此類(lèi)推，最多可生成12層深。這就是一個(gè)很大的主令牌系統，其結構如圖2所 示。
圖2
每一個(gè)子令牌可以編成3種不同功能的授權卡
IAM卡：用作初始化授權卡（IAM+：可以限制發(fā)卡的數量）；
SAM卡：用作初始化應用系統；
GAM卡：通用授權卡，可生成下一級的子令牌。
2、每一個(gè)生成出來(lái)的子令牌的權限都是可以控制的
例如：這令牌能否再生成下一級的令牌；這令牌能否自我生成另一個(gè)同樣的子令牌，這樣整個(gè)令牌系統都在操控之中。
而且初始化卡片的令牌（IAM）和初始化讀卡器的令牌（SAM）是分開(kāi)兩個(gè)不同的令牌，這可實(shí)現更高安全性。
卡中卡技術(shù)
在現有市場(chǎng)上的大部分非接觸式技術(shù)，都是用邏輯加密技術(shù)，因絕大部份的非接卡本身不帶CPU，所以加密的程序還是不及接觸式的 CPU卡。而且，非接觸式的卡可以不停地被嘗試去讀和試，這是有利于黑客不停地去嘗試破解。雖然接觸式的CPU卡比較安全，而且內存量要比邏輯加密卡要大 很多，但正常的損壞還是會(huì )發(fā)生。
這樣，結合了CPU卡和非接觸式卡的雙界面卡，就產(chǎn)生了，如圖3所示。
圖3
因此，雙界面技術(shù)，結合了射頻技術(shù)和接觸式技術(shù)的優(yōu)勢——內存大、靈活、非接觸式以及安全性極高。
