基于智能卡的X.509身份認證

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年02月19日

    摘 要：身份認證中的關(guān)鍵技術(shù)是身份信息的安全存儲、處理和傳遞，本文提出了一種基于智能卡的 X.509身份認證方案，設計了一套基于 X.509的身份認證協(xié)議，將智能卡作為存儲身份信息的載體，密碼運算都在智能卡內部進(jìn)行，認證過(guò)程安全性好。在開(kāi)放的網(wǎng)絡(luò )環(huán)境中，此方案可較好地防止中間人攻擊，驗證用戶(hù)身份。 
    主題詞：身份認證；智能卡；X.509協(xié)議

    1引言

    計算機網(wǎng)絡(luò )是一把“雙刃劍”，既可大大方便人們的工作、生活，又使不法分子非法竊取、篡改網(wǎng)絡(luò )信息成為可能。如何確保特定的資源被合法用戶(hù)訪(fǎng)問(wèn)，成為保證網(wǎng)絡(luò )和信息安全的首要條件。網(wǎng)絡(luò )身份認證成為解決此問(wèn)題的關(guān)鍵技術(shù)，它通過(guò)雙方交換一些可信物，證實(shí)身份的正確性。許多專(zhuān)家和學(xué)者都提出了一些有效的身份認證方法。

    口令機制通過(guò)核對用戶(hù)名和口令驗證用戶(hù)身份，但口令易被猜測和截取?；谏锾卣鞯恼J證機制利用用戶(hù)獨有生物特征鑒別身份，但基于此方案的設備造價(jià)高?；谥悄芸ǖ恼J證機制是一種雙因子身份認證方式，內部提供硬件保護措施和加密算法，可安全存貯用戶(hù)身份信息，進(jìn)行密碼運算，整體安全性好，且易攜帶，實(shí)現一卡多用，應用較普遍?；诿艽a技術(shù)的身份認證方法，主要是在認證過(guò)程中提供安全的認證協(xié)議，保證信息傳遞的安全性?；赬.509認證協(xié)議使用較廣泛。

    2基于X.509協(xié)議的認證機制分析

    X.509協(xié)議是一種強身份認證協(xié)議，它利用公鑰密碼技術(shù)，借助可信第三方權威機構――證書(shū)中心CA頒發(fā)的證書(shū)，辨別雙方的身份，實(shí)現身份認證。

    2.1X.509身份認證原理

    X.509認證協(xié)議中，密碼由互不相同的公鑰和私鑰構成，私鑰由用戶(hù)秘密保存，公鑰與用戶(hù)身份通過(guò)證書(shū)綁定，是公開(kāi)的。證書(shū)是符合X.509規范，包括用戶(hù)的身份、公鑰、頒發(fā)證書(shū)的CA的身份和CA對證書(shū)的簽名等。若通信雙方都擁有自己的證書(shū)和私鑰，當一方要讓對方確認自己的身份時(shí)，可用自己的私鑰簽名認證消息，發(fā)送給對方。對方收到消息后，只需用發(fā)方的公鑰驗證簽名，如果能正確解開(kāi)消息，則可認為發(fā)方具有合法身份。CA對證書(shū)的簽名可確保證書(shū)的可信性，當一方收到證書(shū)后，可通過(guò)驗證證書(shū)上的簽名，區別真偽，防止網(wǎng)絡(luò )上身份假冒。在實(shí)際應用中，還要采用一些防重放、防中間人攻擊等手段。

    2.2X.509身份認證方式

    X.509規定了單向、雙向和三向三種認證方式，提供不同層次的安全認證［1］。系統中用到的符號及認證過(guò)程的具體描述如下：

    （1） A、B：主體A、B的身份信息。 
    （2） PA（）、PB（）：主體A和主體B公鑰加密的信息。 
    （3） SA（）、SB（）：主體A和主體B私鑰簽名的信息。 
    （4） tA、tB：主體A、B產(chǎn)生的時(shí)間戳，為雙方檢查消息延遲的參數。
    （5） rA、rB：主體A、B發(fā)送的一次性隨機數，作為雙方檢查消息重放攻擊的參數。

    X.509認證交換協(xié)議框圖如圖1。

    假定認證雙方都知道對方的公鑰。單向認證僅為①步。在雙向認證中包括①和②兩步。三向認證將雙向認證的兩次的時(shí)間戳置為零或不送，而接收檢查時(shí)不檢查時(shí)間戳。第三步傳遞的數據為③。

    單向認證通過(guò)A到B的單向通信，確認數據是A發(fā)送的。雙向認證增加了來(lái)自B的應答，A可識別B已收到自己發(fā)送的消息。這兩種認證方式加入了時(shí)間標記，可防止攻擊者重放攻擊，但要求雙方系統時(shí)間同步，技術(shù)上難以達到。三向認證協(xié)議中，雙方可以通過(guò)驗證返回的隨機數防止重放攻擊，技術(shù)上容易實(shí)現。三向認證協(xié)議安全性最好?；赬.509協(xié)議的認證技術(shù)，利用公鑰加密算法和數字證書(shū)對認證過(guò)程中傳遞的信息進(jìn)行驗證和保護，私鑰不會(huì )在網(wǎng)絡(luò )上傳輸，不必在網(wǎng)上傳遞口令或指紋等敏感信息。攻擊者雙方交換的信息，可有效地保證通信雙方身份的真實(shí)性和不可抵賴(lài)性。

    3基于智能卡的X.509身份認證方案

    3.1智能卡的特點(diǎn)及功能

    智能卡包括卡內操作系統 COS和算法庫兩個(gè)模塊。COS負責對所傳送的信息進(jìn)行安全性檢查和處理，防止卡與終端之間通信數據被非法竊取或篡改，保證數據正確傳輸；管理芯片內存儲的各種數據；檢查接收到的命令的各項參數是否正確，執行相應操作。 [2][3]

    智能卡可根據不同需要擴展密碼算法庫，實(shí)現下列密碼算法：

    1) 對稱(chēng)加密算法——DES算法、3DES算法、RC４、RC５算法； 
    2) 摘要(散列值)算法——SHA－1算法、MD5算法；
    3) 非對稱(chēng)加密算法——RSA算法、DSA算法、ECC算法。 

    本方案中COS可根據需要運行上面密碼算法，進(jìn)行卡上的密鑰生成和信息加密、簽名、驗證運算。 

    3.2 智能卡安全機制分析

    智能卡芯片內的文件分為MF、DF和EF三種。MF(主文件)是所有文件的根文件；DF文件是目錄文件；EF是基本文件，用來(lái)存儲具體的數據和記錄，也是COS命令所要操作的具體對象。

    每個(gè)DF或MF下有且只有一個(gè)KEY文件，在任何情況下密鑰均無(wú)法讀出。在KEY文件中可存放多個(gè)密鑰，在滿(mǎn)足KEY文件的增加、使用、修改權限時(shí)，才可增加、使用和修改密鑰。每種密鑰具有其獨立性，用于一種特定功能的密鑰不可作為它用。因此可通過(guò)KEY文件，控制智能卡中存儲數據的安全性。

    本設計中，EF分為密鑰、證書(shū)及識別用戶(hù)身份的 PIN碼；支持以下幾種密鑰：個(gè)人密碼(PIN)、外部認證密鑰、內部認證密鑰、Crypt密鑰、PIN解鎖密鑰、PIN重裝密鑰、應用維護密鑰等。整個(gè)系統，密碼運算、口令校驗均在智能卡內部完成，并且進(jìn)出智能卡的信息進(jìn)行安全性的檢查和處理。 [5]

    3.3 基于智能卡的X.509身份認證系統

    3.3.1基于智能卡的X.509身份認證系統體系結構

    基于智能卡的X.509身份認證系統由認證客戶(hù)端、認證服務(wù)器、目錄服務(wù)器、密碼提供器、證書(shū)機構組成，如圖2所示。 [4] [5]

圖2 基于智能卡的X.509身份認證系統體系結構

    證書(shū)機構（CA）管理用戶(hù)公鑰證書(shū)。從智能卡中導出公鑰，結合用戶(hù)提供的身份信息，生成公鑰證書(shū)，然后將公鑰證書(shū)寫(xiě)入智能卡，發(fā)布至目錄服務(wù)器。管理證書(shū)撤銷(xiāo)列表。