基于智能IC卡的網(wǎng)絡(luò )數據安全保密系統
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年03月04日
一、 系統組成
智能IC卡是一種內部具有存儲和處理能力的集成電路卡?？ㄔ陧憫獠考顣r(shí)其本身能修改或建立數據。它由微處理器(MCU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存儲器 (RAM)、電可擦除可編程存儲器(EEPROM)、保密邏輯及輸入輸出單元組成。
智能IC卡實(shí)際上就是一個(gè)具有很高安全特性的單片機，它的操作系統稱(chēng)為COS，其主要功能是：
1、用戶(hù)信息管理： 在EEPROM里管理和處理用戶(hù)指定的文件。對文件系統的管理包括創(chuàng )建文件、選擇文件、寫(xiě)文件、讀文件和修改文件等
2、數據安全保護： 對文件系統中文件的讀、寫(xiě)，都受預先定義的訪(fǎng)問(wèn)屬性的保護。未經(jīng)授權的文件讀寫(xiě)操作不能進(jìn)行。對文件的安全保護措施包括系統認證、PIN認證以及數據加密和解密。
3、卡和讀卡器之間的通信管理： 卡的接收/發(fā)送給讀卡器的信息具備了安全的防盜和防破壞能力。
智能IC卡網(wǎng)絡(luò )數據安全保密系統是一個(gè)集智能IC卡技術(shù)、數據加密技術(shù)、數字簽名技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò )技術(shù)于一體的集成化系統。它充分利用了智能IC卡的安全特性，設計了多種安全保護措施，能夠對應用系統中的網(wǎng)絡(luò )數據進(jìn)行最嚴密的保護。
智能IC卡網(wǎng)絡(luò )數據安全保密系統由計算機網(wǎng)絡(luò )數據庫(應用系統)、讀卡器、密鑰卡、操作卡和卡操作接口組成。
1、 計算機網(wǎng)絡(luò )數據庫
計算機網(wǎng)絡(luò )數據庫是整個(gè)系統保護的對象。網(wǎng)絡(luò )采用C/S結構。特殊數據庫存放在網(wǎng)絡(luò )中心的數據庫服務(wù)器里，分布在各個(gè)地方的工作站可以向服務(wù)器請求數據查詢(xún)、統計、更改和處理等服務(wù)。而在請求服務(wù)的同時(shí)，操作人員必須使用存有個(gè)人信息、訪(fǎng)問(wèn)權限的智能IC卡(定義為操作卡)，服務(wù)器端經(jīng)過(guò)對操作員的安全認證后，才能提供相應的服務(wù)。
2、 讀卡器
智能IC卡讀卡器是對IC卡進(jìn)行讀寫(xiě)操作的設備，它的基本功能是完成對卡的讀寫(xiě)操作和進(jìn)行數據處理。它可以是獨立的設備，通過(guò)接口與計算機連接，也可以作為一個(gè)部件，嵌入到計算機系統中。它可以獨立實(shí)現讀寫(xiě)、顯示、數據處理等功能，也可以與計算機或其它系統聯(lián)合完成對卡的操作。把讀卡器操作指令加載于應用系統程序中，即可實(shí)現主計算機對讀卡器以及IC卡進(jìn)行操作控制。
本系統設計的讀卡器，其安全管理模塊由可插拔的智能IC卡實(shí)現。這個(gè)卡定義為密鑰卡，因為密鑰卡中存儲著(zhù)系統的密鑰。這樣設計的特點(diǎn)是：讀卡器的安全功能由密鑰卡實(shí)現；保護密鑰卡而達到保護讀卡器的目的；只有在插入密鑰卡的情況下，讀卡器才能工作。
讀卡器的其它組成部件包括卡座、通信接口、顯示單元和按鍵及控制裝置等。完成的任務(wù)主要有卡的認證、讀寫(xiě)、信息處理存儲、控制及通信等。
3、 密鑰卡
密鑰卡是本系統中安插在讀卡器中的一個(gè)安全組件。它的第一個(gè)作用是對讀卡器進(jìn)行保護，是讀卡器上的一個(gè)組成部分，讀卡器上如果不插密鑰卡，就不可能對卡進(jìn)行操作；第二個(gè)作用是對操作卡進(jìn)行合法性認證；第三個(gè)作用是記錄操作卡的操作使用信息。
密鑰卡內的公有文件包括：
STCF(安全測試控制文件) 描述本系統操作的安全保護文件。
ATR(復位應答文件) 對卡與外界通信進(jìn)行描述，并指出卡的類(lèi)型
SKF(密鑰文件) 存放密鑰文件
RSK(隨機數文件) 存放隨機數種子文件
4、 操作卡
操作卡保存有多種有關(guān)持卡人的基本信息?？▋瘸嗽O有與密鑰卡公有文件相同的文件外，還設有以下幾個(gè)文件：
基本信息文件 存儲持卡人的基本信息。在發(fā)卡時(shí)，將持卡人信息記錄在卡內。這些信息包括姓名、工作單位、卡號、卡編號、有效期限、操作權限和口令等。
操作記錄文件：記錄卡的使用操作情況。
權限控制文件：保存持卡人對數據或程序的操作權限。操作權限包括中心通卡、分中心通卡和站點(diǎn)卡
安全控制文件：保存卡的安全數據和定義卡的安全屬性
5、 應用程序接口
本系統通過(guò)提供有限的卡操作命令實(shí)現與被保護的應用系統的連。這些命令包括選擇文件、讀卡、寫(xiě)卡、更改記錄、更改口令和加密/解密等。
二、 系統的安全機制
1、 智能IC卡的安全特性
智能IC卡具有最嚴密的安全保密措施。它的安全性體現在從生產(chǎn)到銷(xiāo)毀卡的整個(gè)生命周期中。
生產(chǎn)中的安全性：卡芯片是在非常嚴密的環(huán)境中生產(chǎn)的，生產(chǎn)中確保不會(huì )泄漏有關(guān)卡芯片的技術(shù)和工藝等資料。
傳輸中的安全性：卡從生產(chǎn)廠(chǎng)運輸到銷(xiāo)售商或開(kāi)發(fā)商，最后到用戶(hù)，整個(gè)運輸過(guò)程中都用卡的傳輸密鑰進(jìn)行保護?？ㄔ诖娣牌陂g也使用同樣的保護措施。
發(fā)行中的安全性：卡發(fā)行時(shí)寫(xiě)入發(fā)行者的密鑰、特性描述以及持卡人的基本信息和個(gè)人認證碼(PIN)
使用中的安全性：卡在使用的過(guò)程中要進(jìn)行內部認證和外部認證，確?？ê妥x卡器都是合法的；還要進(jìn)行PIN認證，以確保持卡人的合法性。
銷(xiāo)毀中的安全性：智能IC卡可以多次發(fā)行使用，如果確定某張卡不再使用，要在安全的環(huán)境中將其銷(xiāo)毀，以免外流被非法使用。
2、 系統的安全保護
系統認證：當應用系統啟動(dòng)時(shí)，系統向讀卡器發(fā)出復位操作指令，通過(guò)讀卡器對密鑰卡上電，密鑰卡以ART(answer to reset)的方式返回10個(gè)字節數字。這些字節是在密鑰卡初始化時(shí)生成的，其中有3位標志位，依據密鑰卡的類(lèi)型寫(xiě)入不同的字母，系統會(huì )根據所接收的數據進(jìn)行判斷，確定密鑰卡是否插在正確的位置并且是合法的。插入操作卡后，讀卡器對它的操作主要由密鑰卡進(jìn)行。這個(gè)過(guò)程中，密鑰卡首先判斷有無(wú)操作卡插入，然后判斷操作卡的標志位是否正確，最后判斷操作卡的類(lèi)型是否正確。系統認證確保所使用的操作卡和密鑰卡是合法的，而且使用正確。
C/R認證：C/R認證是讀卡器對操作卡的認證。當確認已經(jīng)把操作卡正確地插入讀卡器后，進(jìn)行C/R認證。它是檢查卡的合法性的一個(gè)過(guò)程。系統首先向密鑰卡發(fā)出獲得隨機數命令，向它獲取隨機數，同時(shí)這些隨機數在密鑰卡中使用DES算法進(jìn)行加密。系統得到隨機數后，將它送到操作卡中加密，也使用DES算法，然后系統再將加密后的隨機數送回密鑰卡中與密鑰卡中加密的隨機數進(jìn)行比較，如果兩者相同，證明操作卡合法，密鑰卡與用戶(hù)卡匹配。反之，說(shuō)明操作卡不合法。C/R認證能夠進(jìn)一步確保操作卡的合法性，拒絕非法操作卡的入侵，保證了系統的安全性。
PIN認證：C/R認證通過(guò)后，對操作卡的合法性沒(méi)有懷疑。下一步進(jìn)行PIN認證，首先持卡人從讀卡器輸入口令，然后由卡判別輸入的口令是否和本身注冊時(shí)的口令一致。如果一致，說(shuō)明卡的使用者是合法的持卡人；否則，判定持卡人非法，拒絕對卡進(jìn)一步的操作，同時(shí)給出提示，鎖定應用系統，使操作者無(wú)法對應用系統進(jìn)行操作，從而保護了應用系統的安全。
操作卡和密鑰卡都需要通過(guò)PIN認證。每次開(kāi)機時(shí)，使用密鑰卡進(jìn)行管理員PIN認證；每次操作時(shí)，使用操作卡只進(jìn)行操作員PIN認證。
數據加密：由于所要保護的應用系統的數據都具有安全保密的要求，特別是在網(wǎng)絡(luò )上傳輸數據時(shí)，如果不對數據進(jìn)行加密，容易被第三方截獲，會(huì )造成數據泄密或者非法篡改。所以在網(wǎng)絡(luò )上傳輸的數據必須經(jīng)過(guò)加密處理。本系統中使用的加密算法是DES。密鑰分別保存在與每個(gè)站點(diǎn)以及服務(wù)器相連的讀卡器密鑰卡文件里。
支持數字簽名技術(shù)：本系統支持數字簽名技術(shù)。由于數字簽名有不可偽造和不可否認的特性，因此在應用系統進(jìn)行數據傳輸時(shí)，可以使用數字簽名技術(shù)進(jìn)行數據傳遞，在很大程度上提高系統的安全性和抗攻擊能力。數字簽名技術(shù)使用RSA算法。本系統在操作卡上設有密鑰文件，保存持卡人的私鑰、服務(wù)器端的公鑰，在服務(wù)器上建立存放操作員公鑰的數據庫，用于實(shí)現數字簽名。
