非接觸CPU卡與M1卡加密系統(tǒng)比較

文章出處：http://xindazheng.cn 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2012年02月19日

     非接觸CPU卡與邏輯加密卡

    1、 邏輯加密存儲卡：在非加密存儲卡的基礎(chǔ)上增加了加密邏輯電路，加密邏輯電路通過校驗密碼方式來保護(hù)卡內(nèi)的數(shù)據(jù)對于外部訪問是否開放，但只是低層次的安全保護(hù)，無法防范惡意性的攻擊。

    早期投入應(yīng)用的非接觸IC卡技術(shù)多為邏輯加密卡，比如最為著名的Philips公司（現(xiàn)NXP）的Mifare 1卡片。非接觸邏輯加密卡技術(shù)以其低廉的成本，簡明的交易流程，較簡單的系統(tǒng)架構(gòu)，迅速得到了用戶的青睞，并得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計，截至去年年底，國內(nèi)各領(lǐng)域非接觸邏輯加密卡的發(fā)卡量已經(jīng)達(dá)到數(shù)億張。

    隨著非接觸邏輯加密卡不斷應(yīng)用的過程，非接觸邏輯加密卡技術(shù)的不足之處也日益暴露，難以滿足更高的安全性和更復(fù)雜的多應(yīng)用的需求。特別是2008年10月，互聯(lián)網(wǎng)上公布了破解MIFARE CLASSIC IC芯片（以下簡稱M1芯片）密碼的方法，不法分子利用這種方法可以很低的經(jīng)濟(jì)成本對采用該芯片的各類“一卡通”、門禁卡進(jìn)行非法充值或復(fù)制，帶來很大的社會安全隱患。因此，非接觸CPU卡智能卡技術(shù)正成為一種技術(shù)上更新?lián)Q代的選擇。

    2、非接觸CPU卡：也稱智能卡，卡內(nèi)的集成電路中帶有微處理器CPU、存儲單元（包括隨機(jī)存儲器RAM、程序存儲器ROM（FLASH）、用戶數(shù)據(jù)存儲器EEPROM）以及芯片操作系統(tǒng)COS。裝有COS的CPU卡相當(dāng)于一臺微型計算機(jī)，不僅具有數(shù)據(jù)存儲功能，同時具有命令處理和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等功能。

    （1）、非接觸CPU卡的特點（與存儲器卡相比較） 芯片和COS的安全技術(shù)為CPU卡提供了雙重的安全保證自帶操作系統(tǒng)的CPU卡對計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求較低，可實現(xiàn)脫機(jī)操作；可實現(xiàn)真正意義上的一卡多應(yīng)用，每個應(yīng)用之間相互獨立，并受控于各自的密鑰管理系統(tǒng)。存儲容量大，可提供1K-64K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲。
    （2）、獨立的保密模塊 -- 使用相應(yīng)的實體SAM卡密鑰實現(xiàn)加密、解密以及交易處理，從而完成與用戶卡之間的安全認(rèn)證。

    非接觸CPU卡安全系統(tǒng)與邏輯加密系統(tǒng)的比較

    密鑰管理系統(tǒng)（Key Management System），也簡稱KMS，是IC項目安全的核心。如何進(jìn)行密鑰的安全管理，貫穿著IC卡應(yīng)用的整個生命周期。

    1、非接觸邏輯加密卡的安全認(rèn)證依賴于每個扇區(qū)獨立的KEYA和KEYB的校驗，可以通過扇區(qū)控制字對KEYA和KEYB的不同安全組合，實現(xiàn)扇區(qū)數(shù)據(jù)的讀寫安全控制。非接觸邏輯加密卡的個人化也比較簡單，主要包括數(shù)據(jù)和各扇區(qū)KEYA、KEYB的更新，在期間所有敏感數(shù)據(jù)包括KEYA和KEYB都是直接以明文的形式更新。

    由于KEYA和KEYB的校驗機(jī)制，只能解決卡片對終端的認(rèn)證，而無法解決終端對卡片的認(rèn)證，即我們俗稱的“偽卡”的風(fēng)險。

    非接觸邏輯加密卡，即密鑰就是一個預(yù)先設(shè)定的固定密碼，無論用什么方法計算密鑰，最后就一定要和原先寫入的固定密碼一致，就可以對被保護(hù)的數(shù)據(jù)進(jìn)行讀寫操作。因此無論是一卡一密的系統(tǒng)還是統(tǒng)一密碼的系統(tǒng)，經(jīng)過破解就可以實現(xiàn)對非接觸邏輯加密卡的解密。很多人認(rèn)為只要是采用了一卡一密、實時在線系統(tǒng)或非接觸邏輯加密卡的ID號就能避免密鑰被解密，其實，非接觸邏輯加密卡被解密就意味著M1卡可以被復(fù)制，使用在線系統(tǒng)盡可以避免被非法充值，但是不能保證非法消費，即復(fù)制一張一樣ID號的M1卡，就可以進(jìn)行非法消費?，F(xiàn)在的技術(shù)使用FPGA就可以完全復(fù)制?；谶@個原理，M1的門禁卡也是不安全的。目前國內(nèi)80%的門禁產(chǎn)品均是采用原始IC卡的UID號或ID卡的ID號去做門禁卡，根本沒有去進(jìn)行加密認(rèn)證或開發(fā)專用的密鑰，其安全隱患遠(yuǎn)遠(yuǎn)比Mifare卡的破解更危險，非法破解的人士只需采用的是專業(yè)的技術(shù)手段就可以完成破解過程，導(dǎo)致目前國內(nèi)大多數(shù)門禁產(chǎn)品都不具備安全性原因之一，是因為早期門禁產(chǎn)品的設(shè)計理論是從國外引進(jìn)過來的，國內(nèi)大部分廠家長期以來延用國外做法，采用ID和IC卡的只讀特性進(jìn)行身份識別使用，很少關(guān)注卡與機(jī)具間的加密認(rèn)證，缺少鑰匙體系的設(shè)計；而ID卡是很容易可復(fù)制的載體，導(dǎo)致所有的門禁很容易幾乎可以在瞬間被破解復(fù)制；這才是我們國內(nèi)安防市場最大的災(zāi)難。

    2、非接觸CPU卡智能卡與非接觸邏輯加密卡相比，擁有獨立的CPU處理器和芯片操作系統(tǒng)，所以可以更靈活的支持各種不同的應(yīng)用需求，更安全的設(shè)計交易流程。但同時，與非接觸邏輯加密卡系統(tǒng)相比，非接觸CPU卡智能卡的系統(tǒng)顯得更為復(fù)雜，需要進(jìn)行更多的系統(tǒng)改造，比如密鑰管理、交易流程、PSAM卡以及卡片個人化等。密鑰通常分為充值密鑰（ISAM卡），減值密鑰（PSAM卡），身份認(rèn)證密鑰（SAM卡）。

    非接觸CPU卡智能卡可以通過內(nèi)外部認(rèn)證的機(jī)制，例如像建設(shè)部定義的電子錢包的交易流程，高可靠的滿足不同的業(yè)務(wù)流程對安全和密鑰管理的需求。對電子錢包圈存可以使用圈存密鑰，消費可以使用消費密鑰，清算可以使用TAC密鑰，更新數(shù)據(jù)可以使用卡片應(yīng)用維護(hù)密鑰，卡片個人化過程中可以使用卡片傳輸密鑰、卡片主控密鑰、應(yīng)用主控密鑰等，真正做到一鑰一用。

    非接觸CPU卡加密算法和隨機(jī)數(shù)發(fā)生器與安裝在讀寫設(shè)備中的密鑰認(rèn)證卡(SAM卡)相互發(fā)送認(rèn)證的隨機(jī)數(shù)，可以實現(xiàn)以下功能：

    (1) 通過終端設(shè)備上SAM卡實現(xiàn)對卡的認(rèn)證。
    (2) 非接觸CPU卡與終端設(shè)備上的SAM卡的相互認(rèn)證，實現(xiàn)對卡終端的認(rèn)證。
    (3) 通過ISAM卡對非接觸CPU卡進(jìn)行充值操作，實現(xiàn)安全的儲值。
    (4) 通過PSAM卡對非接觸CPU卡進(jìn)行減值操作，實現(xiàn)安全的扣款。
    (5) 在終端設(shè)備與非接觸CPU卡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是加密傳輸。
    (6) 通過對非接觸CPU卡發(fā)送給SAM卡的隨機(jī)數(shù)MAC1，SAM卡發(fā)送給非接觸CPU的隨機(jī)數(shù)MAC2和由非接觸CPU卡返回的隨機(jī)數(shù)TAC，可以實現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸驗證的計算。而MAC1、MAC2和TAC就是同一張非接觸CPU卡每次傳輸?shù)倪^程中都是不同的，因此無法使用空中接收的辦法來破解非接觸CPU卡的密鑰。

    3、非接觸CPU卡智能卡，可以使用密鑰版本的機(jī)制，即對于不同批次的用戶卡，使用不同版本的密鑰在系統(tǒng)中并存使用，達(dá)到密鑰到期自然淘汰過渡的目的，逐步更替系統(tǒng)中所使用的密鑰，防止系統(tǒng)長期使用帶來的安全風(fēng)險。

    非接觸CPU卡智能卡，還可以使用密鑰索引的機(jī)制，即對于發(fā)行的用戶卡，同時支持多組索引的密鑰，假如當(dāng)前使用的密鑰被泄漏或存在安全隱患的時候，系統(tǒng)可以緊急激活另一組索引的密鑰，而不用回收和更換用戶手上的卡片。

    非接觸CPU卡智能卡系統(tǒng)中，PSAM卡通常用來計算和校驗消費交易過程中出現(xiàn)的MAC碼，同時在計算的過程中，交易時間、交易金額、交易類型等交易信息也都參與運算，使得交易更安全更可靠。某些情況下，非接觸CPU卡智能卡系統(tǒng)中的PSAM卡還可以用來支持安全報文更新數(shù)據(jù)時MAC的計算，以及交易TAC的驗證。因此，與非接觸邏輯加密卡系統(tǒng)相比，非接觸CPU卡智能卡系統(tǒng)中的PSAM卡支持更廣泛的功能，也更為靈活、安全和復(fù)雜。通常非接觸CPU卡智能卡系統(tǒng)的PSAM卡還支持不同的密鑰版本。

    而非接觸CPU卡智能卡的個人化通?？梢苑譃榭ㄆ纯ê涂ㄆ瑐€人化兩個獨立的流程，前者創(chuàng)建卡片文件結(jié)構(gòu)，后者更新個人化數(shù)據(jù)，并注入相應(yīng)的密鑰。在信息更新和密鑰注入的過程中，通常都采用安全報文的方式，保證數(shù)據(jù)和密鑰更新的正確性和安全性。而且密鑰注入的次序和相互保護(hù)的依存關(guān)系，也充分體現(xiàn)了密鑰的安全設(shè)計，比如卡片主控密鑰通常被用來保護(hù)導(dǎo)入應(yīng)用主控密鑰，應(yīng)用主控密鑰通常被用來保護(hù)導(dǎo)入其他應(yīng)用密鑰，比如消費密鑰等。

    4、非接觸CPU卡的密鑰實現(xiàn)方式：

    （1） 硬密鑰：即在終端機(jī)具中安裝SAM卡座，所有的認(rèn)證都是由安裝在SAM卡座中的SAM卡進(jìn)行運算的，這樣在終端機(jī)具維修時，只要取出SAM卡座中的SAM卡，這臺終端機(jī)具就是空的了。所以所有的銀行設(shè)備都采用SAM卡的認(rèn)證模式。
    （2） 軟密鑰：終端機(jī)具中沒有SAM卡座，這個密鑰的運算實際上是由終端機(jī)具完成的，這樣客戶的密鑰就等于存在終端機(jī)具中，廠家拿回終端機(jī)具維修時，極易造成密鑰流失。

    總結(jié)以上所述，M1卡即邏輯加密卡采用的是固定密碼，而采用非接觸CPU卡智能卡采用的是動態(tài)密碼，并且是一用一密即同一張非接觸CPU卡智能卡，每刷一次卡的認(rèn)證密碼都不相同，這種智能化的認(rèn)證方式使得系統(tǒng)的安全性得到提高，特別是當(dāng)交易雙方在完成交易之后，收單方有可能擅自修改或偽造交易流水來達(dá)到獲利目的，為了防止終端偽造交易流水，系統(tǒng)要求卡片能夠產(chǎn)生由交易要素生成的交易驗證碼，在后臺清算時來對交易的有效性進(jìn)行驗證。非接觸式CPU卡則可以在交易結(jié)束時產(chǎn)生個交易驗證碼TAC，用來防止偽造交易。邏輯加密卡由于不具有運算能力，就不可能產(chǎn)生交易的驗證碼。

    所以，從安全性的角度來看， 從IC卡邏輯加密卡升級到CPU卡是一種必然的選擇。