CN112669021A - 一种基于移动终端的数字货币硬件钱包 - Google Patents

Abstract

提供一种基于移动终端的数字货币硬件钱包。移动终端上安装有可信执行环境，并具有安全元件SE，由运行在普通操作系统上的数字货币钱包用户程序110、运行在TEE OS上的数字货币钱包可信交互程序120、运行在SE安全芯片上的数字货币钱包交易程序(130)协同工作，进行数字货币交易，包括以步骤：用户程序110向可信交互程序120发起交易请求，可信交互程序120验证用户程序110的程序包名称和程序包签名，可信交互程序120显示TUI页面，用户输入账户、金额、钱包密码等信息，点击确定，可信交互程序120向交易程序130执行外部认证，可信交互程序120向交易程序130发送交易功能APDU指令，交易程序130接收指令后执行数字货币资产的交易计算，并返回交易指令响应。

Description

一种基于移动终端的数字货币硬件钱包

技术领域

本发明涉及一种基于移动终端的数字货币硬件钱包，尤其涉及硬件钱包的安全性。

背景技术

目前，数字货币钱包主要分为两种类型，一种是APP形式的软件钱包；另一种则是基于SE(安全芯片)的硬件钱包。硬件钱包是将数字货币资产(币值、密钥、交易凭证、交易记录)等数据储存在SE中，在SE中完成数字货币运算、支付、同步等操作。

现有硬件钱包是带有SE的专用嵌入式设备，SE中存储数字货币资产，通常带有密码键盘和显示屏。用户日常消费要携带额外的专用设备，便捷性差。如果没有键盘或显示屏，需要借助智能手机输入钱包密码、交易参数或确认交易信息，安全性差。

现有的APP形式的软件钱包，运行在智能手机上。数字货币资产由软件保护存储在手机，或由数字货币后台系统管理。在智能手机上输入钱包密码、交易参数、确认交易信息，安全性差。数字货币资产存储在手机上的，软件保护的安全级别较低，无法提供物理安全防护。数字货币资产由后台系统管理的，不支持脱机交易，便捷性差。

发明内容

本发明针对上述现有技术的问题，第一目的在于提高基于移动终端的数字货币硬件钱包的安全性。

本发明的第一技术方案为,移动终端100上安装有可信执行环境，并具有安全元件(SE)，由运行在普通操作系统上的数字货币钱包用户程序110、运行在TEE OS上的数字货币钱包可信交互程序120、运行在SE安全芯片上的数字货币钱包交易程序130协同工作，进行数字货币交易，包括以步骤：

步骤1(T01)，数字货币用户程序110向数字货币钱包可信交互程序120发起交易请求，

步骤2(T02)，数字货币钱包可信交互程序120验证数字货币用户程序110的程序包名称和程序包签名，

步骤3(T03)，数字货币钱包可信交互程序120显示TUI页面，用户输入账户、金额、钱包密码等信息，点击确定，

步骤4(T04)，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币钱包交易程序130执行外部认证，

步骤5(T05)，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币钱包交易程序130发送交易功能APDU指令，数字货币钱包交易程序130接收指令后执行数字货币资产的交易计算，并向数字货币钱包可信交互程序120返回交易指令响应，

步骤6(T06)，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币用户程序(110)返回交易响应。

第二技术方案基于第一技术方案,骤2(T02)中，数字货币钱包可信交互程序120启动时，向TEE注册允许访问的数字货币钱包用户程序110的白名单，该白名单至少包括数字货币钱包用户程序110的程序包名称、签名证书公钥，TEE根据这个白名单对数字货币钱包用户程序110的请求进行访问控制，

数字货币钱包可信交互程序120响应来自数字货币钱包用户程序110的访问请求，拒绝其他数字货币钱包用户程序110的访问请求。

第三技术方案基于第二技术方案,步骤3(T03)中，数字货币钱包可信交互程序120支持用户在TUI中输入交易参数，如金额、账户、密码等信息，

用户在数字货币钱包用户程序110中核验交易信息或输入交易参数时，可能会受到其他恶意程序攻击；而数字货币钱包可信交互程序120的TUI运行于TEE可信执行环境中，用户在TUI中核验交易信息或输入交易参数，可避免恶意软件的嗅探或截取、篡改信息内容。利用TUI提供的虚拟键盘配置，如数字键盘、字母键盘、符号键盘，可以实现与Rich OS中一致的输入体验，并保证信息的安全性，

数字货币钱包可信交互程序120支持在TUI环境下显示交易信息、确认按钮、取消按钮。

第四技术方案基于第三技术方案,步骤4(T04)中，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币钱包交易程序130发送获取随机数指令；

数字货币钱包交易程序130生成随机数RND1，并返回给数字货币钱包可信交互程序120，

数字货币钱包可信交互程序120用外部认证密钥对RND1进行加密，密文发送给数字货币钱包交易程序130；

数字货币钱包交易程序130用外部认证密钥对密文解密，得到RND2，

数字货币钱包交易程序130比较RND1和RND2，若一致则认证通过，否则认证失败，结束交易。

第五技术方案基于第一至第四的任意一项技术方案,步骤5(T05)中，数字货币钱包交易程序130至少支持查询余额指令、付款指令、收款指令、同步指令。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。在附图中：

图1为数字货币硬件钱包的系统结构说明图；

图2为白名单对数字货币钱包用户程序的合法性验证；

图3为外部认证密钥对数字货币钱包可信交互程序的合法性验证；

图4为数字货币硬件钱包的初始化流程图；

图5为数字货币硬件钱包的交易流程图；

具体实施方式

本发明提供了许多可应用的创造性概念，该创造性概念可大量的体现于具体的上下文中。在下述本发明的实施方式中描述的具体的实施例仅作为本发明的具体实施方式的示例性说明，而不构成对本发明范围的限制。

本发明的目的是在智能手机上实现数字货币硬件钱包。实现硬件钱包以及钱包各组件之间的合法性认证，在高安全性的基础上提供便捷的交易服务。

图1为数字货币硬件钱包的系统结构说明图，如图1所示：本发明的运行系统由智能手机100，数字认证中心200，银行系统300所构成。

智能手机100。

智能手机100上安装有可信执行环境(Trusted Execution Environment，简称TEE)120，并具有安全元件(Secure Element，简称SE)130，由其对数据进行保护。

智能手机100包含以下模块：

数字货币钱包用户程序110。

数字货币钱包用户程序110运行在普通操作系统(Rich Operating System，简称Rich OS)中，例如Android，数字货币钱包用户程序110可以访问TEE中的数字货币钱包可信交互程序(TA)。数字货币钱包用户程序110例如可执行查询余额、充值、提现、付款、收款等功能。

数字货币钱包可信交互程序120。

TEE是一个与Rich OS并行运行的独立的可信执行环境，为Rich OS环境提供安全服务。TEE的可信UI(Trusted User Interface，简称TUI)功能提供可信的人机交互接口。

数字货币钱包可信交互程序120为运行在TEE OS中的可信交互程序。数字货币钱包可信交互程序120可以访问SE中的数字货币钱包交易程序130。支持在TUI中输入钱包密码、输入交易参数(金额、账号等)、显示和确认交易信息。

数字货币钱包交易程序130。

SE为支持加载多应用程序的安全芯片，数字货币钱包交易程序130为运行在SE中的安全应用程序。数字货币钱包交易程序130保存数字货币资产，支持数字货币运算。

数字认证中心200。

数字认证中心200发行钱包证书等，包括钱包证书生成程序210。数字认证中心200为现有的数字认证中心(现有技术)。

银行系统300。

银行系统300为用于数字货币的交易和结算，包括银行交易系统程序310。银行系统300采用现有的银行系统。

以下对数字货币硬件钱包的使用进行说明。

在钱包初始化和钱包交易过程中，数字货币钱包可信交互程序120验证数字货币钱包用户程序110的合法性，数字货币钱包交易程序130验证数字货币钱包可信交互程序120合法性，是逐层验证合法性的过程。数字货币钱包可信交互程序120验证数字货币钱包用户程序110的合法性是通过数字货币钱包可信交互程序120中的白名单实现，数字货币钱包交易程序130验证数字货币钱包可信交互程序120合法性是通过外部认证密钥实现。

即，在数字货币钱包可信交互程序120中设置白名单，通过白名单验证数字货币钱包用户程序110的合法性，其方法如图2所示：

步骤L01，数字货币钱包用户程序110向数字货币钱包可信交互程序120发送请求消息，TEE可获得至少包括数字货币钱包用户程序110的程序包名称、签名证书的信息。

步骤L02，数字货币钱包可信交互程序120启动，向TEE注册允许访问的数字货币钱包用户程序110的白名单，该白名单至少包括数字货币钱包用户程序110的程序包名称、签名证书公钥，TEE根据这个白名单对数字货币钱包用户程序110的请求进行访问控制。

步骤L03，数字货币钱包可信交互程序120响应来自数字货币钱包用户程序110(具有特定的程序包名称和签名证书)的访问请求，拒绝其他数字货币钱包用户程序110的访问请求，即，数字货币钱包可信交互程序120只响应来自数字货币钱包用户程序110(具有特定的程序包名称和签名证书)的访问请求。

数字货币钱包交易程序130具有外部认证密钥，通过外部认证密钥对数字货币钱包可信交互程序120进行合法性验证，其过程如图3所示：

步骤S1，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币钱包交易程序130发送获取随机数指令；

步骤S2，数字货币钱包交易程序130生成随机数RND1，并返回给数字货币钱包可信交互程序120；

步骤S3，数字货币钱包可信交互程序120用外部认证密钥对RND1进行加密，密文发送给数字货币钱包交易程序130；

步骤S4，数字货币钱包交易程序130用外部认证密钥对密文解密，得到RND2；

步骤S5，数字货币钱包交易程序130比较RND1和RND2，若一致则认证通过，否则认证失败。

因此，只有通过外部认证后才能执行其他操作。没有外部认证密钥的其它外部模块无法访问数字货币钱包交易程序130。

在逐层验证合法性的基础上，数字货币硬件钱包的初始化流程分为钱包个人化、钱包开立初始化、钱包开立这3个阶段，如图4所示：

钱包个人化阶段。

向SE写入个人化数据，具体步骤如下：

步骤I01，(对应上述L01)数字货币钱包用户程序110向数字货币钱包可信交互程序120发送个人化请求命令，命令中包括有程序包名称和签名证书信息。

步骤I02，(对应上述L02-L03)数字货币钱包可信交互程序120接收到程序包名称和签名证书信息，并通过白名单检查信息的合法性，如果不合法则向数字货币钱包用户程序110返回错误信息，合法则进入步骤I03。

步骤I03，(对应上述S01-S05)数字货币钱包交易程序130通过外部认证命令验证数字货币钱包可信交互程序120的合法性，如果认证不通过，则向数字货币钱包用户程序110返回错误信息，通过时进入步骤I04。

步骤I04，在完成合法性检查后，数字货币钱包交易程序130根据个人化请求命令中的个人化信息(例：硬件钱包发行方证书、数字货币发行方证书、硬件钱包交易限额等)进行个人化处理，个人化处理完成后，返回数字货币用户程序110。

钱包个人化阶段之后进入钱包开立初始化阶段，具体步骤如下：

步骤I05，数字货币用户程序110发出请求开立初始化，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币钱包交易程序130发送开立初始化命令，数字货币钱包交易程序130生成公私钥对，并用公私钥对生成相应的证书请求，以及生成其他开立参数，并将结果返回给数字货币用户程序110。

其中，数字货币钱包可信交互程序120与数字货币钱包交易程序130之间是通过APDU指令进行交互。

数字货币钱包交易程序130除支持生成密钥对、加密解密、签名验签功能外，还具有保存数字货币资产的功能，至少包括保存币值、密钥对、交易凭证、交易记录的功能。

钱包开立初始化阶段之后进入钱包开立阶段，具体步骤如下：

步骤I06，钱包证书发行机构验证数字货币钱包交易程序130生成的证书请求并签发证书，数字货币用户程序110请求开立，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币钱包交易程序130发送开立命令，数字货币钱包交易程序130验证和存储钱包证书，并将结果返回数字货币用户程序110。

以上对硬件钱包的初始化和开立进行了说明。以下对数字货币硬件钱包的交易进行说明。

数字货币硬件钱包的交易流程，如图5所示：

步骤T01，用户通过界面操作，使数字货币用户程序110向数字货币钱包可信交互程序120发起交易请求；

步骤T02，(对应上述L02-L03)数字货币钱包可信交互程序120验证数字货币用户程序110的程序包名称和程序包签名；

步骤T03，数字货币钱包可信交互程序120显示TUI页面，用户输入账户、金额、钱包密码等信息，点击确定；

用户在数字货币钱包用户程序110中核验交易信息或输入交易参数时，可能会受到其他恶意程序攻击；而数字货币钱包可信交互程序120的TUI运行于TEE可信执行环境中，用户在TUI中核验交易信息或输入交易参数，可避免恶意软件的嗅探或截取、篡改信息内容。利用TUI提供的虚拟键盘配置，如数字键盘、字母键盘、符号键盘，可以实现与Rich OS中一致的输入体验，并保证信息的安全性。

数字货币钱包可信交互程序120支持用户在TUI中输入交易参数，如金额、账户、密码等信息。

数字货币钱包可信交互程序120支持在TUI环境下显示交易信息、确认按钮、取消按钮。TUI保护显示的交易信息不被篡改、劫持、泄露，保护用户的确认、取消操作不被劫持或假冒。用户在确认交易信息正确后点击确认按钮完成交易，也可以取消交易。TUI中设定有时间限制，如果用户长时间不操作，TUI会自动超时退出，交易将被取消。

步骤T04，(对应上述S01-S05)数字货币钱包可信交互程序120向数字货币钱包交易程序130执行外部认证；

步骤T05，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币钱包交易程序130发送交易功能APDU指令，数字货币钱包交易程序130接收指令后执行数字货币资产的交易计算，并向数字货币钱包可信交互程序120返回交易指令响应；

数字货币钱包交易程序130至少支持查询余额指令、付款指令、收款指令、同步指令。

步骤T06，数字货币钱包可信交互程序120向数字货币用户程序110返回交易响应。

本发明技术方案的有益效果：

由于钱包的公私钥对、钱包证书、数字货币资产等关键数据由SE存储和管理，私钥只能在SE内部使用，具有严密管控的物理安全保护的高等级安全级别。

由于在移动终端内置的SE实现密钥生成、密钥管理和数字货币交易计算，实现硬件钱包各组件之间的合法性认证，在保证高安全性的基础上进一步提高了使用便捷性。

由于在钱包初始化和钱包交易过程中，TEE程序验证Rich OS程序的合法性，SE程序验证TEE程序的合法性，SE程序运行在SE安全芯片内部，具有完整的闭环访问控制，可避免钱包的初始化和交易过程受到恶意程序攻击。

在使用TEE的TUI功能输入和显示数字货币交易信息，可避免开放操作系统中的恶意程序截获、盗取或篡改用户数据。

应该注意的是，上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。

Claims (5)

1.基于移动终端的数字货币硬件钱包，其特征在于,移动终端(100)上安装有可信执行环境，并具有安全元件(SE)，由运行在普通操作系统上的数字货币钱包用户程序(110)、运行在TEE OS上的数字货币钱包可信交互程序(120)、运行在SE安全芯片上的数字货币钱包交易程序(130)协同工作，进行数字货币交易，包括以步骤：

步骤1(T01)，数字货币用户程序(110)向数字货币钱包可信交互程序120发起交易请求，

步骤2(T02)，数字货币钱包可信交互程序(120)验证数字货币用户程序110的程序包名称和程序包签名，

步骤3(T03)，数字货币钱包可信交互程序(120)显示TUI页面，用户输入账户、金额、钱包密码等信息，点击确定，

步骤4(T04)，数字货币钱包可信交互程序(120)向数字货币钱包交易程序(130)执行外部认证，

步骤5(T05)，数字货币钱包可信交互程序(120)向数字货币钱包交易程序(130)发送交易功能APDU指令，数字货币钱包交易程序130接收指令后执行数字货币资产的交易计算，并向数字货币钱包可信交互程序(120)返回交易指令响应，

步骤6(T06)，数字货币钱包可信交互程序(120)向数字货币用户程序(110)返回交易响应。

2.根据权利要求1所述的基于移动终端的数字货币硬件钱包，其特征在于，所述步骤2(T02)中，数字货币钱包可信交互程序(120)启动时，向TEE注册允许访问的数字货币钱包用户程序(110)的白名单，该白名单至少包括数字货币钱包用户程序(110)的程序包名称、签名证书公钥，TEE根据这个白名单对数字货币钱包用户程序(110)的请求进行访问控制，

数字货币钱包可信交互程序(120)响应来自数字货币钱包用户程序(110)的访问请求，拒绝其他程序的访问请求。

3.根据权利要求2所述的基于移动终端的数字货币硬件钱包，其特征在于,所述步骤3(T03)中，数字货币钱包可信交互程序(120)支持用户在TUI中输入交易参数，如金额、账户、密码等信息，

用户在数字货币钱包用户程序(110)中核验交易信息或输入交易参数时，可能会受到其他恶意程序攻击；而数字货币钱包可信交互程序(120)的TUI运行于TEE可信执行环境中，用户在TUI中核验交易信息或输入交易参数，可避免恶意软件的嗅探或截取、篡改信息内容，利用TUI提供的虚拟键盘配置，如数字键盘、字母键盘、符号键盘，可以实现与Rich OS中一致的输入体验，并保证信息的安全性，

数字货币钱包可信交互程序(120)支持在TUI环境下显示交易信息、确认按钮、取消按钮。

4.根据权利要求3所述的基于移动终端的数字货币硬件钱包，其特征在于，所述骤4(T04)中，数字货币钱包可信交互程序(120)向数字货币钱包交易程序130发送获取随机数指令；

数字货币钱包交易程序130生成随机数RND1，并返回给数字货币钱包可信交互程序(120)，

数字货币钱包可信交互程序(120)用外部认证密钥对RND1进行加密，密文发送给数字货币钱包交易程序130；

数字货币钱包交易程序(130)用外部认证密钥对密文解密，得到RND2，

数字货币钱包交易程序(130)比较RND1和RND2，若一致则认证通过，否则认证失败，结束交易。

5.根据权利要求1至4中任一项所述的基于移动终端的数字货币硬件钱包，其特征在于，所述步骤5(T05)中，数字货币钱包交易程序130至少支持查询余额指令、付款指令、收款指令、同步指令。

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