CN100461137C - 硬加密密码键盘装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及密码键盘装置，旨在提供一种安装在银行自动柜员机等金融终端的硬加密密码键盘装置。包括安全微控制器单元和分别与安全微控制器单元连接的数据存储器单元、金属键盘、通信接口单元，设有安全检测单元，封装有环氧树脂的柔性印制电路板包裹安全微控制器单元和数据存储器单元。该装置通过三重保护防止不法分子撬开窃取保密数据；特别设计了信息清除单元；增加隔离电路单元；USB接口和串口接口两种通信接口自由选择，可以便捷地与金融终端主控系统的对应接口连接，装载在金融终端上；增加SAM卡的接口和应用，以满足进一步的应用需求。

Description

硬加密密码键盘装置

技术领域

本发明涉及一种密码键盘装置，特别涉及一种安装在银行自动柜员机(ATM)等金融终端的硬加密密码键盘装置。

背景技术

随着金卡工程的实施，越来越多的持卡人通过自动柜员机等金融终端进行转帐、消费、存取款。与此同时，金融计算机犯罪也随出现不断增加的趋势，密码键盘作为金融终端的一部分，成为不法分子攻击的重点，有的不法分子通过扫描装置或微波技术，拦截传输信号，破解持卡人的密码甚至更改传输数据，使持卡人的利益受到危害；有些不法分子通过撬取加密键盘的数据存储器，解读存储银行的工作密钥、主密钥，达到窃取银行资料的野心，直接威胁到银行资料和资金的安全。

现有的密码键盘本身的安全是通过内部的一个或二个机械开关来实现，机械开关对外壳的拆除动作进行监测，一旦键盘的外壳被打开，就会触动内部的机械开关达到保护的目的，但该方法存在明显的缺陷，不法分子可以通过解剖其中一个后发现这个保护措施的漏洞，从中找到其它的攻击点而不触动机械开关，然后在第二个键盘装置上可以轻松绕开这个保护装置，从而可以非法获取银行密钥、密码等安全信息。现有的密码键盘由于存储安全数据的存储器与其它外部电路之间没有特殊的隔离电路，不法分子也可以通过特殊技术利用其外部电路来探测银行保密数据，给银行带来巨大损失。

目前，通过USB接口进行通信传输的方式已日臻成熟，它的传输更为快捷、连接更为便捷，已得到了普遍应用，而传统的串口由于传输速度慢、操作繁琐无法满足现有的需求，因此在使用上要求既能适应USB接口，又能适应传统的串口传输。

另外为了支持行业应用和密钥的导入以及EMV2000的推广应用，增加SAM卡接口和应用，以满足今后的应用需求。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术中的不足，提供一种安全稳定的硬加密密码键盘装置，通过加密运算，实现交易过程中关键数据的加密。

为了解决上述技术问题，本发明是通过以下技术方案实现的：

本发明提供了一种硬加密密码键盘装置，包括安全微控制器单元201和分别与安全微控制器单元201连接的数据存储器单元202、金属键盘203、通信接口单元204，金属键盘203内部设有一个防拆微动开关，金属键盘203与安全微控制器单元201相连接的导电橡胶、防拆微动开关、外围封装有环氧树脂材料的柔性印制电路板以及安全检测电路共同组成安全检测单元207，封装有环氧树脂的柔性印制电路板包裹安全微控制器单元201和数据存储器单元202；金属键盘203由一块金属输入键盘和电路接口组成，用于人工输入数字密码以及取消、更正、确认、帮助操作，所有操作指令以电平的形式通过导电橡胶被安全微控制器单元201接收并暂存于数据存储器单元202，其中防拆微动开关、导电橡胶、柔性印制电路板中只要任意一种受到破坏，安全检测电路检测到防拆微动开关、导电橡胶、柔性印制电路板中任意一种的状态变化，立即给安全微控制器单元201发送自毁信号，安全微控制器单元201收到自毁信号后自动清除数据存储器单元202中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据。

作为本发明的一种改进，有一信息清除单元209与所述数据存储器单元202连接，信息清除单元209由轻触开关及电路组成，用于人工清除数据存储器单元202中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据。

作为本发明的一种改进，有一SAM卡单元206通过隔离电路单元208与安全微控制器单元201连接。

所述SAM卡单元206由SAM卡控制芯片及SAM卡座组成，用于SAM认证卡的安装及认证过程的控制。

所述隔离电路单元208由隔离芯片及外围电路组成，防止通过SAM卡单元206探测数据存储器单元202数据。

作为本发明的一种改进，有一备份电池单元205与安全微控制器单元201连接，用于在断电情况下为数据存储器单元202提供备份电源。

作为本发明的一种改进，所述通信接口单元204包括串口部分和USB接口部分，串口部分由串口芯片和接口组成串口接口电路，USB接口部分是由USB口芯片和接口组成USB接口电路。

本发明的硬加密密码键盘装置具有以下有益效果：

(1)安全检测单元通过三重保护防止不法分子撬开硬加密密码键盘装置来窃取保密数据，保证了银行数据的安全性。

(2)特别设计了信息清除单元，用于人工清除数据存储器单元中的保密数据，保证硬加密密码键盘装置在脱离金融终端后，维修人员和其他人员无法获取银行的保密数据。

(3)增加隔离电路单元，防止采用特殊仪器通过SAM卡单元等外部单元来探测数据存储器单元中的保密数据。

(4)USB接口和串口接口两种通信接口自由选择，可以便捷地与金融终端主控系统的对应接口连接，装载在金融终端上。

(5)为支持行业应用和密钥的导入以及EMV2000的推广应用，增加SAM卡的接口和应用，以满足进一步的应用需求。

附图说明

图1是本发明的一种实施例的原理框图；

图2是本发明的一种实施例的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述：

参考附图1，本实施例提供了一种硬加密密码键盘装置，它包括安全微控制器单元201、数据存储器单元202、金属键盘203、通信接口单元204、备份电池单元205、SAM卡单元206、隔离电路单元208、信息清除单元209，其中数据存储器单元202、通信接口单元204、备份电池单元205与安全微控制器单元201连接，SAM卡单元206通过隔离电路单元208与安全微控制器单元201连接，金属键盘203内部设有一个防拆微动开关，金属键盘203与安全微控制器单元201相连接的导电橡胶、防拆微动开关、外围封装有环氧树脂材料的柔性印制电路板以及安全检测电路共同组成安全检测单元207，封装有环氧树脂的柔性印制电路板包裹安全微控制器单元201和数据存储器单元202。信息清除单元209与数据存储器单元202连接。

安全微控制器单元201是该装置的核心部分，由一片安全微控制器芯片及周围电路组成，负责逻辑判断、指令发布、数据处理的，内部设有硬件数据加密标准(DES)算法器，对客户密码进行加密。本实施例中可选用DALLAS 5250安全微控制器。

数据存储器单元202由存储芯片及周围电路组成，用于存储应用程序和保密数据，硬加密密码键盘装置应用程序存储于数据存储器单元202中，银行主密钥通过人工输入也存储于数据存储器单元202中，交易过程中从银行后台带回工作密钥，经银行主密钥加密后以密文的形式存储到数据存储器单元202中，另外交易过程中的临时数据也暂存于数据存储器单元202。本实施例中可选用hitachi公司生产的HM628512LTT存储芯片。

金属键盘203是提供客户输入数字密码的操作平台，由一块金属输入键盘和电路接口组成，用于人工输入数字密码以及取消、更正、确认、帮助操作，所有操作指令以电平的形式通过导电橡胶被安全微控制器单元201接收并暂存于数据存储器单元202中。

通信接口单元204包括串口部分和USB接口部分，串口部分是由通过串口芯片和接口组成串口接口电路，USB接口部分是由通过USB口芯片和接口组成USB接口电路，通信接口单元204直接与安全微控制器单元201相连接，是硬加密密码键盘装置与金融终端主控系统的通信接口。使用时可以通过USB接口或串口任意一种通信接口，便捷地与金融终端主控系统的对应接口连接，装载在金融终端上。

备份电池单元205由锂离子电池及周围电路组成，断电情况下为数据存储器单元202提供备份电源，保证硬加密密码键盘装置在运输过程中不丢失应用程序以及在交易掉电时数据存储器单元202内的应用程序、银行主密钥、工作密钥和暂存数据不会丢失，在硬加密密码键盘装置恢复供电后能正常使用。

SAM卡单元206由SAM卡控制芯片及SAM卡座组成，用于SAM认证卡的安装及认证过程的控制。在客户使用IC卡时，硬加密密码键盘装置的安全微控制器单元201根据金融终端主控系统的指令，运行数据存储器单元202中的内置软件，完成SAM卡与IC卡的双向认证，以满足行业应用和密钥的导入以及EMV2000的推广应用。本实施例中可选用Philips公司生产的TDA8007BHL/C3型号芯片。

安全检测单元207由位于金属键盘203内部的防拆微动开关、金属键盘203与安全微控制器单元201相连接的导电橡胶、外围封装有环氧树脂材料的柔性印制电路板以及安全检测电路组成。封装有环氧树脂的柔性印制电路板包裹安全微控制器单元201和数据存储器单元202，通过三重保护防止不法分子撬开硬加密密码键盘装置非法窃取数据储存器单元202中的保密数据。

隔离电路单元208由隔离芯片及外围电路组成，用于隔离SAM卡单元206与数据存储器单元202、安全微控制器单元201的数据线和地址线，防止通过SAM卡单元探测数据存储器单元202数据。本实施例中可选用SN74HC245PW和SN74HC541PW型号芯片。此处需要2块芯片一起工作

信息清除单元209由轻触开关及电路组成，用于人工清除数据存储器单元202中的保密数据，在硬加密密码键盘装置升级或返修前，银行工作人员轻按轻触开关，硬加密密码键盘装置的备份电池单元205即停止对数据存储器单元202供电，数据存储器单元202中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据自动清除，保证硬加密密码键盘装置在脱离金融终端后，维修人员和其他人员无法获取银行的保密数据。

本发明的安全微控制器单元201的加密原理：

安全微控制器单元201将客户输入的密码以密码块(PIN BLOCK)的形式暂存于数据存储器单元202，安全微控制器单元201根据金融终端主控系统的加密指令，从数据存储器单元202取得的密码块和工作密钥，根据加密指令选择ANSI9.8标准或IBM3624标准加密算法进行加密运算。完成加密后清除暂存于数据存储器单元202的密码块数据。

ANSI9.8标准加密算法：

DATA1[0]＝ANSI9_8

DATA1+1：   work_key     ---工作密钥索引(0-99)[1字节]

             flag          ---ENCRYPT加密[1字节]

         card_no      ---卡号(ASCII码)[16字节]

如将PIN码用00号work key加密以ANSI9.8方式取PIN BLOCK：

02 00 20 13 00 00 00 31 32 33 34 35 36 37 38 39 30 31 32 33 34 3536 03 36 06

返回：SUCCESS/FAIL    [1字节]

      DATA1＝Encrypt PIN  [8字节]

   if(SATAUS＝＝FAIL)

     return：DATA1：[FAIL NO][1字节]    ---返回错误代码

IBM3624标准加密算法：

DATA1[0]＝IBM3624

DATA1+1：work_key         ---工作密钥索引(0-99)[1字节]

                          工作密钥索引＝(100-199)时，报文紧

                          跟加密的PIN BLOCK密钥[8字节]；

                          用主密钥[work_key-100]进行解密后再

                          作为PIN BLOCK密钥；

flag                      ---ENCRYPT 加密[1字节]

initval                   ---补数[1字节]

如将PIN码用00号work key加密以IBM3624方式取PIN BLOCK：

用加密板里的工作密钥作IBM3624算法

02 00 05 13 01 00 00 ff 03 eb 06

本发明的安全检测单元207的工作原理：

安全检测单元207由位于金属键盘203内部的防拆微动开关、金属键盘203与安全微控制器单元201相连接的导电橡胶、外围封装有环氧树脂材料的柔性印制电路板以及安全检测电路组成。通过三重保护防止不法分子撬开硬加密密码键盘装置来非法窃取数据储存器单元202中的保密数据，防拆微动开关、导电橡胶、柔性印制电路板中只要任意一种受到破坏，数据存储器单元202中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据即自动清除。

防拆微动开关隐藏于金属键盘203内部，通过导电橡胶和电路与安全检测电路相连，在硬加密密码键盘装置正常工作情况下，防拆微动开关一直处于闭合状态，如果人为地撬开硬加密密码键盘装置的金属键盘203，防拆微动开关就处于打开状态，安全检测电路检测到该变化后立即给安全微控制器单元201发送自毁信号，安全微控制器单元201收到自毁信号后自动清除数据存储器单元202中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据。

导电橡胶位于金属键盘203与安全微控制器单元201电路相连接处，通过电路与安全检测电路相连，所有从金属键盘203输出的信号都要通过导电橡胶传送给安全微控制器单元201，如果人为的分离金属键盘203与安全微控制器单元201电路之间的导电橡胶，相当于断开金属键盘203中的防拆微动开关，安全检测电路检测到该变化后立即给安全微控制器单元201发送自毁信号，安全微控制器单元201收到自毁信号后自动清除数据存储器单元202中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据。

硬加密密码键盘装置的安全微控制器单元201和数据存储器单元202完全由柔性印制电路板包围，柔性印制电路板外围封装有环氧树脂材料，在柔性印制电路板上印刷有两组导线，两组导线分别与安全检测电路相连，安全检测电路能检测到导线上的电平信号。如果不法分子想获取数据存储器单元202中的保密数据，就必需先打开环氧树脂和柔性印制电路板，打开环氧树脂和柔性印制电路板必然造成柔性印制电路板的破损，导致柔性印制电路板上两组导线断路或短路，只要任何一组导线断路或者短路，其电平信号即发生变化，安全检测电路检测到导线的电平信号发生变化后立即给安全微控制器单元201发送自毁信号，安全微控制器单元201收到自毁信号后自动清除数据存储器单元202中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据。

参考图2，本发明在实际应用中的处理流程：

1.安全微控制器201单元通过通信接口单元204收到金融终端主控系统发送的“可输密码”指令，打开金属键盘203的输入功能。

2.客户通过金属键盘203输入密码并确认。

3.安全微控制器单元201将6位密码以密码块(PIN BLOCK)的形式暂存于数据存储器单元202，同时，通过通信接口单元204向金融终端主控系统逐次输出6位“*”。

4.金融终端主控系统收到6位“*”后，向硬加密密码键盘装置发布加密指令。

5.安全微控制器单元201从数据存储器单元202取得密码块和工作密钥。

6.硬加密密码键盘装置根据金融终端主控系统加密指令，选择ANSI 9.8标准或IBM3624标准加密算法。

7.安全微控制器单元201对客户密码进行ANSI 9.8标准或IBM3624标准加密算法运算，完成客户密码的加密。

8.安全微控制器单元201将数据打包传输给金融终端主控系统，并清除暂存于数据存储器单元202的密码块数据，完成客户密码的加密传输。

最后，还需要注意的是，以上列举的仅是本发明的具体实施例子。显然，本发明不限于以上实施例子，还可以有许多变形。本领域的普通技术人员能从本发明公开的内容直接导出或联想到的所有变形，均应认为是本发明的保护范围。

Claims (5)

1.一种硬加密密码键盘装置，包括安全微控制器单元(201)和分别与安全微控制器单元(201)连接的数据存储器单元(202)、金属键盘(203)、通信接口单元(204)，其特征在于，金属键盘(203)内部设有一个防拆微动开关，金属键盘(203)与安全微控制器单元(201)相连接的导电橡胶、防拆微动开关、外围封装有环氧树脂材料的柔性印制电路板以及安全检测电路共同组成安全检测单元(207)，封装有环氧树脂的柔性印制电路板包裹安全微控制器单元(201)和数据存储器单元(202)；金属键盘(203)由一块金属输入键盘和电路接口组成，用于人工输入数字密码以及取消、更正、确认、帮助操作，所有操作指令以电平的形式通过导电橡胶被安全微控制器单元(201)接收并暂存于数据存储器单元(202)，其中防拆微动开关、导电橡胶、柔性印制电路板中只要任意一种受到破坏，安全检测电路检测到防拆微动开关、导电橡胶、柔性印制电路板中任意一种的状态变化，立即给安全微控制器单元(201)发送自毁信号，安全微控制器单元(201)收到自毁信号后自动清除数据存储器单元(202)中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据。

2.根据权利要求1所述的硬加密密码键盘装置，其特征在于，有一信息清除单元(209)与所述数据存储器单元(202)连接，信息清除单元(209)由轻触开关及电路组成，用于人工清除数据存储器单元(202)中的工作密钥、银行主密钥、运用程序和暂存数据。

3.根据权利要求1所述的硬加密密码键盘装置，其特征在于，有一SAM卡单元(206)通过隔离电路单元(208)与安全微控制器单元(201)连接；

所述SAM卡单元(206)由SAM卡控制芯片及SAM卡座组成，用于SAM认证卡的安装及认证过程的控制；

所述隔离电路单元(208)由隔离芯片及外围电路组成，防止通过SAM卡单元(206)探测数据存储器单元(202)数据。

4.根据权利要求1所述的硬加密密码键盘装置，其特征在于，有一备份电池单元(205)与安全微控制器单元(201)连接，用于在断电情况下为数据存储器单元(202)提供备份电源。

5.根据权利要求1所述的硬加密密码键盘装置，其特征在于，所述通信接口单元(204)包括串口部分和USB接口部分，串口部分由串口芯片和接口组成串口接口电路，USB接口部分是由USB口芯片和接口组成USB接口电路。

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