CN101930644B - 一种银行卡支付系统中主密钥安全自动下载的方法及其系统 - Google Patents

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Abstract

一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法及其系统，所述银行卡支付系统包括销售点终端POS，终端管理系统TMS，密码键盘和硬件加密机，TMS调用加密机产生一对公私密钥，POS终端调用密码键盘随机生成主密钥TMK，并用TMS的公钥进行加密后上传给TMS，TMS调用加密机并用私钥解密TMK后存储，本发明TMK是随机产生的，传输过程也是封闭的，TMK明文不会出现在安全存储设备之外，在传输过程中都是利用公钥进行加密，TMK密文在TMS的加密机中才能解开，具有很高的安全性。

Description

一种银行卡支付系统中主密钥安全自动下载的方法及其系统
技术领域
本发明涉及银行卡支付系统，尤其涉及银行卡支付系统中主密钥的安全保护方式。
背景技术
银行卡(Bank Card)作为支付工具越来越普及，通常的银行卡支付系统，包括销售点终端(Point Of Sale：POS)，终端管理系统(Terminal ManageSystem：TMS)，密码键盘(PIN PAD)和硬件加密机(Hardware and SecurityModule：HSM)。
其中POS终端能够接受银行卡信息，具有通讯功能，并接受柜员的指令而完成金融交易信息和有关信息交换的设备；TMS系统对属下的POS终端进行集中管理，包括参数下载，密钥下载，接受、处理或转发POS终端的交易请求，并向POS终端回送交易结果信息的集中管理及交易处理系统；密码键盘(PIN PAD)是对TMK、PIK和MAK进行安全存储保护，以及对PIN进行加密保护的安全设备；硬件加密机(Hardware and SecurityModule：HSM)是对传输的数据进行加密的外围硬件设备，用于PIN的加密和解密、验证报文和文件来源的正确性以及存储密钥。个人标识码(Personal Identification Number；PIN)，即个人密码，是在联机交易中识别持卡人身份合法性的数据信息，在计算机和网络系统中任何环节都不允许PIN以明文的方式出现；终端主密钥(Terminal Master Key；TMK)：POS终端工作时，对工作密钥进行加密的主密钥，保存在系统硬件中，只能使用，不能读取；工作密钥(working key；WK)，也称为数据密钥，通常包括PIN加密密钥(简称PIK)和报文鉴别MAC计算的密钥(简称MAK)，工作密钥必须经常更新，在联机更新的报文中用终端主密钥(TMK)对工作密钥进行加密，形成密文后再进行传输。
POS终端广泛应用于银行卡支付场合，比如商场购物、酒店授权等，是一种不可或缺的现代化支付手段，已经融入人们的正常生活。银行卡(特别是借记卡)一般都由持卡人设置了PIN，在进行支付过程中，POS终端除了上送银行卡的磁道信息等资料之外，还要求持卡人输入PIN供发卡银行验证持卡人身份合法性，以确保银行卡支付安全，保护持卡人的财产安全。为了防止PIN泄露或被破解，要求从终端到发卡银行整个信息交互过程中，全程对PIN进行安全加密保护，不允许在计算机和网络系统中的任何环节，PIN以明文的方式出现。为此，目前能接受输入PIN的POS终端都要求配备密钥管理体系。
POS终端的密钥体系分成二级：终端主密钥(TMK)和工作密钥(WK)。其中TMK在WK更新的过程中对WK进行加密保护，每台POS终端与TMS之间共享唯一的TMK，必须要有安全保护措施，保证只能写入硬件设备并参与运算，不能被读取；WK包括用于对PIN加密的PIK和进行报文鉴别(MAC)的MAK两部分，均由TMS调用加密机产生，在POS终端向TMS签到时下载，并利用TMK加密传输和存储，其加密算法都是使用安全级别很高的3DES算法。具体工作密钥下载流程如图1所示：
POS终端向TMS发起签到请求；
TMS调用加密机随机生成用TMK加密的PIK和MAK；
POS终端接收从TMS返回的PIK和MAK密文，并存入密码键盘。
在银行卡支付过程中，通过键盘输入时，由密码键盘利用PIK对持卡人输入的PIN进行加密之后上送给TMS，然后TMS再对加密后的PIN通过调用加密机进行转换之后转发给发卡银行进行授权处理，整个传输过程中确保PIN都是利用硬件进行加密保护，其加密使用的3DES加密算法也是目前为止应用广泛安全级别很高的加密算法之一，通常应用在金融行业。
从上面的工作密钥下载过程中可以看出，TMK是一个很关键的根密钥。如果TMK被截取，PIK、MAK甚至PIN都可以利用3DES算法进行破解，将严重威胁银行卡支付安全。所以，TMK能否安全下载到POS终端，也就成为一个密码安全保护的关键步骤。下面我们把目前现有的TMK下载方法归纳如下：
由TMS生成TMK明文，手工方式直接输入到POS终端的密码键盘。这种方式存在很大的安全漏洞，具体操作人员很容易截取TMK明文，并且，还存在手工输入错误的可能性，严重影响后续的工作密钥下载和PIN加密。
IC卡明文导入，由TMS生成TMK明文，并写入IC卡，由POS终端从IC卡中读取TMK明文存入密码键盘。这种方式也存在很大的安全漏洞，TMK明文保存在IC卡中，只要拿到IC卡读取器，就可以轻易获取TMK明文，严重影响后续的工作密钥下载和PIN加密。
IC卡密文导入，由TMS生成的TMK用指定密钥(简称传输密钥)加密后存入IC卡，POS终端从IC卡中读取TMK密文后，再利用存放了传输密钥的IC卡进行解密之后再导入密码键盘。这种方式是在IC卡明文输入的基础上增强了加密传输功能，有所改进，只有具备传输密钥IC卡的人员才能获取TMK明文，减少了密钥在传输过程中存在的不安全因素。
母POS终端导入，TMS生成的TMK密文，经特制的POS终端(简称母POS终端)解密之后，直接导入与母POS终端通过串口连接的POS终端，减少了密钥导入过程中的不安全因素。这种方式的安全级别等同于IC卡密文导入方式，但存在终端携带不方便、很难在商户的现场直接导入TMK等缺点。
综上所述，对以上现有的TMK下载方法存在的主要缺点归纳如下：
手工输入方式存在人为失误的可能性。
明文输入存在严重的安全漏洞，也很容易被获取，特别是通过人工操作的人员。
IC密文导入和母POS导入虽然部分解决了传输过程中的安全隐患，但是传输密钥IC卡和母POS的保管，以及携带环节仍然存在比较大的安全隐患。
以上所有TMK下载手段均需要人工干预直接操作POS终端，即需要技术支持人员到布放POS终端的现场才能完成下载任务，人工成本比较高，特别是在POS终端数量比较多、故障终端机比较严重的情况下。
发明内容
本发明的目的在于：提供一种主密钥安全自动下载的方法，解决主密钥下载过程中的安全隐患。
一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法，所述银行卡支付系统包括销售点终端POS，终端管理系统TMS，密码键盘和硬件加密机。TMS调用加密机产生一对公私密钥，POS终端调用密码键盘随机生成主密钥TMK，并用TMS的公钥进行加密后上传给TMS，TMS调用加密机并用私钥解密TMK后存储。
进一步地，所述TMS调用加密机生成一对公私密钥，其中私钥在加密机中保存，公钥保存在TMS的数据库中，POS终端发起公钥下载请求，并接收TMS返回的公钥，并将所述公钥存入密码键盘。
进一步地，TMS接收到从POS终端传来的加密过的TMK后，由TMS调用加密机，利用私钥对TMK解密后将TMK明文直接存入加密机。当所述加密机不具有存储功能时，将TMK明文通过TMS预先设置的3DES密钥，对TMK进行加密后存储在TMS的数据库中。
进一步地，在TMS与POS终端的报文接口中定义一个TMK是否需要更新的标记，在正常情况下，所述标记设置为“无需更新”，当需要POS终端更新TMK时，只要POS终端向TMS发起任何请求，包括签到、交易等，则由TMS在报文接口中将“需要更新”标记设置在报文中，当POS终端在处理完TMS的正常应答之后，如果检测到“需要更新”的标记已经生效，则随后就会进行TMK的更新，完成TMK密钥的自动更新。TMS完成TMK的解密和存储后，答复POS终端是否已经更新TMK成功。
本发明揭示了一种实现主密钥安全下载的银行卡支付系统，包括销售点终端POS，终端管理系统TMS，密码键盘和硬件加密机，所述的TMS调用加密机产生一对公私密钥，其中私钥在加密机中保存，公钥保存在TMS的数据库中。所述的密码键盘存储从TMS下载的公钥，所述密码键盘随机产生TMK主密钥并利用从TMS下载的公钥进行加密。所述的加密机将采用公钥加密的TMK用私钥解密后存储或者解密后转换成3DES加密并存储。
进一步地，在TMS与POS终端的报文接口中定义一个TMK是否需要更新的标记，当需要POS终端更新TMK时，只要POS终端向TMS发起任何请求，包括签到、交易等，则由TMS在报文接口中将“需要更新”标记设置在报文中，当POS终端在处理完TMS的正常应答之后，如果检测到“需要更新”的标记已经生效，则随后就会进行TMK的更新，完成TMK密钥的自动更新；其他正常使用情况下，所述标记定义为“无需更新”。
本发明TMK是随机产生的，传输过程也是封闭的，TMK明文不会出现在安全存储设备(密码键盘和加密机)之外，在传输过程中都是利用公钥进行加密，TMK密文在TMS的加密机中才能解开，由于这种非对称的加密算法的安全性很高，就算被截取到密文也很难破解，完全解决了现有TMK下载过程中存在的安全漏洞。
附图说明
图1为现有技术的工作密钥下载流程；
图2为本发明公钥下载流程；
图3为本发明TMK更新流程。
具体实施方式
为了解决上述现有TMK下载过程中存在的缺陷，本发明提出了一种安全自动下载TMK的方法。对TMK的下载完全由TMS集中控制和管理，与POS终端的数据交换自动完成，在整个交换过程中，无需人工干预，既大大减少了人力成本，同时也保证了TMK传输过程的安全可靠。
为了确保TMK的安全传输，本方法中引入了公私密钥这种非对称加密算法。这种加密算法的思路是：首先由TMS调用加密机产生一对公私密钥，其中私钥保存在加密机中，公钥保存在TMS的数据库中，供POS终端下载，下载流程示意如图2所示，步骤如下：
TMS调用加密机生成一对公私密钥，其中私钥在加密机中保存，公钥保存在TMS的数据库中；
POS终端发起公钥下载请求；
POS终端接收TMS返回的公钥，并存入密码键盘。
在前面所述的TMK导入方法中，都是由TMS生成TMK，利用一些加密手段传输到POS终端，再由POS终端按照对应的解密手段获取TMK明文之后存入密码键盘，不管加密手段如何先进，都无法避免黑客或者内部人员根据同样的解密手段截取TMK明文。
在本文提出的设计方法中，则是采用反向生成TMK的方法，其具体过程是：TMK由POS终端在密码键盘中随机生成，利用前面下载的TMS公钥，直接在密码键盘中完成加密之后上传给TMS，再由TMS调用加密机，利用私钥对TMK解密后将TMK明文直接存入加密机，明文不会出现在加密机之外。对于不直接存储TMK的加密机，则通过TMS预先设置的3DES密钥，对TMK进行加密后存储在TMS的数据库中。经过这种转换处理之后，即可与现有的POS终端密钥管理体系衔接在一起，对后续的PIK和MAK更新、PIN加密过程都是透明的，无需人工干预。这种方法的TMK更新流程如图3所示，具体步骤如下：
POS终端调用密码键盘提供的指令随机生成TMK，并用TMS的公钥进行加密后上传给TMS；
TMS调用加密机，用私钥解密TMK后存入加密机，对于不直接存储TMK的加密机，则用TMS预先设置的3DES密钥加密TMK后存储在TMS的数据库中，供后续的PIK和MAK交换使用；
TMS答复POS终端是否已经更新TMK成功。
从上面的整个更新流程来看，TMK是随机产生的，传输过程也是封闭的，TMK明文不会出现在安全存储设备(密码键盘和加密机)之外，在传输过程中都是利用公钥进行加密，TMK密文在TMS的加密机中才能解开，由于这种非对称的加密算法的安全性很高，就算被截取到密文也很难破解，完全解决了上述现有TMK下载过程中存在的安全漏洞。
为了实现这种随机产生TMK的更新流程，需要在现有的密码键盘上增加两个指令：
1)存储从TMS下载的公钥；
2)随机产生TMK密钥并利用从TMS下载的公钥进行加密。
对加密机来说，则需要增加一个指令：
将采用公钥加密的TMK用私钥解密后存储或者解密后转换成3DES加密并存储在TMS数据库中。
从本文介绍的TMK更新流程来看，TMK的更新流程是由POS终端发起的，为了实现其自动化管理的要求，需要在TMS与POS终端的报文接口中定义一个TMK是否需要更新的标记，即定义如下：
1)无需更新
2)需要更新
在正常情况下，所述正常情况是指已经生成有TMK，系统正常使用中，不需要更新TMK时，该标记设置为“无需更新”。当需要POS终端更新TMK时，比如对新安装的POS终端，或者原有的TMK使用已经过期时，只要POS终端向TMS发起任何请求，包括签到、交易等，则由TMS在报文接口中将“需要更新”标记设置在报文中，当POS终端在处理完TMS的正常应答之后，如果检测到“需要更新”的标记已经生效，则随后就会自动触发TMK的更新流程，完成TMK密钥的自动更新。由此看来整个TMK更新过程，所有控制和管理都在TMS上完成，不再需要人工干预和安排专业的技术支持人员到POS终端现场更新TMK。如果在“无需更新”状态下，TMS收到POS终端发起的更新TMK密钥的请求，则直接拒绝，以避免该POS终端的资料被复制或盗用到其他POS终端上使用。在POS终端发生故障并且确实需要更新TMK密钥的情况下，则由TMS设置该POS终端的标记为“需要更新”，让POS终端自动完成TMK更新流程。
本发明所介绍的TMK密钥安全自动下载方法，只需要对现有的密码键盘和加密机中增加三个简单指令，即可实现了TMK的自动化下载和安全管理要求，既避免了现有TMK下载过程中存在的安全隐患，又减少了人工干预，是一种安全可靠、行之有效的方法。
这种方法的特点是：利用了目前安全性很高，且应用广泛的非对称加密算法，不仅可以广泛应用到现有的POS终端，也适用于其他存在类似密钥体系的自动终端，比如ATM终端、缴费终端等，具有很好的商用价值，值得推广。

Claims (11)

1.一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法，所述银行卡支付系统包括销售点终端POS，终端管理系统TMS，密码键盘和硬件加密机，其特征在于：TMS调用加密机产生一对公私密钥，POS终端调用密码键盘随机生成主密钥TMK，并用TMS的公钥进行加密后上传给TMS，TMS调用加密机并用私钥解密TMK后存储；
其中，在TMS与POS终端的报文接口中定义一个TMK是否需要更新的标记。
2.根据权利要求1所述的一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法，其特征在于：TMS调用加密机生成一对公私密钥，其中私钥在加密机中保存，公钥保存在TMS的数据库中。
3.根据权利要求1所述的一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法，其特征在于：POS终端发起公钥下载请求，并接收TMS返回的公钥，并将所述公钥存入密码键盘。
4.根据权利要求1所述的一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法，其特征在于：TMS接收到从POS终端传来的加密过的TMK后，由TMS调用加密机，利用私钥对TMK解密后将TMK明文直接存入加密机。
5.根据权利要求1所述的一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法，其特征在于：TMS接收到从POS终端传来的加密过的TMK后，由TMS调用加密机，利用私钥对TMK解密后将TMK明文通过TMS预先设置的3DES密钥，对TMK进行加密后存储在TMS的数据库中。
6.根据权利要求1所述的一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法，其特征在于：当需要POS终端更新TMK时，只要POS终端向TMS发起任何请求，包括签到、交易等，则由TMS在报文接口中将“需要更新”标记设置在报文中，当POS终端在处理完TMS的正常应答之后，如果检测到“需要更新”的标记已经生效，则随后就会如权利要求1所述进行TMK的更新，完成TMK密钥的自动更新；其他正常使用情况下，所述标记定义为“无需更新”。
7.根据权利要求1所述的一种银行卡支付系统中主密钥TMK安全自动下载的方法，其特征在于：TMS完成TMK的解密和存储后，答复POS终端是否已经更新TMK成功。
8.一种实现主密钥安全下载的银行卡支付系统，包括销售点终端POS，终端管理系统TMS，密码键盘和硬件加密机，其特征在于：所述的TMS调用加密机产生一对公私密钥，所述的密码键盘存储从TMS下载的公钥，所述密码键盘随机产生TMK主密钥并利用从TMS下载的公钥进行加密；
其中，在TMS与POS终端的报文接口中定义一个TMK是否需要更新的标记。
9.根据权利要求8所述的一种实现主密钥安全下载的银行卡支付系统，其特征在于：所述的加密机将采用公钥加密的TMK用私钥解密后存储或者解密后转换成3DES加密并存储。
10.根据权利要求8所述的一种实现主密钥安全下载的银行卡支付系统，其特征在于：所述的一对公私密钥，其中私钥在加密机中保存，公钥保存在TMS的数据库中。
11.根据权利要求8所述的一种实现主密钥安全下载的银行卡支付系统，其特征在于：当需要POS终端更新TMK时，只要POS终端向TMS发起任何请求，包括签到、交易等，则由TMS在报文接口中将“需要更新”标记设置在报文中，当POS终端在处理完TMS的正常应答之后，如果检测到“需要更新”的标记已经生效，则随后就会TMK密钥的自动更新；其他正常使用情况下，所述标记定义为“无需更新”。
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