CN102075935B

CN102075935B - 一种鉴权相关数据的处理方法及装置

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Publication number: CN102075935B
Application number: CN201010603473.2A
Authority: CN
Inventors: 刘扬
Original assignee: Beijing WatchData System Co Ltd
Current assignee: Beijing Watchdata Co ltd
Priority date: 2010-12-23
Filing date: 2010-12-23
Publication date: 2013-07-31
Anticipated expiration: 2030-12-23
Also published as: CN102075935A

Abstract

本发明涉及通信领域，特别涉及一种鉴权相关数据的处理方法及装置，该方法为：电信智能卡交替使用多块存储子空间来存储鉴权相关数据，每当有一个存储子空间存满时，将存满的存储子空间中的存储内容进行擦除，这样，只在存储子空间写满设定数目的鉴权相关数据时，才进行擦除，且一次仅擦除一块存储子空间，从而有效减少了存储芯片的擦除次数，在支持电信智能卡鉴权上限的前提下，有效地保证了电信智能卡的使用性能。

Description

一种鉴权相关数据的处理方法及装置

技术领域

本发明涉及通信领域，特别涉及一种鉴权相关数据的处理方法及装置。

背景技术

随着电信智能卡（例如，SIM卡、USIM卡、UIM卡）的应用日益广泛，各种攻击电信智能卡的方法也层出不穷，最常用的便是克隆攻击技术。

以SIM卡为例，攻击者往往通过攻击，窃取SIM卡机密信息（如，KI与IMSI），再复制相同SIM卡，克隆产生的克隆卡与SIM卡本身无区别。现有的攻击模式中，攻击者必须发送一定数量（通常介于20000次～600000次之间）的鉴权随机数到SIM卡，并分析其输出结果，再利用产生的输出“碰撞”实现破解，而这些具有攻击性的鉴权随机数一般是连续的，且必须是具有一定规律的鉴权随机数才能获得有效的攻击结果。

面对SIM卡的克隆攻击，各种防克隆方案陆续被提出来，目前较为有效的是基于内置随机因子的鉴权随机数检测法，该方法为：依据具有攻击性的鉴权随机数的关联性，设计鉴权随机数的分析与替换方法。在SIM卡上开辟一块存储空间，存储50个鉴权随机数，SIM卡将新接收的鉴权随机数与已存储的鉴权随机数进行比对，若与任一存储的鉴权随机数之间有5个或以上对应字节相同则认为是攻击模式，但若16个字节全部对应相同，则认为是网络侧数据重发，而非攻击。当攻击次数累积到设定门限值时，SIM卡将输出错误结果以进行自我防御。采用上述鉴权随机数检测法，还需要对SIM卡中存储的鉴权随机数进行定期替换，以防止因生产工艺泄露或攻击方法改进而升级的有效攻击。

在采用现有的鉴权随机数检测法时，除了要保存设定数目的鉴权随机数外，还需要保存以下鉴权相关数据：

AuthMax：SIM卡鉴权次数上限，设定AuthMax初始值为2,000,000，鉴权1次减1，减到0时锁定SIM卡；

Count：内置计数器，记录不同的非攻击性鉴权随机数个数，初值为0，正确鉴权1次加1；

Prelock：检测到攻击后的预锁定计数器，用于发现攻击的预锁定机制，设定PreLock=255，检测到攻击后减1，减到0锁定；

LockCounter：SIM卡锁定次数计数器，LockCounter初值为0，SIM卡每次被锁定（PreLock减到0）时加1，LockCounter=1表示SIM卡已被锁定1次；

Pnext：下一个取值点，初始值为50，非攻击性鉴权一次减1，减到0时置换一次SIM卡内预存的鉴权随机数，并计算新的Pnext，计算方法为在1-16之间取一随机数；

上述鉴权相关数据通常存储在非易失性存储器中，例如，存储在EEPROM或Flash芯片中，每次SIM卡收到鉴权指令并进行鉴权随机数检测后，都需要对上述鉴权相关数据进行更新，即将存储空间中上一次存储的鉴权相关数据进行擦除，再写入新的鉴权相关数据。

目前制定的相关标准中规定，SIM卡需要支持200万次鉴权，那么显然，SIM卡上的存储空间就需要支持200次擦除，然而，现有技术下，EEPROM或Flash芯片是按页擦除的，单页大小一般为128字节或256字节。单页的擦除次数理论值不能超过10万次，而EEPROM或Flash芯片中通常仅采用单页内的指定字节来存储鉴权相关数据，因此，难以支持200万次的擦除次数，从而影响了SIM卡的使用性能。

发明内容

本发明实施例提供一种鉴权相关数据的处理方法及装置，用以在支持SIM卡鉴权理论值的前提下，降低SIM卡中存储空间的擦除次数。

本发明实施例中提供的具体技术方案如下：

一种处理鉴权相关数据的方法，包括：

将电信智能卡上的存储空间划分出至少两个存储子空间；

将基于鉴权流程产生的鉴权相关数据依次写入各存储子空间，包括：

确定当前有效的存储子空间；

在当前有效的存储子空间中确定上一次写入且通过校验的非空记录，以及确定空记录；

读取获得的上一次写入且通过校验的非空记录包含的鉴权相关数据；

执行鉴权随机数检测流程后，基于检测结果对上一次写入且通过校验的非空记录内包含的鉴权相关数据进行更新，将更新结果录写入所述空记录；

将鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值的存储子空间进行擦除。

一种处理鉴权相关数据的装置，包括：

划分单元，用于本地存储空间划分出至少两个存储子空间；

记录单元，用于将基于鉴权流程产生的鉴权相关数据依次写入各存储子空间，包括：

确定当前有效的存储子空间；

擦除单元，用于将鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值的存储子空间进行擦除。

一种处理鉴权相关数据的终端装置，包括上述处理鉴权相关数据的装置。

本发明实施例中，电信智能卡交替使用多块存储子空间来存储鉴权相关数据，每当有一个存储子空间存满时，将存满的存储子空间中的存储内容进行擦除，这样，只在存储子空间写满设定数目的鉴权相关数据时，才进行擦除，且一次仅擦除一块存储子空间，从而有效减少了存储芯片的擦除次数，在支持电信智能卡鉴权上限的前提下，有效地保证了电信智能卡的使用性能。

附图说明

图1－图5为本发明实施例中鉴权相关数据记录及擦除示意图；

图6为本发明实施例中SIM卡对鉴权相关数据进行处理流程图；

图7为本发明实施例中SIM卡功能结构示意图；

图8为本发明实施例中终端装置功能结构示意图。

具体实施方式

下面以电信智能卡是SIM卡为例对本发明优选的实施方式进行详细说明。当然，实际应用中，电信智能卡也可以是USIM卡、UIM卡等等，并不局限于SIM卡一种实现方式，本实施例中仅以SIM卡为例。

为了尽量减少SIM卡的擦除次数，本发明实施例中，在SIM卡上的存储空间（如，EEPROM或Flash芯片）内，划分出至少两个存储子空间，并将基于鉴权流程产生的鉴权相关数据依次写入各存储子空间，以及将鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值的存储子空间进行擦除。

上述方案中，较佳的，SIM卡在一块存储子空间中成功在首记录写入一条鉴权相关数据后，确定上一次使用的存储子空间内的鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值，并将上一次使用的存储子空间内的存储内容进行擦除。

现有技术中，每次在存储空间中写入新的鉴权相关数据时，均需要对存储空间内当前保存的其他数据进行擦除，这样，SIM卡的实际可擦除次数很难支持标准中规定的200万次鉴权，因此，本发明实施例中，针对存储子空间设置了鉴权相关数据记录数目的门限值，当记录数目到达门限值时，说明存储子空间内的鉴权相关数据已写满或者即将写满，需要重新挑选一块存储子空间进行数据写入，这样，在存储子空间写入多条鉴权相关数据后才会进行擦除，从而有效降低了擦除次数，提高了SIM卡的使用寿命，使支持200次万次鉴权成为可能。

本实施例中，以将存储空间划分出两个存储子空间为例进行介绍。参阅图1所示，较佳的，每个存储子空间的大小设置为256字节（1～2页），每条记录长度为16字节，这样，无论存储子空间的最小写入单元为1字节还是4字节，每次都可以将当前产生的鉴权相关数据顺序写入16字节的存储位置；两个存储子空间总共可以保存32条记录，即记录32条产生的鉴权相关数据。如图1所示，较佳的，1-16条记录存储在第1存储子空间，17-32条记录存储在第2存储子空间，每条记录的存储内容如表1所示：

表1

字节	存储内容
		1-4	AuthMax
5-8	Count
		9	Prelock
10	LockCounter
		11	Pnext
12	填充1字节0xAA
		13-16	CRC32，1-12字节的CRC校验值

其中，在一条记录中，较佳的，第1－11字节用于记录AuthMax（SIM卡鉴权次数上限）、Count（内置计数器）、Prelock（检测到攻击后的预锁定计数器）、LockCounter（SIM卡锁定次数计数器）和Pnext（下一个取值点）、第12字节用于记录填充字节，第13－16字节用于记录CRC（循环冗余校验码）校验值，该CRC校验值是基于第1－12字节的存储内容生成的。在对某条记录进行CRC检验时，可以基于1－12字节的存储内容重新生成CRC校验值，并将重新生成的CRC校验值与第13－16字节存储的CRC校验值进行比较，一致则确定通过CRC校验，不一致则确定未通过CRC校验，这样，能保证存储数据的完整性和读入数据的正确性。

SIM卡收到鉴权指令后，在存储子空间中读取AuthMax值最小并且CRC校验值正确的一条鉴权相关数据，称为第1条记录，接着，SIM卡对鉴权指令中携带的鉴权随机数进行检测，再根据检测结果更新第1条记录内包含的鉴权相关数据，产生第2条记录，并将第2条记录顺序写入第1存储子空间，……以此类推，直到存满16条记录，具体如图2所示。

参阅图3所示，较佳的，当第1存储子空间内存满16条记录时，SIM卡在成功更新第17条记录后，擦除第1存储子空间内的存储内容。接着，SIM卡继续在在第2存储子空间中顺序存储各条记录，直到第2存储子空间存满16条记录，具体如图4所示。

当第2存储子空间存满时，SIM卡再存储下一条记录时，将其存储在第1存储子空间的第1条记录的位置，更新成功后，擦除第2存储子空间中的存储内容，具体如图5所示。

SIM卡这样交替使用2块存储子空间（也可以是更多的存储子空间）来存储鉴权相关数据，每当有一个存储子空间存满时，待下一存储子空间成功存储一条鉴权相关数据后，再将存满的存储子空间中的存储内容进行擦除，这样，只在存储子空间写满设定数目的鉴权相关数据时，才进行擦除，且一次仅擦除一块存储子空间，从而有效减少了存储芯片的擦除次数。

基于上述设定方案，参阅图6所示，本实施例中，SIM卡在各存储子空间内写入基于鉴权流程产生的鉴权相关数据的详细流程如下：

步骤600：在划分出的存储子空间中，确定当前有效的存储子空间。

本实施例中，确定当前有效的子存储空间的方法包括：

A：读取各存储子空间的首字节；

B：当仅有一块存储子空间的首字节不为空时，将该存储子空间确定为当前有效的存储子空间。

实际应用中，SIM卡内的一存储子空间内保存有出厂时设置的初始记录，因此，不会出现各存储子空间的首字节均为空（为空时首字节一般为空）的情况，至少有一个存储子空间的首记录是存在的。

C：当至少两块存储子空间的首字节不为空时，分别读取每一个首字节不为空的存储子空间中的首记录（即首条鉴权相关数据）进行CRC校验，本实施例中，仅以CRC校验为例进行说明，也可以采用其他校验方式，在此不再赘述。

若仅有一条首记录通过CRC校验，则将该首记录所在的存储子空间确定为当前有效的存储子空间。

若至少两条首记录通过CRC校验，则将鉴权次数多的首记录所在的存储子空间确定为当前有效的存储子空间；例如，对通过CRC校验的各首记录的AuthMax值进行比较，将AuthMax值最小的首记录所在的存储子空间确定为当前有效的存储子空间。

首记录没有通过CRC校验的存储子空间要进行擦除。

步骤610：在当前有效的存储子空间中查找记录号最大且通过CRC校验的非空记录，以及查找空记录。

以划分出两块存储子空间为例，若第1存储子空间为当前有效的存储子空间，则从第1条记录或第16页记录开始查找记录号最大且通过CRC校验的非空记录，若第2存储子空间为当前有效的存储子空间，则从第17条记录或第32页记录开始中查找记录号最大且通过CRC校验的非空记录。

例如，在第1存储子空间中，查找到第15条记录的记录号最大且第15条记录的CRC检验值正确，则将第15条记录作为记录号最大且通过CRC校验的非空记录。

又例如，在第1存储子空间中，查找到第15条记录的记录号最大但第15条记录的CRC校验值不正确，则继续向上读取第14条记录，第13条记录……，直到查找到一条CRC校验值正确的非空记录，作为记录号最大且通过CRC校验的非空记录。

本发明实施例中，查找记录号最大的记录是为了查找上一次写入的记录，以便基于上一次写入的记录更新产生新的记录，实际应用中，若记录号为降序排列，则也可以查找记录号最小的记录以确定上一次写入的记录，在此不再赘述。

步骤620：读取获得的记录号最大且通过CRC校验的非空记录包含的鉴权相关数据。

假设，第15条记录符合上述要求，则SIM卡将第15条记录包含的鉴权相关数据读取到RAM中，以待后续处理。

步骤630：执行鉴权随机数检测流程后，基于检测结果对记录号最大且通过CRC校验的非空记录包含的鉴权相关数据进行更新，将更新结果作为写入空记录。

假设第15条记录为记录号最大且通过CRC校验的非空记录，第16条记录为空记录，即当前马上要写入的记录，则在执行步骤603时，具体包括：在RAM中，根据鉴权随机数的检测结果更新第15条记录的第1－11字节的内容，接着，后5个字节的其中4个用来存校验值，剩余一个字节可以填充任意适当的值，例如，将第15条记录的第12字节填充为0xAA，计算第15条记录的第1-12字节的CRC校验值并填充到第15条记录的13-16字节，最后，再将更新后的第15条记录写入第1存储子空间中第16条记录的位置。

在执行上述流程后，需要判断当前在存储子空间中写入的记录是否为首记录，若是，则对上一次使用的存储子空间的存储内容进行擦除，否则，不进行擦除。

例如，假设存在如图1所示的第1存储子空间和第2存储子空间，则在第1存储子空间内成功写入某条记录后，需要判断该记录的记录号是否为1，即判断是否为首记录，若是，则对第2存储子空间进行擦除，而在第2存储子空间内成功写入某条记录后，需要判断该记录的记录号是否为17，即判断是否为首记录，若是，则对第1存储子空间进行擦除。

本发明实施例中，SIM卡交替使用多块存储子空间来存储鉴权相关数据，每当有一个存储子空间存满时，将存满的存储子空间中的存储内容进行擦除，这样，只在存储子空间写满设定数目的鉴权相关数据时，才进行擦除，且一次仅擦除一块存储子空间，从而有效减少了存储芯片的擦除次数。

以划分出两块存储空间为例，SIM卡最多执行鉴权200万次，而每16次擦除1次，则总共擦除次数为：2000000/16*2=62500次，远远小于EEPROM或Flash芯片需要保证的10万次擦除次数，在支持200万次鉴权的前提下，有效地保证了SIM卡的使用性能。

另一方面，SIIM卡中每当有一个存储子空间存满时，较佳的，待下一存储子空间成功存储一条鉴权相关数据后，再将存满的存储子空间中的存储内容进行擦除，这样，可以有效防止操作过程中因断电而发生数据丢失，进一步保障了SIM卡的使用性能。

基于上述实施例，参阅图7和图8所示，以电信智能卡是SIM卡为例，本发明实施例中，SIM卡包括划分单元70、记录单元71和擦除单元72，其中，

划分单元70，用于本地存储空间划分出至少两个存储子空间；

记录单元71，用于将鉴权流程产生的鉴权相关数据依次写入各存储子空间；

擦除单元72，用于将鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值的存储子空间擦除。

如图8所示，SIM卡可以应用于任意兼容SIM卡的终端装置，例如、手机、PDA、笔记本电脑……等等，在此不再赘述。

显然，本领域的技术人员可以对本发明中的实施例进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明实施例中的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明中的实施例也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

1.一种处理鉴权相关数据的方法，其特征在于，包括：

将电信智能卡上的存储空间划分出至少两个存储子空间；

确定当前有效的存储子空间；

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述确定当前有效的存储子空间，包括：

读取各存储子空间的首字节；

当仅有一块存储子空间的首字节不为空字符时，将该存储子空间确定为当前有效的存储子空间；

当至少两块存储子空间的首字节不为空字符时，分别读取每一个首字节不为空字符的存储子空间中的首记录进行校验，若仅有一条首记录通过校验，则将该首记录所在的存储子空间确定为当前有效的存储子空间，若至少两条首记录通过校验，则将鉴权次数多的首记录所在的存储子空间确定为当前有效的存储子空间。

3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，将鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值的存储子空间进行擦除，包括：

成功写入一条鉴权相关数据后，若确定该鉴权相关数据为当前使用的存储子空间的首记录，则确定上一次使用的存储子空间中鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值，并将上一次使用的存储子空间进行擦除。

4.如权利要求1－3任一项所述的方法，其特征在于，所述鉴权相关数据包括鉴权次数上限AuthMax、内置计数器Count、检测到攻击后的预锁定计数器Prelock、锁定次数计数器LockCounter、下一个取值点Pnext和循环冗余校验码CRC。

5.一种处理鉴权相关数据的装置，其特征在于，包括：

划分单元，用于本地存储空间划分出至少两个存储子空间；

确定当前有效的存储子空间；

读取获得的上一次写入且过校验的非空记录包含的鉴权相关数据；

执行鉴权随机数检测流程后，基于检测结果对上一次写入且通过校验的非空记录内包含的鉴权相关数据进行更新，将更新结果写入所述空记录；

6.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述记录单元确定当前有效的存储子空间，包括：

读取各存储子空间的首字节；

7.如权利要求5所述的装置，其特征在于，所述擦除单元鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值的存储子空间进行擦除，包括：

在所述记录单元成功写入一条鉴权相关数据后，所述擦除单元若确定该鉴权相关数据为当前使用的存储子空间的首记录，则确定上一次使用的存储子空间中的鉴权相关数据的记录数目达到预设门限值，并将上一次使用的存储子空间进行擦除。

8.一种处理鉴权相关数据的终端装置，其特征在于，包括如权利要求5－7任一项所述的装置。