CN102546163A

CN102546163A - 一种增强卡安全的方法

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Publication number: CN102546163A
Application number: CN2010105785664A
Authority: CN
Inventors: 邵通
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2010-12-08
Filing date: 2010-12-08
Publication date: 2012-07-04

Abstract

本发明的目的是提出在电子钱包中增强安全性技术方案，它采用在电子钱包中存储卡标识数据的数字签名来实现，这样攻击者即使获得系统关键函数HX及HZ，也不能伪造卡。

Description

一种增强卡安全的方法

技术领域

本发明属于信息安全领域。本发明涉及的是一种增强卡安全的方法。具体地说，涉及一种在卡中用公开密码的方法提高安全性的方法。

背景技术

校园卡及电子钱包卡的应用越来越普及，一般电子钱包使用ISO14443无线射频的标准和协议。射频只不过是射频卡与读卡终端之间的通讯接口。在校园卡的电子钱包的应用方案中，核心的问题是采用对称密码进行卡与读卡终端的相互认证，即对称密码三次认证。认证的目的是认证双方确认拥有相同的密钥，如果密钥相同或认证通过后，就可以使用该双方共有的密钥进行秘密通讯。

目前一般校园卡的电子钱包的实现方式是，根据不同卡的全球唯一ID号，发卡机构选择加密散列函数HX及HZ作为发卡机构的电子钱包的减值(消费)函数及电子钱包的增值函数。在新的CPU卡中，一般选择DES(或3DES)作为HX及HZ，当然还是需要减值(消费)密钥SX及增值密钥SZ才能把DES变成加密散列函数HX及HZ。

例如，发卡机构对一张新发行的卡，首先读取卡的ID，然后计算DES_SX(ID)作为减值(消费)密钥，计算DES_SZ(ID)作为增值密钥。消费使用时，读卡器读取卡的ID号，然后用发卡时相同的函数计算出DES_SX(ID)，并与卡中的减值(消费)密钥进行对称密码认证，相同表明该卡是发卡机构所发行。密码认证后，可以进行电子钱包的支付，然后相应减少电子钱包中的储值。充值时，读卡器读取卡的ID号，然后用与发卡时相同的函数计算出DES_SZ(ID)，并与卡中的增值密钥进行对称密码认证，相同表明该卡是发卡机构所发行。密码认证后，可以增加电子钱包中的储值。这样每张卡，由于卡号(ID)的不同，密钥也不同。就是业内称为的一卡一密。

从以上的说明中，可以看出对加密散列函数HX及HZ(或密钥SX及SZ)的保密是系统安全的关键。Mifare加密算法的破解，使大家对加密系统只依赖密钥的保护有了更深刻的认识。但是在上面电子钱包的应用方法中，可以看出减值(消费)函数HX必须出现在消费终端中(或终端的PSAM卡上)，但是该函数的泄密不会造成电子钱包系统的崩溃，原因是知道消费密钥只能进行卡的扣款。对用户而言得到商品和服务才会进行相应的扣款。不会发生没有提供商品或服务就进行用户扣款的操作，如果使用新ID伪造卡进行扣值，不会从发卡机构得到真实的资金并被发现；如果用已发行卡ID进行伪造，将通过交易记录能够发现非法获得交易记录的终端，这同样容易被追踪发现，造假者得不到经济上的利益。黑名单也是防止完全复制卡攻击的有效手段。

但是增值密钥HZ(ID)的丢失，特别是增值函数HZ的泄露，将引发严重的安全问题，这使得可以伪造电子钱包的金额，并在得到商品和服务后，并没有真实的资金支付。虽然可以采用黑名单的方法阻止伪造卡的继续使用，但是伪造卡的行为可以不断进行，必将造成商家与发卡机构的矛盾。解决的方法只能是实时在线进行支付，这又把电子钱包最主要的快速使用和脱机使用的好处给废弃了。还有一个办法是，采用另外的加密算法及密钥对电子钱包中的金额等数据进行加密。防范获得卡读写密钥的攻击者，修改或生成卡内的金额。再辅助黑名单手段，可以很大限度保证电子钱包的安全。

目前的电子钱包，包括CPU卡电子钱包及IS014443协议，没有使用公开密码学的思想来提高系统的安全性。没有提供当PSAM卡及SAM卡被完全破解后，即减值函数HX及增值函数HZ泄密后，整个系统面临崩溃的问题。

发明内容

现在，电子钱包的安全性受到攻击，Mifare卡被破解更是在全世界引起很大的重视。攻击者可以读取卡片中的所有信息，复制进行伪造，这可以用黑名单解决。但是，并且如果发卡的密码函数HX及HZ被泄露，那攻击者就可以伪造卡，黑名单方法将无能为力。而存放HZ函数的SAM模块的充值终端，特别是存放HX函数的SAM(PSAM)模块的消费终端的普及，增加了HZ及HX的泄露风险。就是在目前认为安全的CPU卡的密钥管理方案中，同样有发卡的密码函数HX及HZ泄密后系统崩溃的风险。所以必须解决这个问题。我们可以用公开密码学的思想来增强现有系统的安全性。

所以，一种增强卡安全性的方法，它包括：

发卡阶段，将卡标识数据进行数字签名，并存储于卡的数据区中；

使用阶段，读取卡标识数据及卡标识数据的数字签名；比较他们的一致性，相同时确认为系统内的卡，继续进行工作；否则不是系统内的卡，停止工作。

更好地，卡的识别数据包括卡的ID号或(和)卡的用户信息或(和)发卡机构信息等。

进一步，签名算法具有加密功能。

还可以，签名数据中还包括其他区域或/和文件的密钥数据。

以上的卡标识数据，就是不同卡之间相区别的数据，如：卡的序列号(卡号)、发卡人、持卡人。总之，就是任意两个不同的卡，相同数据区域组成的不同数据。

显然，该卡还可以应用于电子存折的安全。即可以用这种办法保护系统发行存折卡。

更方便地，卡位于其他手持设备中，即卡可以放到手机、IPAD等移动设备中。

附图说明

下面参照附图描绘本发明，其中

图1表示优选实施例3的示意图；

具体实施方式

[实施例1]卡签名

本发明第一种实施方式中，一个应用系统为了识别卡，一般在卡中都会利用一个标识，例如Mifare S50卡有一个全球唯一的序列号。当然应用系统的发卡，还需要写入个人信息、发卡单位信息、发卡时间等信息。这些信息也都可以作为标识数据，称为ID，即区别该卡与其他卡的数据。

系统选用非对称加密算法RSA及密钥对(S1，S2)；将ID进行签名RSA_S1(ID)，并存储于卡的数据区域中。终端使用时，首先读出该卡的标识ID及存储在卡中的ID签名RSA_S1(ID)，终端计算RSA_S2(RSA_S1(ID))得到ID，并与读到的标识数据ID进行比较。一致时终端就可以确认该卡的有效性。

经过这样的处理，当攻击者攻击消费终端或充值终端，得到电子钱包或一卡通系统的消费函数HX或增值函数HZ后，也不可能伪造卡。因为签名数据RSA_S1(ID)被私钥S1所保护。由公开密钥的思想，攻击者就是彻底破解终端及SAM模块可以得到的是：消费函数HX、增值函数HZ、RSA及S2，也不能伪造其他ID的卡，因为攻击者还是不能计算RSA_S1(ID)。需要说明的是RSA及S2也不公开，只不过出与保存在发卡公司中的S1相比，S2保存在安全性相对低的PSAM及SAM卡中。这样可以提高黑名单保护机制的安全性和有效性。

下面，结合电子钱包，进一步叙述这种技术方案。

[实施例2]

本发明的核心是采用将减值密钥(消费密钥)存储到电子钱包中，进一步再提供对减值(消费密钥)的保护得方法。在使用电子钱包时根据信用收款和非信用收款分别进行不同操作。根据本发明第二种实施方式，一种增强电子钱包安全的方法，我们可以使用Mifare S50卡来进行说明。

每张Mifare S50卡有一个全球唯一的ID号及16个存储区，编号为0～15。每个存储区有两个密码：增值密码和减值密码。当减值密码认证通过后可以对存储区的数据进行减值操作，当增值密码验证通过后可以对存储区的数据进行增值操作。

使用Mifare卡的电子钱包系统，这里有增值函数HX、减值函数HZ、增强函数ZQ、电子钱包标识ID、非对称加密算法RSA及密钥对(S1，S2)、用户PIN码。我们选择卡的区域1作为电子钱包中余额的存储区域。卡的区域2为存储减值密钥的区域。

这样，增值密码为HZ(ID)；消费密码为HX(ID)；增强密码为ZQ(ID)；计算RSA_S1(ID，HX(ID))并与PIN码一起存储于由增强密码ZQ(ID)保护的区域中。

终端上有非对称加密算法RSA、密钥S2及增强密码函数ZQ。使用时，用户输入PIN码；终端读出电子钱包的标识ID号，并计算出ZQ(ID)；用ZQ(ID)与区域2进行认证，通过后读取RSA_S1(ID，HX(ID))及PIN码，计算RSA_S2(RSA_S1(ID，HX(ID)))得到ID及HX(ID)和PIN码，PIN码验证通过，并且该ID与卡的ID一致后，使用HX(ID)与区域1进行认证，通过后进行相应的扣款工作。

RSA算法、密钥S2及ZQ可以存储在终端上的PSAM卡上。

该实施例中的ID，也可以是卡标识数据，而不仅仅是序列号。以下实施例中的ID不加说明，也是如此。对于CPU卡，它管理数据的方式是文件。文件也可以设置密钥保护，也可以是增值密码和减值密码。总之，把实施例中的区域换成文件，基本就可以用于CPU卡的描述。核心问题或安全模型就是，对于卡中的一组数据(称为区域或文件)，可以用增值码、减值密码及读写密码加以保护，该实施例的核心就是把这些密码及PIN码存储在卡的其他数据区并用另外的密码加以保护。另外，存储的PIN码应该是散列后的数据，以增加PIN码的安全，术语是“加盐”。为了叙述方便，对PIN码的保护就不详细描述了。

[实施例3]签名+PSAM

根据本发明第三种实施方式，一种增强卡安全的方法所关联的系统如图1所示。这是一种发明者认为比较好的实施例。卡片系统的发行者确定增值函数HX、减值函数HZ、增强函数ZQ142、非对称加密算法RSA141及密钥对(S1，S2)、用户PIN码。选择区域31作为电子钱包中余额的存储区域。区域32为存储减值密钥的区域。

发卡阶段，根据消费者的申请进行卡片的个人化，在卡上存储必要的其他信息；并确定区域31为电子钱包的余额存放区域。读取卡片的标识ID，计算增值密码HZ(ID)、减值密码HX(ID)为区域的31的保护密钥，存放于钱包区域密钥区311；增强密码ZQ(ID)为存储区域32的保护密钥，存放于存储区域32密钥区321；计算RSA_S1(ID，HX(ID))并与PIN码一起存储于由增强密码ZQ(ID)保护的存储区域32中。终端1上的SAM卡中，储存有RSA算法及S2即RSA引擎141、ZQ函数142。

终端1上的SAM模块14中，有非对称加密算法RSA及密钥S2及增强密码函数ZQ。使用时，终端1获得金额及用户输入PIN码后，终端1读出电子钱包3的标识ID号，传送到终端1并传送到SAM模块14；SAM模块14计算出ZQ(ID)；SAM模块14用ZQ(ID)与存储区域32通过终端1及连接2根据存储在存储区域32密钥区321存储的密钥进行认证，通过后读取存储在存储区域32中的RSA_S1(ID，HX(ID))，然后用SAM模块14中的RSA引擎141计算RSA_S2(RSA_S1(ID，HX(ID)))得到ID及HX(ID)和PIN码，PIN码验证通过，比较该ID与卡的ID一致后，使用HX(ID)与钱包区域31通过终端1及连接2根据钱包区域密钥区311存储的密钥进行认证，通过后进行相应的扣款工作。显然所有出现在终端1及连接2上的数据可以都经过加密处理。

特别声明在实施例中使用的是RSA来代表非对称加密算法，并不代表只能使用RSA算法。只是要求该非对称加密算法有两个不同的密钥，即加密密钥S1与解密密钥S2；知道解密密钥很难获得加密密钥。解密密钥一般把加密密钥S1称成为秘密密钥，解密密钥S2称为公开密钥，或者相反称S1为公开密钥，S2为秘密密钥。但是在本发明中，我们使用S1做签名之用，同时还可以利用它的加密功能。S2存储于消费终端中，它的作用就是验证该卡的ID是否被S1签名，这样可以防止伪造卡重复使用已经签过名的ID卡，对于出了问题的ID卡可以通过黑名单解决。同时利用S1的加密功能，还可以保证ID号和对应于该ID号的消费密钥的安全。

S2一般称为公开密钥，但在本发明中并不是要公开该密钥；甚至应该把算法RSA及解密密钥S2都放置在读写终端的PSAM卡中，以保证安全。

以上用实施例来说明本发明的方法和系统。但是本发明并不完全限定用于电子钱包，特别是不限制于射频卡介质的电子钱包。也可以不是电子钱包，而是是电子存折。尽管在以上的实施例中对本发明进行了描述，但可以理解，以上实施例的描述是说明性和描述性的，而非限制性的。本领域的熟练技术人员可以理解，在不脱离由权利要求书定义的本发明的精神和范围的前提下，可做出各种变形、改进、修改和替换。权利要求书说明了本发明的保护范围。

Claims

1.一种增强卡安全性的方法，它包括：

使用阶段，读取卡识别数据及卡识别数据的数字签名；比较数据的一致性，相同时确认为系统内的卡，继续进行工作，否则不是系统内的卡，停止工作。

2.根据权利要求1的方法，其特征在于卡的识别数据包括卡的ID号或(和)卡的用户信息或(和)发卡机构信息。

3.根据权利要求1的方法，其特征在于签名算法具有加密功能。

4.根据权利要求1或(和)2的方法，其特征在于签名数据中还包括其他区域(或/和)文件的密钥数据。

5.根据权利要求4的方法，其特征在于卡可以用于电子存折。

6.根据权利要求4的方法，其特征在于位于其他手持设备中。