CN103413159B - 一种基于cpk的rfid电子凭证离线鉴真防伪实现方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及密码与信息安全技术领域，本发明公开了一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法，本发明特点一：运用CPK的数字签名并加密和解密验签来确保票证信息的鉴真防伪，在将签名信息通过加密后存储到RFID卡中的安全存储区内，作为签名信息的载体RFID卡具有加密解密哈希算法和随机数发生器。特点二：在对CPK数字签名和验签之前，先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证。本发明还公开了基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪系统。通过运用CPK的数字签名和验签来确保票证信息的鉴真防伪,并在先进行离线双向认证后再验签，保证了系统的安全。

Description

一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法及系统

技术领域

本发明涉及密码与信息安全技术领域，本发明公开了一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法及系统。

背景技术

RFID电子凭证是将无线射频识别技术与电子凭证应用相结合的自动识别技术。其中RFID是无线射频识别（Radio Frequency Identification，简称RFID）系统，其是一种非接触式自动识别系统，该系统包括标签、读写器和后端数据库。读写器通过无线信号获得标签中的信息，由于其自动识别的特性，RFID系统在生产、物流管理、门禁系统、交通支付等各个领域得到越来越广泛的应用。电子凭证可以是各种电子票据、门票、车船机票、门禁卡、支付卡等等。

CPK体系在有线及无线系统都能较好地进行密钥交换签名验签，而事实上，因为传统的RFID卡与读卡器之间是采用射频信号无线通信，导致RFID系统容易受到各种攻击，特别是替换攻击。现有的RFID攻击技术能完全复制整张卡上内容以及其UID号，故没有解决写入RFID的数据的防伪问题。因而在读卡器进行读写之前，进行RFID卡与读卡器的之间的认证是充分必要的，只有实现读卡器和卡之间双向认证，才能防止整张卡被复制，真正实现RFID电子凭证的防伪。而且有用价值的是离线双向鉴真认证，离线是指无需第三方（后台或CA中心）参与实现双向鉴真认证。

发明内容

针对现有技术中RFID电子凭证防伪并没有进行RFID卡与读卡器之间认证，导致RFID系统容易受到攻击的技术问题，本发明公开了一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法。本发明还公开了一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现系统。

本发明的发明目的通过下述技术方案来实现：

一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法，其具体为，在进行CPK数字签名和CPK验签之前，先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证；所述RFID卡和读卡器上之间双向认证过程具体包括以下的步骤：步骤一、在发卡时，将根密钥写入RFID卡，并将根密钥同时保存在读卡器中；步骤二、RFID卡或者读卡器一端作为请求方发起认证请求，并生成认证随机数，采用根密钥和认证随机数作为输入，进行哈希运算，得到请求方的运算结果；步骤三、请求方将认证随机数和运算结果发送给接收方，接收方同样采用相同的根密钥和接收到的认证随机数作为输入，进行同样的哈希运算，得到接收方的运算结果；步骤四、RFID卡或者读卡器双方将运算的结果发送给对方，RFID卡和读卡器分别比较双方运算的结果，如果相同，则认证通过，否则，认证不通过。通过先认证身份，保证了系统的安全。

更进一步地，上述CPK数字签名和CPK验签的过程具体如下：CPK数字签名的过程具体为：先对RFID卡和电子凭证的数据信息采用CPK标识私钥进行CPK数字签名，并将签名结果加密并将密文信息写入RFID卡的安全EEPROM中；所述CPK验签的过程具体为：在通过读卡器和RFID卡双向认证后，读卡器将RFID卡中安全EEPROM的密文数据取出，解密取得到CPK签名标识，再根据CPK签名标识结合CPK公钥体制本地计算标识公钥，采用标识公钥验证签名信息来达到离线认证票面信息的真实性。

更进一步地，上述方法还包括在读卡器和RFID卡通信的过程中，用所生成随机数作为会话密钥，一次一密。一次一密，进一步保证了通信的安全。

更进一步地，上述方法还包括在RFID卡上设置安全存储区，在安全存储区上保存根密钥和密文签名信息。保障根密钥和密文的签名信息的安全。

本发明公开了一种基于CPK的RFID电子凭证防伪系统，其具体包括发卡器、RFID卡和读卡器，所述发卡器连接在电子凭证的机具上，用于接收电子凭证的数据；所述发卡器内置CPK标识私钥，将电子凭证相关信息数字签名后写入RFID卡；所述读卡器内置公钥矩阵用于CPK验签；在进行CPK数字签名和CPK验签之前，先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证；所述RFID卡和读卡器上之间双向认证过程具体包括以下的步骤：步骤一、在发卡时，将根密钥写入RFID卡，并将根密钥同时保存在读卡器中；步骤二、RFID卡或者读卡器一端作为请求方发起认证请求，并生成认证随机数，采用根密钥和认证随机数作为输入，进行哈希运算，得到请求方的运算结果；步骤三、请求方将认证随机数发送给接收方，接收方同样采用相同的根密钥和认证随机数作为输入，进行同样的哈希运算，得到接收方的运算结果；步骤四、RFID卡或者读卡器双方将运算的结果发送给对方，RFID卡和读卡器分别比较双方运算的结果，如果相同，则认证通过，否则，认证不通过。实现系统先双向认证在通信，保障了系统的更加安全。

更进一步地，上述系统还包括CPK数字签名模块和CPK验签模块，所述CPK数字签名模块具体为：采用CPK私钥对RFID卡和电子凭证的数据信息进行CPK数字签名，将签名信息进行加密，并将加密后的密文数据写入RFID卡的安全EEPROM中；所述CPK验签模块具体为：通过RFID卡和读卡器的双向认证后，将安全EEPROM中的密文数据取出，通过解密得到该签名信息的标识，再通过CPK组合公钥本地计算标识的公钥来离线认证签名信息的真伪。

更进一步地，上述RFID卡和读卡器上设置随机数生成器，所述随机数生成器用于生成随机数，在读卡器和RFID卡通信的过程中，随机数作为会话密钥，一次一密。

更进一步地，上述RFID卡上设置加密存储区，在加密存储区上保存根密钥和签名信息。通过设置加密存储器，保证了根密钥和密文签名信息的安全。

通过采用以上的技术方案，本发明具有以下的技术效果：本发明将RFID卡和CPK技术相结合，实现了RFID电子凭证的离线验签，同时在进行CPK数字签名和CPK解密验签之前，先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证，保证了系统的安全。在RFID卡的加密存储区存储根密钥和密文的签名信息，利用加密算法和随机数发生器，实现一次一密的空中传输，防止空中信号被截获。

附图说明

图1为基于CPK的RFID电子凭证鉴真防伪实现方法整体的流程图。

图2为读卡器与RFID卡之间双向认证的流程图。

图3为CPK数字签名加密的流程图。

图4为CPK解密验签的流程图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及具体实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

如图1所示的基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法整体的流程图。本发明公开了一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法，其具体为，在进行CPK数字签名和CPK验签之前，先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证。RFID卡和读卡器上之间双向认证的流程如图2所示，其具体包括以下的步骤：步骤一、在发卡时，将根密钥写入RFID卡，并将根密钥同时保存在读卡器中；步骤二、RFID卡或者读卡器一端作为请求方发起认证请求，并生成认证随机数，采用根密钥和认证随机数作为输入，进行散列算法的运算，比如采用SHA1安全哈希算法进行运算，得到请求方的运算结果；步骤三、请求方将认证随机数发送给接收方，接收方同样采用相同的根密钥和认证随机数作为输入，进行同样的散列运算，得到接收方的运算结果；步骤四、RFID卡或者读卡器双方将散列运算的结果发送给对方，RFID卡和读卡器分别比较双方散列运算的结果，如果相同，则认证通过，否则，认证不通过。通过在进行CPK数字签名加密和CPK解密验签之前先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证，避免非法的RFID卡或者读卡器参与通信，保证了系统的正常运行。同时采用认证随机数和根密钥相结合的方式，根密钥始终安全地保存在RFID卡或者读卡器中，不进行发送，保证了根密钥的安全，而采用生成认证随机数，并进行散列运算以及比较散列运算结果，这些计算过程都比较简单，RFID卡以及读卡器都能快速实现。CPK技术有效地解决了RFID中数据的认证和签名的问题。通过将RFID和CPK结合，利用每个RFID内置的HASH和加密算法，以及随机数发生器。可以保障在卡和读卡器之间双向认证，确保了替换攻击。

本发明在RFID卡很小的存储空间存储大量的信息，CPK算法的签名和加密，结合CPK体系的标识ID和加密存储在RFID上密文的签名信息，通过标识ID验签方可实现标识公钥的计算，用计算出的公钥来达到离线验证签名信息的真伪。CPK加密的非对称性使得密钥的分发和管理更安全，私钥以UKEY的形式保留在发卡方，物理上无法窃取。公钥以公开形式发放，即使被攻击，对系统也没有任何影响。CPK算法实现方便的实现离线认证，无须认证中心，用带有CPK安全芯片的读卡器就可以实现快速的离线认证，方便的兼容现有系统。CPK的大容量，CPK体系中每一个密钥管理分系统的容量为10⁴⁸个用户公钥， CPK认证系统可设置多个不同的公钥管理分系统。

更进一步地，上述CPK数字签名和CPK验签的过程具体如下：CPK数字签名加密的过程如图3所示，先对RFID卡和电子凭证的数据信息采用CPK标识私钥进行CPK数字签名，并将签名结果通过加密并将密文信息写入RFID卡中安全的EEPROM中；CPK解密验签的过程如图4所示，在通过读卡器和RFID卡双向认证后，读卡器将RFID卡将安全存储区EEPROM的密文数据取出，解密取得的数据得到CPK签名标识，再根据CPK签名标识结合CPK公钥体制本地计算标识公钥验证签名信息来达到离线认证票面信息的真实性。其中CPK数字签名加密的过程发生在发卡端，将RFID卡的UID号以及电子凭证的其他信息，比如流水号，时间等进行编码，用私钥通过CPK加密后形成密文写入RFID的安全EEPROM区。CPK解密验签的过程发生在离线的读卡器上，在通过读卡器和RFID卡双向认证后，读卡器将RFID卡将安全存储区EEPROM的密文数据取出，解密取得的数据得到CPK签名标识，再根据CPK签名标识结合CPK公钥体制本地计算标识公钥验证签名信息来达到离线认证票面信息真实性完整性实现票面信息的鉴真防伪认证。

更进一步地，上述方法还包括在读卡器和RFID卡通信的过程中，生成随机数作为会话密钥，一次一密。用会话密钥加密传输的数据，并一次一密，一方面使得传输的数据在空中不被截获，另外一方面，即使截获，因为每次的会话密钥不同，也不能进行解密。

更进一步地，上述方法还包括在RFID卡上设置加密存储器，在加密存储区上保存根密钥。在加密存储区上保存根密钥和密文的签名信息，进一步保证了根密钥和密文的签名信息的安全。在RFID卡的加密存储区存储根密钥，利用加密算法和随机数发生器，实现一次一密的空中传输，防止空中信号截获。

本发明还公开了基于CPK的RFID电子凭证防伪系统，其具体包括发卡器、RFID卡和读卡器，所述发卡器连接在电子凭证的具机上，比如连接在银行机具机上，接收电子凭证的数据，比如银行单据收据，所述发卡器内置CPK密钥SAM卡或者UKEY，将电子凭证相关信息加密后写入RFID卡，所述RFID卡上设置存储器，所述存储区用于以CPK加密方式存储RFID卡的UID号以及电子凭证相关信息，比如交易时间、交易信息、CPK签名等信息。所述读卡器内置公钥矩阵用于得到标识公钥，在使用公钥对签名信息进行验签，实现RFID电子凭证的离线验签。所述发卡器和读卡器与RFID之间在在进行CPK数字签名加密和CPK解密验签之前，先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证。RFID卡和读卡器上之间双向认证的流程如图2所示，其具体包括以下的步骤：步骤一、在发卡时，将根密钥写入RFID卡，并将根密钥同时保存在读卡器中；步骤二、RFID卡或者读卡器一端作为请求方发起认证请求，并生成认证随机数，采用根密钥和认证随机数作为输入，进行散列算法的运算，比如采用SHA1安全哈希算法进行运算，得到请求方的运算结果；步骤三、请求方将认证随机数发送给接收方，接收方同样采用相同的根密钥和认证随机数作为输入，进行同样的散列运算，得到接收方的运算结果；步骤四、RFID卡或者读卡器双方将散列运算的结果发送给对方，RFID卡和读卡器分别比较双方散列运算的结果，如果相同，则认证通过，否则，认证不通过。通过在进行CPK数字签名加密和CPK解密验签之前先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证，避免非法的RFID卡或者读卡器参与通信，保证了系统的正常运行。同时采用认证随机数和根密钥相结合的方式，根密钥始终安全地保存在RFID卡或者读卡器中，不进行发送，保证了根密钥的安全，而采用生成认证随机数，并进行散列运算以及比较散列运算结果，这些计算过程都比较简单，RFID卡以及读卡器都能快速实现。

更进一步地，上述RFID卡上设置加密存储区，用于存储根密钥和密文的签名信息。通过将根密钥和密文签名信息保存在加密存储区，进一步保证了密钥和密文签名信息的安全。

在实现时，发卡方将单号以及客户等交易信息输入CPK电子凭证后，将通过认证的RFID卡机电子凭证单一起交给客户。

上述说明示出并描述了本发明的一个优选实施例，但如前所述，应当理解本发明并非局限于本文所披露的形式，不应看作是对其他实施例的排除，而可用于各种其他组合、修改和环境，并能够在本文所述发明构想范围内，通过上述教导或相关领域的技术或知识进行改动。而本领域人员所进行的改动和变化不脱离本发明的精神和范围，则都应在本发明所附权利要求的保护范围内。

Claims (8)

1.一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法，其具体为，在进行CPK数字签名和CPK验签之前，先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证；所述RFID卡和读卡器上之间双向认证的过程具体包括以下的步骤：步骤一、在发卡时，将根密钥写入RFID卡，并将根密钥同时保存在读卡器中；步骤二、RFID卡或者读卡器一端作为请求方发起认证请求，并生成认证随机数，采用根密钥和认证随机数作为输入，进行哈希运算，得到请求方的运算结果；步骤三、请求方将认证随机数和运算结果发送给接收方，接收方同样采用相同的根密钥和接收到的认证随机数作为输入，进行同样的哈希运算，得到接收方的运算结果；步骤四、RFID卡或者读卡器双方将运算的结果发送给对方，RFID卡和读卡器分别比较双方运算的结果，如果相同，则认证通过，否则，认证不通过。

2.如权利要求1所述的基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法，其特征在于所述CPK数字签名和CPK验签的具体过程如下；CPK数字签名的过程具体为：先对RFID卡和电子凭证的数据信息采用CPK标识私钥进行CPK数字签名，并将签名结果加密，然后将密文信息写入RFID卡的安全EEPROM中；所述CPK验签的过程具体为：在通过读卡器和RFID卡双向认证后，读卡器将RFID卡中安全EEPROM中的密文数据取出，解密得到CPK签名标识，再根据CPK签名标识结合CPK公钥体制本地计算标识公钥，采用标识公钥验证签名信息来达到离线认证票面信息的真实性。

3.如权利要求1所述的基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法，其特征在于所述方法还包括在读卡器和RFID卡通信的过程中，用所生成认证随机数作为会话密钥，一次一密。

4.如权利要求1所述的基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪实现方法，其特征在于所述方法还包括在RFID卡上设置安全存储区，在安全存储区上保存根密钥和密文的签名信息。

5.一种基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪系统，其特征在于具体包括发卡器、RFID卡和读卡器，所述发卡器连接在电子凭证的机具上，用于接收电子凭证的数据；所述发卡器内置CPK标识私钥，将电子凭证相关信息数字签名后写入RFID卡；所述读卡器内置公钥矩阵用于CPK验签；在进行CPK数字签名和CPK验签之前，先进行RFID卡和读卡器之间的双向认证；所述RFID卡和读卡器上之间双向认证过程具体包括以下的步骤：步骤一、在发卡时，将根密钥写入RFID卡，并将根密钥同时保存在读卡器中；步骤二、RFID卡或者读卡器一端作为请求方发起认证请求，并生成认证随机数，采用根密钥和认证随机数作为输入，进行哈希运算，得到请求方的运算结果；步骤三、请求方将认证随机数发送给接收方，接收方同样采用相同的根密钥和认证随机数作为输入，进行同样的哈希运算，得到接收方的运算结果；步骤四、RFID卡或者读卡器双方将运算的结果发送给对方，RFID卡和读卡器分别比较双方运算的结果，如果相同，则认证通过，否则，认证不通过。

6.如权利要求5所述的基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪系统，其特征在于所述系统还包括CPK数字签名模块和CPK验签模块，所述CPK数字签名模块具体为：采用CPK私钥对RFID卡和电子凭证的数据信息进行CPK数字签名，将签名信息进行加密，并将加密后的密文数据写入RFID卡的安全EEPROM中；所述CPK验签模块具体为：通过RFID卡和读卡器的双向认证后，将安全EEPROM中的密文数据取出，通过解密得到该签名信息的标识，再通过CPK组合公钥本地计算标识的公钥来离线认证签名信息的真伪。

7.如权利要求5所述的基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪系统，其特征在于所述RFID卡和读卡器上设置认证随机数生成器，所述认证随机数生成器用于认证生成认证随机数，在读卡器和RFID卡通信的过程中，认证随机数作为会话密钥，一次一密。

8.如权利要求5所述的基于CPK的RFID电子凭证离线鉴真防伪系统，其特征在于所述RFID卡上设置加密存储区，在加密存储区上保存根密钥和签名信息。