CN103729941B - 一种终端主密钥tmk安全下载方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种终端主密钥TMK安全下载方法及系统，包括步骤：KMS系统与操作终端通过CA中心进行身份认证，认证通过后将公私钥对的私钥Pu通过操作终端发送给POS终端；POS终端产生TK，并通过操作终端将TK传输给KMS系统，KMS系统使用TK中的认证密钥AUK与POS终端进行身份认证,认证通过后将TMK加密后传送给POS终端。本发明的有益效果为：通过上传TK，由TK加密TMK后进行下载，实现POS终端远程下载TMK；通过操作终端上传TK提高了TK上传的时间效率；通过CA中心对操作终端与KMS系统的身份认证加强了TK的安全传输。

Description

一种终端主密钥TMK安全下载方法及系统
技术领域
本发明涉及电子支付领域，尤其涉及一种终端主密钥TMK安全下载方法及系统。
背景技术
银行卡（BANKCard）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（PointOfSale，POS）、POS收单系统（POSP）、密码键盘（PINPAD）和硬件加密机（HardwareandSecurityModule，HSM）。其中POS终端能够接受银行卡信息，具有通讯功能，并接受柜员的指令完成金融交易信息和有关信息交换的设备；POS收单系统对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，是集中管理和交易处理的系统；密码键盘（PINPAD）是对各种金融交易相关的密钥进行安全存储保护，以及对PIN进行加密保护的安全设备；硬件加密机（HSM）是对传输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（PersonalIdentificationNumber，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以明文的方式出现；终端主密钥（TerminalMasterKey，TMK），POS终端工作时，对工作密钥进行加密的主密钥，加密保存在系统数据库中；POS终端广泛应用于银行卡支付场合，比如厂商购物、酒店住宿等，是一种不可或缺的现代化支付手段，已经融入人们生活的各种场合。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外，还要持卡人输入PIN供发卡银行验证持卡人的身份合法性，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，不允许在计算机网络系统的任何环节，PIN以明文的方式出现，因此目前接受输入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对WK进行加密保护。每台POS终端拥有唯一的TMK，必须要有安全保护，保证只能写入设备并参与计算，不能读取；TMK是一个很关键的根密钥，如果TMK被截取，工作密钥就比较容易被破解，将严重威胁银行卡支付安全。所以能否安全下载TMK到POS终端，成为整个POS终端安全性的关键。
为防范密钥泄露风险，终端主密钥的下载必须控制在管理中心的安全机房进行，通过人工集中下载终端主密钥。从而带来维护中心机房工作量大；设备出厂后需要运输到管理中心安全机房下载密钥才能部署到商户，运输成本上升；为了集中下装密钥，需要大量的人手和工作时间，维护成本大、维护周期长等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
一种终端主密钥TMK安全下载方法，包括步骤：S1、KMS系统将公钥Pu下传至POS终端的流程；S2、POS终端使用公钥Pu加密传输密钥TK并上传至KMS系统的流程；S3、POS终端从KMS系统下载经过传输密钥TK加密的主密钥TMK的流程；其中，步骤S1具体步骤包括：S11、KMS系统调用硬件加密机产生公钥Pu和私钥Pr；S12、操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；S13、认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；步骤S2具体包括：S21、POS终端调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；S22、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu加密传输密钥TK生成传输密钥密文Ctk_Pu；S23、操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；S24、KMS系统将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS数据库中；步骤S3具体包括：S31、POS终端将终端序列号SN和下载主密钥申请发送至KMS系统；S32、KMS系统接收到POS终端发送的终端序列号SN和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；S33、KMS系统调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；S34、KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；S35、如果认证通过，KMS系统调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；S36、POS终端调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
本发明的另一技术方案是：
一种终端主密钥TMK安全下载系统，包括硬件加密机、POS终端、操作终端、CA中心以及KMS系统；所述POS终端包括TK产生模块、第一TK上传模块、主密钥下载请求模块、双向认证A模块、TMK接收模块，所述操作终端包括第二TK上传模块，所述KMS系统包括公私钥下发模块、TK接收模块、请求响应模块、双向认证B模块、TMK发送模块，所述CA中心包括CA认证模块；公私钥下发模块用于调用硬件加密机产生公钥Pu和私钥Pr；CA认证模块用于操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；公私钥下发模块用于当所述认证通过后，将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；TK产生模块用于调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；第一TK上传模块用于调用密码键盘使用公钥Pu加密传输密钥TK生成传输密钥密文Ctk_Pu；第二TK上传模块用于将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；TK接收模块用于将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS数据库中；主密钥下载请求模块用于将终端序列号SN和下载主密钥申请发送至KMS系统；请求响应模块用于当KMS系统接收到POS终端发送的终端序列号SN和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；请求响应模块用于调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；双向认证A模块和双向认证B模块用于当KMS系统获得传输密钥TK后，调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；TMK发送模块用于当双向认证通过时，调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；TMK接收模块用于调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
本发明的有益效果为：本发明通过POS终端上传传输密钥TK，由TK对终端主密钥TMK进行加密后下载至POS终端的密码键盘内，从而实现了POS终端远程下载终端主密钥TMK，避免了POS终端通过集中下载主密钥后再布放到商户，减少了物流成本和集中下载维护成本。并且通过操作终端采集和上传TK，提高了TK的采集和上传的时间效率，同时也加强了TK采集与上传的过程控制，有效保证了上传TK的合法性。进一步地，在POS终端上传TK和下时通过CA中心进行操作终端与KMS系统双方的身份认证，确保了数据传输双方为合法身份，有效防止了伪终端窃取终端主密钥TMK。
附图说明
图1是本发明一实施方式中一种终端主密钥TMK安全下载系统的结构框图；
图2是图1中双向认证A模块的结构框图；
图3是图1中双向认证B模块的结构框图；
图4是本发明一实施方式中一种终端主密钥TMK安全下载方法的方法流程图；
图5是图4中步骤S1的具体流程图；
图6是图4中步骤S2的具体流程图；
图7是图4中步骤S3的具体流程图。
主要元件符号说明：
10：POS终端；20：操作终端；30：KMS系统；40：CA中心；50：硬件加密机；101：TK产生模块；102：第一TK上传模块；103：主密钥下载请求模块；104：TMK接收模块；105：双向认证A模块；201：第二TK上传模块；301：公私钥下发模块；302：TK接收模块；303：请求响应模块；304：双向认证B模块；305：TMK发送模块；401：CA认证模块；1051：第一随机数产生单元；1052：第一数据收发单元；1053：第一加解密单元；1054：第一判断单元；3041：第二随机数产生单元；3042：第二数据收发单元；3043：第二加解密单元；3044：第二判断单元。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
首先，对本发明涉及的缩略语和关键术语进行定义和说明：
AUK：AuthenticationKey的简称，即认证密钥，用于PINPAD与密钥管理系统KMS之间的双向认证；
CA中心：所谓CA（CertificateAuthority）中心，它是采用PKI（PublicKeyInfrastructure）公开密钥基础架构技术，专门提供网络身份认证服务，负责签发和管理数字证书，且具有权威性和公正性的第三方信任机构，它的作用就像我们现实生活中颁发证件的公司，如护照办理机构；
HSM：HighSecurityMachine的简称，高安全设备，在该系统中为硬件加密机；
KMS系统：KeyManagementSystem，密钥管理系统，用于管理终端主密钥TMK；
MAK：MacKey的简称，即MAC计算密钥，与客户协商确定24字节对称密钥，用于MTMS系统与KMS系统之间TK的MAC值计算；
MTMS：全称MaterialTrackingManagementSystem，物料追溯管理系统，主要在工厂生产时使用；
PIK：PinKey的简称，即Pin加密密钥，是工作密钥的一种；
PINPAD：密码键盘；
PK：ProtectKey的简称，即保护密钥，与客户协商确定，24字节对称密钥。用于MTMS/TCS与KMS之间TK的加密传输；
POS：PointOfSale的简称，即销售终端
SNpinpad：密码键盘的序列号，PINPAD是内置时，和POS终端序列号SNpos一致；
SN：POS终端的序列号；
TEK：TransmissionEncryptKey的简称，即传输加密密钥，24字节对称密钥，用于PINPAD与密钥管理系统KMS之间TMK的加密传输；
TK：TransmissionKey的简称，即传输密钥。传输密钥是由传输加密密钥TEK和双向认证密钥AUK组成的；
TMS：TerminalManagementSystem的简称，即终端管理系统，用于完成POS终端信息管理、软件与参数配置、远程下载、终端运行状态信息收集管理、远程诊断等功能；
TMK：TerminalMasterKey的简称，即终端主密钥，用于POS终端和支付收单系统之间工作密钥的加密传输；
安全房：具有较高安全级别，用于存放服务器的房间，该房间需要身份认证后才能进去。
智能IC卡：为CPU卡，卡内的集成电路包括中央处理器CPU、可编程只读存储器EEPROM、随机存储器RAM和固化在只读存储器ROM中的卡内操作系统COS(ChipOperatingSystem)，卡中数据分为外部读取和内部处理部分。
对称密钥：发送和接收数据的双方必须使用相同的密钥对明文进行加密和解密运算。对称密钥加密算法主要包括：DES、3DES、IDEA、FEAL、BLOWFISH等。
非对称密钥：非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（私钥Publickey）和私有密钥（公钥Privatekey）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公用密钥向其它方公开；得到该公用密钥的乙方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给甲方；甲方再用自己保存的另一把专用密钥对加密后的信息进行解密。甲方可以使用乙方的公钥对机密信息进行加密后再发送给乙方；乙方再用自己的私匙对加密后的信息进行解密。主要算法有RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）。
RSA：一种非对称密钥算法。RSA公钥加密算法是1977年由RonRivest、AdiShamirh和LenAdleman在（美国麻省理工学院）开发的。RSA取名来自开发他们三者的名字。RSA是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被ISO推荐为公钥数据加密标准。RSA算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易。RSA算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。RSA是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在的三十多年里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。
TDESTriple-DES：DES是一种对称加密算法，密钥是8字节。TDES是基于DES的加密算法，其密钥是16字节或者24字节。TDES/3DES是英文TripleDES的缩语（即三重数据加密标准），DES则是英文DataEncryptionStandard（数加密标准）的缩语。DES是一种对称密钥加密算法，即数据加密密钥与解密密钥相同的加密算法。DES由IBM公司在20世纪70年代开发并公开，随后为美国政府采用，并被美国国家标准局和美国国家标准协会(ANSI)承认。TDES/3DES是DES加密算法的一种模式，它使用3条64位的密钥对数据进行三次加密。是DES的一个更安全的变形。
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明采用一种新的主密钥下载方案，通过POS终端随机产生TK（TransmissionKey，传输密钥），将产生后的TK保存于POS终端的密码键盘中，并将TK通过各种应用场景下所需的传输方式传送至KMS（KeyManagementSystem,密钥管理系统，用于管理终端主密钥TMK）中。
当POS终端申请下载终端主密钥TMK时，KMS系统使用TK加密终端主密钥TMK，并将加密后的终端主密钥密文发送给POS终端，POS终端接收后用TK对主密钥密文进行解密，得到终端主密钥TMK，并将终端主密钥TMK保存在密码键盘里。
如此，通过TK加密终端主密钥TMK，使TMK能够进行远程传输，方便TMK的安全下载。
在某些场景下，采用操作终端采集POS终端产生的TK，并由操作终端负责将TK传输给KMS系统，采用操作终端采集TK可以方便TK的采集操作（可以实现一键采集等）和TK采集的权限管理。但是，在上传所述TK和下载终端主密钥TMK时可能会存在通过伪操作终端窃取终端主密钥TMK，因此需要一种能够在传输所述TK或TMK时认证收送双向身份的终端主密钥TMK安全下载方案。
下面就对本发明克服上述问题的技术方案进行详细说明。
如图1所示，是本实施方式一种终端主密钥TMK安全下载系统的结构框图，该终端主密钥TMK安全下载系统，包括硬件加密机50、POS终端10、操作终端20、CA中心40以及KMS系统20；所述POS终端10包括TK产生模块101、第一TK上传模块102、主密钥下载请求模块103、双向认证A模块105、TMK接收模块104，所述操作终端20包括第二TK上传模块201，所述KMS系统30包括公私钥下发模块301、TK接收模块302、请求响应模块303、双向认证B模块304、TMK发送模块305，所述CA中心40包括CA认证模块401。
公私钥下发模块301用于调用硬件加密机50产生公钥Pu和私钥Pr；
CA认证模块401用于操作终端20与KMS系统30通过CA中心40进行双向认证；
公私钥下发模块301用于当所述认证通过后，将公钥Pu通过操作终端20发送至POS终端10并存储在密码键盘中；
TK产生模块101用于调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；
第一TK上传模块102用于调用密码键盘使用公钥Pu加密传输密钥TK生成传输密钥密文Ctk_Pu；
第二TK上传模块201用于将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；
TK接收模块302用于将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS数据库中；
主密钥下载请求模块103用于将终端序列号SN和下载主密钥申请发送至KMS系统30；
请求响应模块303用于当KMS系统30接收到POS终端10发送的终端序列号SN和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；
请求响应模块303用于调用硬件加密机50使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；
双向认证A模块105和双向认证B模块304用于当KMS系统30获得传输密钥TK后，调用硬件加密机50使用认证密钥AUK与POS终端10进行双向认证；
TMK发送模块305用于当双向认证通过时，调用硬件加密机50使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端10；
TMK接收模块104用于调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
其中，所述操作终端20还包括有操作员卡和管理员卡；
所述CA认证模块401还用于产生操作员卡证书和管理员卡证书，并用于将操作员卡证书存储在操作员卡里以及将管理员卡证书存储在管理卡里；
所述操作员卡和管理员卡用于当操作终端20读取插在操作终端上的操作员卡和管理员卡，通过CA中心40对操作员证书和管理员证书进行合法性认证通过时，授权对操作终端20进行操作。
通过所述操作员卡和管理员对操作终端进行操作限制，因此只有持有操作员卡的的操作人员在管理员授权的情况下才能采集POS终端10的传输密钥TK，从而确保了传输密钥TK不会被随意采集，有效保证上传的TK的真实有效性。
其中，所述操作终端20还包括打包模块，所述打包模块用于对接收到的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包并使用操作员卡进行签名；
所述KMS系统30的还包括校验模块，所述校验模块用于当接收到所述TK采集单元传输的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN时，校验所述打包模块的签名的合法性，并且用于当所述校验合法时，将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在SN-Key_KMS数据库。
通过所述打包模块对采集的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包和签名可以追溯该TK信息是由哪位操作员操作产生的，因此可以根据验证所述签名的合法性来判断上传的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN是否是合法的，加强了对传输密钥TK的采集传输管理，防止伪终端上传伪传输密钥TK。
请参阅图2和图3，其中，图2为图1中双向认证A模块的结构框图，图3为图1中双向认证B模块的结构框图。所述双向认证A模块105包括第一随机数产生单元1051、第一数据收发单元1052、第一加解密单元1053以及第一判断单元1054，所述双向认证B模块304包括第二随机数产生单元3041、第二数据收发单元3042、第二加解密单元3043以及第二判断单元3044。
第一随机数产生单元1051用于产生第一随机数Rnd1；第一数据收发单元1052用于将产生的第一随机数Rnd1发送至KMS系统30；第二数据收发单元3042用于接收第一随机数Rnd1；第二随机数产生单元3041用于在接收到第一随机数Rnd1时，产生随机数第二Rnd2；第二加解密单元3043用于在接收到第一随机数Rnd1时，调用硬件加密机50使用传输认证密钥AUK加密第一随机数Rnd1获得第一随机数密文Crnd1；第二数据收发单元3042用于将第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2发送给POS终端10；
第一加解密单元1053用于在接收到第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2时，使用传输认证密钥AUK解密接收到的第一随机数密文Crnd1获得第三随机数Rnd1’；第一判断单元1054用于判断第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1是否一致；
第一加解密单元1053用于当所述第一判断单元判定第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1一致时，使用传输认证密钥AUK加密第二随机数Rnd2生成第二随机数密文Crnd2；第一数据收发单元1052用于将第二随机数密文Crnd2发送给KMS系统30；
第二加解密单元3043用于在接收到第二随机数密文Crnd2时，调用硬件加密机50使用传输认证密钥AUK解密接收到的第二随机数密文Crnd2获得第四随机数Rnd2’，第二判断单元3044用于判断第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2是否一致，并当判定第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2一致时，确认KMS系统30与POS终端10之间的双向认证通过。
请参阅图4，为本发明一实施方式中一种终端主密钥TMK安全下载方法的方法流程图，该方法包括步骤：
S1、KMS系统将公钥Pu下传至POS终端的流程；
S2、POS终端使用公钥Pu加密传输密钥TK并上传至KMS系统的流程；
S3、POS终端从KMS系统下载经过传输密钥TK加密的主密钥TMK的流程。
请参阅图5，为步骤S1的具体流程图，所述步骤S1具体包括步骤：
S11、KMS系统调用硬件加密机产生公钥Pu和私钥Pr；
S12、操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；
S13、认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；
请参阅图6，为步骤S2的具体流程图，所述步骤S2具体包括步骤：
S21、POS终端调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；
S22、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu加密传输密钥TK生成传输密钥密文Ctk_Pu；
S23、操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；
S24、KMS系统将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS数据库中；
请参阅图7，为步骤S3的具体流程图；所述步骤S3具体包括步骤：
S31、POS终端将终端序列号SN和下载主密钥申请发送至KMS系统；
S32、KMS系统接收到POS终端发送的终端序列号SN和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；
S33、KMS系统调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；
S34、KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；
S35、如果认证通过，KMS系统调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；
S36、POS终端调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
其中，所述“操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中”具体包括：
KMS系统将公钥Pu和KMS标识信息发给CA中心，CA中心使用根证书对应私钥对公钥Pu和KMS系统标识信息进行签名，生成数字证书Crt_kms并将Crt_kms发送给KMS系统，KMS系统存储所述Crt_kms；
KMS系统将数字证书Crt_kms发送至操作终端；
操作终端使用烧片预装的根证书HsmRCRT验证工作证书Crt_kms的合法性。
其中，所述“操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统”还包括授权操作员卡和管理员卡对操作终端进行操作的步骤，具体包括：
针对操作员卡和管理员卡分别产生公私钥对；
将产生的公钥发给CA中心，分别生成操作员卡证书和管理员卡证书；
将操作员卡证书存储在操作员卡里以及将管理员卡证书存储在管理卡里；
操作终端读取插在操作终端上的操作员卡和管理员卡，通过CA中心对操作员证书和管理员证书进行合法性认证，并当认证通过后允许对操作终端进行操作。
其中，所述“操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统”还包括：
POS终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发给操作终端；
操作终端对接收到的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包并使用操作员卡进行签名，以及将经过签名的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；
所述“KMS系统将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS数据库中”还包括：
KMS系统接收到传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN时先校验签名的合法性，如果合法，将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在SN-Key_KMS数据库。
其中，所述“KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证”具体包括：
POS终端产生第一随机数Rnd1并将第一随机数Rnd1发送至KMS系统；
KMS系统接收第一随机数Rnd1后产生随机数第二Rnd2，调用硬件加密机使用认证密钥AUK加密第一随机数Rnd1获得第一随机数密文Crnd1，将第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2发送给POS终端；
POS终端使用认证密钥AUK解密接收到的第一随机数密文Crnd1获得第三随机数Rnd1’，判断第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1是否一致：
如果第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1一致，POS终端使用认证密钥AUK加密第二随机数Rnd2生成第二随机数密文Crnd2，并将第二随机数密文Crnd2发送给KMS系统；
KMS系统调用硬件加密机使用认证密钥AUK解密接收到的第二随机数密文Crnd2获得第四随机数Rnd2’，判断第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2是否一致；
如果第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2一致，KMS系统与POS终端认证通过。
在本发明中，传输密钥TK产生时计算TK的原始希哈值，当每次存储、传输或使用TK时先校验TK的希哈值，当检验通过后才可以使用TK。通过校验TK的希哈值可以防止存储设备异常导致存储的数据错误，确定密钥是否正确。
本发明的有益效果为：本发明通过POS终端上传传输密钥TK，由TK对终端主密钥TMK进行加密后下载至POS终端的密码键盘内，从而实现了POS终端远程下载终端主密钥TMK，避免了POS终端通过集中下载主密钥后再布放到商户，减少了物流成本和集中下载维护成本。并且通过操作终端采集和上传TK，提高了TK的采集和上传的时间效率，同时也加强了TK采集与上传的过程控制，有效保证了上传TK的合法性。进一步地，本发明主密钥TMK是由KMS系统生成的，因此方便KMS系统对主密钥TMK的后续维护和管理。进一步地，在POS终端上传TK和下时通过CA中心进行操作终端与KMS系统双方的身份认证，确保了数据传输双方为合法身份，有效防止了伪终端窃取终端主密钥TMK。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (9)

1.一种终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，包括步骤：
S1、KMS系统将公钥Pu下传至POS终端的流程；
S2、POS终端使用公钥Pu加密传输密钥TK并上传至KMS系统的流程；
S3、POS终端从KMS系统下载经过传输密钥TK加密的主密钥TMK的流程；
其中，步骤S1具体步骤包括：
S11、KMS系统调用硬件加密机产生公钥Pu和私钥Pr；
S12、操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；
S13、认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；
步骤S2具体包括：
S21、POS终端调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；
S22、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu加密传输密钥TK生成传输密钥密文Ctk_Pu；
S23、操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；
S24、KMS系统将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS数据库中；
步骤S3具体包括：
S31、POS终端将终端序列号SN和下载主密钥申请发送至KMS系统；
S32、KMS系统接收到POS终端发送的终端序列号SN和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；
S33、KMS系统调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；
S34、KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；
S35、如果认证通过，KMS系统调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；
S36、POS终端调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
2.根据权利要求1所述的终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中”具体包括：
KMS系统将公钥Pu和KMS标识信息发给CA中心，CA中心使用根证书对应私钥对公钥Pu和KMS系统标识信息进行签名，生成数字证书Crt_kms并将Crt_kms发送给KMS系统，KMS系统存储所述Crt_kms；
KMS系统将数字证书Crt_kms发送至操作终端；
操作终端使用烧片预装的根证书HsmRCRT验证工作证书Crt_kms的合法性。
3.根据权利要求1所述的终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统”还包括授权操作员卡和管理员卡对操作终端进行操作的步骤，具体包括：
针对操作员卡和管理员卡分别产生公私钥对；
将产生的公钥发给CA中心，分别生成操作员卡证书和管理员卡证书；
将操作员卡证书存储在操作员卡里以及将管理员卡证书存储在管理卡里；
操作终端读取插在操作终端上的操作员卡和管理员卡，通过CA中心对操作员证书和管理员证书进行合法性认证，并当认证通过后允许对操作终端进行操作。
4.根据权利要求3所述的终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统”还包括：
POS终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发给操作终端；
操作终端对接收到的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包并使用操作员卡进行签名，以及将经过签名的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；
所述“KMS系统将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS数据库中”还包括：
KMS系统接收到传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN时先校验签名的合法性，如果合法，将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在SN-Key_KMS数据库。
5.根据权利要求1所述的一种终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证”具体包括：
POS终端产生第一随机数Rnd1并将第一随机数Rnd1发送至KMS系统；
KMS系统接收第一随机数Rnd1后产生随机数第二Rnd2，调用硬件加密机使用认证密钥AUK加密第一随机数Rnd1获得第一随机数密文Crnd1，将第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2发送给POS终端；
POS终端使用认证密钥AUK解密接收到的第一随机数密文Crnd1获得第三随机数Rnd1’，判断第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1是否一致：
如果第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1一致，POS终端使用认证密钥AUK加密第二随机数Rnd2生成第二随机数密文Crnd2，并将第二随机数密文Crnd2发送给KMS系统；
KMS系统调用硬件加密机使用认证密钥AUK解密接收到的第二随机数密文Crnd2获得第四随机数Rnd2’，判断第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2是否一致；
如果第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2一致，KMS系统与POS终端认证通过。
6.一种终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，包括硬件加密机、POS终端、操作终端、CA中心以及KMS系统；所述POS终端包括TK产生模块、第一TK上传模块、主密钥下载请求模块、双向认证A模块、TMK接收模块，
所述操作终端包括第二TK上传模块，
所述KMS系统包括公私钥下发模块、TK接收模块、请求响应模块、双向认证B模块、TMK发送模块，
所述CA中心包括CA认证模块；
公私钥下发模块用于调用硬件加密机产生公钥Pu和私钥Pr；
CA认证模块用于操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；
公私钥下发模块用于当所述认证通过后，将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；
TK产生模块用于调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；
第一TK上传模块用于调用密码键盘使用公钥Pu加密传输密钥TK生成传输密钥密文Ctk_Pu；
第二TK上传模块用于将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；
TK接收模块用于将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS数据库中；
主密钥下载请求模块用于将终端序列号SN和下载主密钥申请发送至KMS系统；
请求响应模块用于当KMS系统接收到POS终端发送的终端序列号SN和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；
请求响应模块用于调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；
双向认证A模块和双向认证B模块用于当KMS系统获得传输密钥TK后，调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；
TMK发送模块用于当双向认证通过时，调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；
TMK接收模块用于调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
7.根据权利要求6所述的终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，所述操作终端还包括有操作员卡和管理员卡；
所述CA认证模块还用于产生操作员卡证书和管理员卡证书，并用于将操作员卡证书存储在操作员卡里以及将管理员卡证书存储在管理卡里；
所述操作员卡和管理员卡用于当操作终端读取插在操作终端上的操作员卡和管理员卡，通过CA中心对操作员证书和管理员证书进行合法性认证通过时，授权对操作终端进行操作。
8.根据权利要求7所述的终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，所述操作终端还包括打包模块，所述打包模块用于对接收到的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包并使用操作员卡进行签名；
所述KMS系统的还包括校验模块，所述校验模块用于当接收到所述TK采集单元传输的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN时，校验所述打包模块的签名的合法性，并且用于当所述校验合法时，将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在SN-Key_KMS数据库。
9.根据权利要求6所述的终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，所述双向认证A模块包括第一随机数产生单元、第一数据收发单元、第一加解密单元以及第一判断单元，所述双向认证B模块包括第二随机数产生单元、第二数据收发单元、第二加解密单元以及第二判断单元；
第一随机数产生单元用于产生第一随机数Rnd1；第一数据收发单元用于将产生的第一随机数Rnd1发送至KMS系统；第二数据收发单元用于接收第一随机数Rnd1；第二随机数产生单元用于在接收到第一随机数Rnd1时，产生随机数第二Rnd2；第二加解密单元用于在接收到第一随机数Rnd1时，调用硬件加密机使用传输认证密钥AUK加密第一随机数Rnd1获得第一随机数密文Crnd1；第二数据收发单元用于将第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2发送给POS终端；
第一加解密单元用于在接收到第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2时，使用传输认证密钥AUK解密接收到的第一随机数密文Crnd1获得第三随机数Rnd1’；第一判断单元用于判断第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1是否一致；
第一加解密单元用于当所述第一判断单元判定第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1一致时，使用传输认证密钥AUK加密第二随机数Rnd2生成第二随机数密文Crnd2；第一数据收发单元用于将第二随机数密文Crnd2发送给KMS系统；
第二加解密单元用于在接收到第二随机数密文Crnd2时，调用硬件加密机使用传输认证密钥AUK解密接收到的第二随机数密文Crnd2获得第四随机数Rnd2’，第二判断单元用于判断第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2是否一致，并当判定第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2一致时，确认KMS系统与POS终端之间的双向认证通过。
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