CN104504563B - 一种移动信息安全设备及其工作方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种移动信息安全设备，该设备设置在移动终端的SIM卡内，包括蓝牙芯片、国密芯片和加速度传感器，所述蓝牙芯片与移动终端内的蓝牙进行数据通信，提供本设备的蓝牙通信通道，所述国密芯片通过蓝牙通信通道与移动终端进行数据通信，所述加速度传感器用于控制国密芯片的启动、停止和操作确认；国密芯片通过接口与SIM芯片进行数据通信，通过SWP接口与移动终端的NFC模块通信，提供本设备的NFC通信通道；本发明公开了一种移动信息安全设备工作方法。本发明主要针对移动支付领域，支付时无需外接任何设备，安全可靠，使用方便。

Description

一种移动信息安全设备及其工作方法

技术领域

本发明涉及移动信息安全领域，尤其涉及一种移动信息安全设备及其工作方法，主要应用于移动支付。

背景技术

移动支付（Mobile Payment），是指允许移动用户使用其移动终端（通常是手机）对所消费的商品或服务进行账务支付的一种服务方式。互联网及手机支付用户近几年快速增长，中国互联网络信息中心发布的数据显示，截至2013 年12 月底，中国网民规模达6.18亿，同比增长9.6%；手机网民规模达5.0 亿，同比增长19.0%，占总网民数的81.0%。手机支付用户规模达到1.25 亿，同比增长了126.0%，占手机网民总量的25.0%。这表明，继银行卡支付、网上支付(PC 端)之后，中国消费者已经快速进入了移动支付时代。

越来越多的手机用户开始通过手机上网购物和支付,但手机支付安全问题却日益严峻，因此需要一种保证支付安全性的手段。目前常用的方式有：短信随机码、动态口令卡、音频接口的密码设备。现有技术存在如下缺点：短信随机码和动态口令卡安全性较低，无法解决身份认证的问题；音频接口的密码设备使用数字证书，但为外置设备，用锂电池供电，需要经常充电，使用及携带不方便。

发明内容

为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种置于移动终端SIM卡内的移动信息安全设备及其工作方法，支付时无需外接任何设备，安全可靠，使用方便。

为实现上述目的，本发明采取如下技术方案：

一种移动信息安全设备，设置在移动终端的SIM卡内，包括蓝牙芯片、国密芯片和加速度传感器，所述蓝牙芯片提供本设备与移动终端间的蓝牙通信通道，所述国密芯片与蓝牙芯片连接，通过蓝牙通信通道与移动终端进行数据通信，所述加速度传感器通过预设手势控制国密芯片的启动、停止和操作确认。

更进一步的，国密芯片还与移动终端的NFC模块通信，提供本设备的NFC通信通道。

优选的，本发明国密芯片经SIM芯片、SWP接口与移动终端的NFC模块通信，或者直接通过SWP接口与移动终端的NFC模块通信，提供本设备的NFC通信通道。

更进一步的，移动终端设定所述加速度传感器的启动手势和确认手势，所述加速度传感器检测到启动手势时，启动国密芯片和蓝牙芯片；所述加速度传感器检测到确认手势时，向国密芯片发送确认信息。

本发明还提供一种移动信息安全设备的工作方法，包括如下步骤：

（1）用户进行业务处理前，按启动手势晃动移动终端，加速度传感器检测到移动终端启动手势的晃动后，通知国密芯片启动工作；

（2）移动终端将用户的业务数据通过蓝牙通信通道发送给国密芯片，并在国密芯片进行相应的数据处理；

（3）用户按确认手势晃动移动终端，通知国密芯片业务操作确认，国密芯片将处理完成的业务数据通过蓝牙通信通道发送给移动终端，移动终端接收到相应的返回业务数据进行后续处理。

更进一步的，所述步骤（2）和步骤（3）分别用如下步骤（2a）和步骤（3a）代替：

（2a）移动终端将用户的业务数据通过NFC通信通道发送给给国密芯片，并在国密芯片进行相应的数据处理；

（3a）用户按确认手势晃动移动终端，通知国密芯片业务操作确认，国密芯片将处理完成的业务数据经NFC通信通道传送回移动终端，移动终端接收到相应的返回业务数据进行后续处理。

更进一步的，所述国密芯片存储用户私钥，移动终端通过无线网络登录业务服务器，将待签名数据通过移动终端蓝牙通信通道发送到国密芯片中，国密芯片对待签名数据进行签名，签名结果首先通过蓝牙通信通道返回到移动终端，然后移动终端再通过无线网络将签名结果返回到业务服务器，业务服务器验证通过后，则认为当前交易得到了用户的合法授权，从而实现移动终端交易支付签名。

更进一步的，装有该设备的移动终端两两之间通过蓝牙通信通道、NFC通信通道或互联网进行互联，实现数据交互；在数据交互前，先通过双方国密芯片中的公钥交换算法进行会话密钥交换，然后双方的国密芯片用会话密钥将业务数据加密后发往对方，并将收到的业务数据通过国密芯片进行解密，从而实现数据交互。

更进一步的，所述国密芯片模拟智能卡，外部NFC识读设备经NFC通信通道与国密芯片交互完成智能卡应用操作

更进一步的，移动终端应用软件通过移动终端中NFC模块与外部非接触式IC卡进行数据交互，并将密码数据通过NFC通信通道送入国密芯片中，国密芯片对其进行处理并返回输出结果至移动终端。

有益效果：（1）本发明提供的安全设备封装在移动终端SIM卡中，交易支付时，不用再插接任何外置KEY或刷卡设备，使用方便，提高了用户体验；并且能够实现多种业务模式：PKI签名、点对点通信、模拟卡及读卡器模式，可做到一卡多用。

（2）本发明提供的安全设备中国密芯片支持SSF33、SM1、SM2、SM3、SM4、DES/3DES、AES、RSA等多种信息安全算法，有效保证交易安全。

（3）本发明提供的安全设备不进行交易的时候，蓝牙芯片和国密芯片处于睡眠模式，可有效降低设备的功耗；不进行交易的时候，蓝牙芯片和国密芯片处于睡眠模式，切断与移动终端的联系，可有效防止设备被木马病毒破解；交易时，用户需要晃动移动终端才能完成交易，可让用户对交易金额，交易厂商等信息进行确认，防止交易过程中的木马攻击。

附图说明

图1为本发明提供的移动支付安全设备功能原理图。

图2为蓝牙芯片管脚连接图。

图3为国密芯片SSX1408管脚连接图。

图4为加速度传感器管脚连接图。

图5为SIM芯片管脚连接图。

图6为蓝牙芯片晶振管脚连接图。

图7为国密芯片晶振管脚连接图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作更进一步的说明。

如图1所示，本发明提供的一种移动信息安全设备，集成在移动终端SIM卡内，因此本发明定义该安全设备为SimKey端，包括蓝牙芯片、国密芯片和加速度传感器，其中蓝牙芯片通过蓝牙与移动终端进行数据通信，提供本设备的蓝牙通信通道；国密芯片存储用户应用、数字证书、运算密钥及其他敏感数据，通过蓝牙通信通道与移动终端进行数据通信；加速度传感器用于控制国密芯片的启动、停止和操作确认。

更进一步的，在上述基础上，本发明SimKey端内的国密芯片还经SIM芯片、SWP接口与移动终端的NFC模块通信，或者直接通过SWP接口与移动终端的NFC模块通信，提供本设备的NFC通信通道。SWP接口是本发明的一种实施方式，而在具体实施过程中，可能会根据实际情况做出相应的等同替换，采用其他接口，应该认为这种替换应当也属于本发明的保护范围。

当国密芯片采用经SIM芯片、SWP接口与移动终端的NFC模块通信的方式时，此时SIM芯片有两个作用：一是作为移动终端与国密芯片通信的通道，二是实现标准SIM芯片的功能（如：接打电话，收发短信，手机流量上网等功能）。

本设备工作方法如下：

用户进行业务处理前，按启动手势晃动移动终端，加速度传感器检测到移动终端启动手势的晃动后，通知国密芯片启动工作；

移动终端将用户的业务数据（如交易支付的账号、金额等）通过蓝牙发送给本设备内的蓝牙芯片（或通过NFC模块发送到SWP接口），内置蓝牙芯片将接收到的数据发送给国密芯片(或由SWP接口发送给国密芯片)，在国密芯片进行相应的数据处理（如数字签名等）；

国密芯片完成数据处理，将处理完成的数据（如签名后的账号、金额信息）发送给内置蓝牙芯片（或发送至SWP接口），内置蓝牙芯片通过蓝牙发送给移动终端（或SWP接口通过NFC模块发送回移动终端），移动终端接收到相应的返回数据进行后续处理，然后用户通过确认手势晃动移动终端，通知国密芯片对此次业务进行操作确认。下面对加速度传感器手势设定和移动支付常用PKI签名和点对点通信模式进行详细介绍：

（1）手势设定

加速度传感器工作原理：加速度传感器利用了其内部的由于加速度造成的晶体变形这个特性。由于这个变形会产生电压，只要计算出产生电压和所施加的加速度之间的关系，就可以将加速度转化成电压输出。当然，还有很多其它方法来制作加速度传感器，比如压阻技术，电容效应，热气泡效应，谐振式，隧穿式等，但是其最基本的原理都是由于加速度产生某个介质产生变形，通过测量其变形量并用相关电路转化成电压输出。采用X,Y,Z三轴的加速度传感器，可以检测空间上三个方向的加速度变化。从而根据不同的变化实现不同的功能。

基于上述原理，移动终端作为随身携带设备，会随着人体姿势的变化出现不同程度的晃动，为了个人使用更加顺手方便，本发明通过软件来设定自己想要的晃动手势。该加速度传感器主要有两个方面的用途，一个是用来启动蓝牙和国密芯片，另一个是用来确认交易结果。因此需要设定两种手势姿势：启动手势和确认手势，当然两个功能也可使用同一个手势姿势，可以在软件提示时做出相应的手势。并且一旦设定姿势，比如设定为左右晃动时，SimKey端不会识别上下晃动，从而根据手势的设定防止日常使用中的晃动带来的误触，也可以设定为自己更加习惯的手势。

使用方法：通过SimKey端进行交易支付时，拿出装有SimKey端的移动终端，根据设定的手势晃动手机，SimKey端中的蓝牙芯片和国密芯片从休眠模式唤醒；

打开手机应用软件App，连接移动终端外蓝牙芯片和SimKey端内蓝牙芯片，开始进行交易；

当交易支付需要确认时，需要根据设定的手势来晃动移动终端进行交易确认；

交易支付完成后蓝牙芯片和国密芯片自动进入休眠模式，此时simKey端拒绝接收任何数据。

不进行交易的时候，蓝牙芯片和国密芯片处于睡眠模式，可有效降低SimKey的功耗；不进行交易的时候，蓝牙芯片和国密芯片处于睡眠模式，切断与移动终端的联系，可有效防止SimKey被木马病毒破解。

交易时，用户需要晃动移动终端才能完成交易，可让用户对交易金额，交易厂商等信息进行确认，防止交易过程中的木马攻击。

（2）PKI签名和点对点通信模式

PKI签名：用户私钥保存在SIMKEY端中，移动终端通过无线网络登录业务服务器，将待签名数据通过移动终端外蓝牙芯片发送到SIMKEY端中，SIMKEY端对待签名数据进行签名。签名结果首先通过SIMKEY端内蓝牙芯片返回到移动终端，然后再通过无线网络返回到业务服务器，业务服务器验证通过后，则认为当前交易得到了用户的合法授权，从而建立基于PKI的身份认证、安全认证系统。

点对点通信模式：即将两个设备链接，实现点对点数据传输。基于该模式，两个装有SIMKEY的移动终端之间都可以通过蓝牙、NFC或互联网通信通道互联，实现数据交换。在数据交换前，双方需先通过SIMKEY端国密芯片中的公钥交换算法进行会话密钥交换，然后双方的国密芯片用会话密钥将数据加密后发往对方，并将收到的数据通过国密芯片进行解密后，进行相关业务处理。

对于移动支付来讲，最重要的是如何将我们的安全要素（数字证书及运算密钥等）放到可信的地方，本发明将安全要素集成在移动终端SIM卡，交易支付时无需外接任何设备，不进行交易的时候，处于睡眠模式，安全可靠，有效防止木马攻击，并且使用方便。本发明所述的移动终端可以为手机、PDA、IPAD或平板电脑等适用移动支付的智能终端。上述PKI签名和点对点通信模式只是应用举例，实际上国密芯片承担交易支付过程中所有加密保护，支持SSF33、SM1、SM2、SM3、SM4、DES/3DES、AES、RSA等多种信息安全算法。

本发明提供的SIMKEY端在NFC通信通道基础上可以实现模拟卡、做读卡器功能：

模拟卡：国密芯片可装载智能卡应用(Application，一个可执行装载模块的实例，这个可执行模块装载到SIMKEY里并完成安装)，使国密芯片模拟智能卡，外部NFC识读设备经NFC通信通道与国密芯片交互完成智能卡应用操作。从而使具有NFC功能的SIMKEY端作为一张非接触卡，如门禁卡、银行卡、公交卡等。

卡模拟模式主要用于商场、交通等非接触移动支付应用中，用户只要将移动终端靠近NFC读卡器，并输入密码确认交易或者直接交易即可，然后将数据传送到交易应用处理系统进行处理。基于该模式的典型应用包括本地支付、在线支付、门禁控制、电子票据应用等等。

读卡器模式：即作为非接触读卡器使用。移动终端应用软件通过移动终端中具备读写功能的NFC模块与外部非接触式IC卡进行数据交互，并将读取的需要加解密处理的数据通过NFC通信通道送入国密芯片中，国密芯片对其进行解析处理并返回输出结果至移动终端，并送入外部IC卡，通过这种交互，实现与外部IC卡的设备认证，表明该读卡器是合法设备。另外，有些应用中，移动终端作为读卡器模式时需要将该读卡器交由后台业务系统控制，通过该SimKey端与后台业务系统进行相互认证，建立安全通道，后台操作IC卡的数据通过互联网经由移动终端转发及SimKey的加解密处理最终到达外部IC卡，将外部IC卡的读写操作交由后台业务系统操作。

如图2至图7所示，作为本发明的一个具体实施例，图2为蓝牙芯片管脚连接图，图3为国密芯片SSX1408管脚连接图，图4为加速度传感器管脚连接图，图5为Sim芯片管脚连接图，图6、7分别为蓝牙芯片晶振管脚连接图、国密芯片晶振管脚连接图。

蓝牙芯片通过串口与国密芯片进行连接，加速度传感器通过IIC接口与国密芯片进行连接，Sim芯片带有SWP接口可支持NFC功能，通过SPI口与国密芯片进行连接。本实施例只是本发明的一种实施方式，任何芯片及连接都可以在具体应用过程根据实际情况进行相应的替换或改变。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种移动信息安全设备，其特征在于：该设备设置在移动终端的SIM卡内，包括蓝牙芯片、国密芯片和加速度传感器，所述蓝牙芯片提供本设备与移动终端间的蓝牙通信通道，所述国密芯片与蓝牙芯片连接，通过蓝牙通信通道与移动终端进行数据通信，所述加速度传感器通过预设手势控制国密芯片的启动、停止和操作确认；移动终端设定所述加速度传感器的启动手势和确认手势，所述加速度传感器检测到启动手势时，启动国密芯片和蓝牙芯片；所述加速度传感器检测到确认手势时，向国密芯片发送确认信息。

2.根据权利要求1所述的一种移动信息安全设备，其特征在于：所述国密芯片还与移动终端的NFC模块通信，提供本设备的NFC通信通道。

3.根据权利要求2所述的一种移动信息安全设备，其特征在于：所述国密芯片经SIM芯片、SWP接口与移动终端的NFC模块通信，或者直接通过SWP接口与移动终端的NFC模块通信，提供本设备的NFC通信通道。

4.一种权利要求1所述移动信息安全设备的工作方法，其特征在于包括如下步骤：

（1）用户进行业务处理前，按启动手势晃动移动终端，加速度传感器检测到移动终端启动手势的晃动后，通知国密芯片启动工作；

（2）移动终端将用户的业务数据通过蓝牙通信通道发送给国密芯片，并在国密芯片进行相应的数据处理；

（3）用户按确认手势晃动移动终端，通知国密芯片业务操作确认，国密芯片将处理完成的业务数据通过蓝牙通信通道发送给移动终端，移动终端接收到相应的返回业务数据进行后续处理；

所述国密芯片存储用户私钥，移动终端通过无线网络登录业务服务器，将待签名数据通过移动终端蓝牙通信通道发送到国密芯片中，国密芯片对待签名数据进行签名，签名结果首先通过蓝牙通信通道返回到移动终端，然后移动终端再通过无线网络将签名结果返回到业务服务器，业务服务器验证通过后，则认为当前交易得到了用户的合法授权，从而实现移动终端交易支付签名。

5.根据权利要求4所述的一种移动信息安全设备的工作方法，其特征在于：所述步骤（2）和步骤（3）分别用如下步骤（2a）和步骤（3a）代替：

（2a）移动终端将用户的业务数据通过NFC通信通道发送给国密芯片，并在国密芯片进行相应的数据处理；

（3a）用户按确认手势晃动移动终端，通知国密芯片业务操作确认，国密芯片将处理完成的业务数据经NFC通信通道传送回移动终端，移动终端接收到相应的返回业务数据进行后续处理。

6.根据权利要求4或5所述的一种移动信息安全设备的工作方法，其特征在于：装有该设备的移动终端两两之间通过蓝牙通信通道、NFC通信通道或互联网进行互联，实现数据交互；在数据交互前，先通过双方国密芯片中的公钥交换算法进行会话密钥交换，然后双方的国密芯片用会话密钥将业务数据加密后发往对方，并将收到的业务数据通过国密芯片进行解密，从而实现数据交互。

7.根据权利要求5所述的一种移动信息安全设备的工作方法，其特征在于：所述国密芯片模拟智能卡，外部NFC识读设备经NFC通信通道与国密芯片交互完成智能卡应用操作。

8.根据权利要求5所述的一种移动信息安全设备的工作方法，其特征在于：移动终端应用软件通过移动终端中NFC模块与外部非接触式IC卡进行数据交互，并将密码数据通过NFC通信通道送入国密芯片中，国密芯片对其进行处理并返回输出结果至移动终端。