CN112800489B - 一种基于se的高安全指纹模块软件实现方法 - Google Patents

一种基于se的高安全指纹模块软件实现方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，通过在生产环节和应用环节增加安全策略，来提升指纹模块的安全性。在生产环节的安全环境下，通过混淆存储和安全加密方式在指纹处理器件内预置安全相关秘钥，并通过秘钥分散后的会话秘钥来保证后续应用流程中数据传输的安全性，指纹模版等敏感数据的存储和指纹比对均在SE内，指纹模板比对前先验证指纹处理器件的合法性，通过SE来提升整个系统的安全级别。

Description

一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法
技术领域
本发明涉及指纹模块技术领域，尤其涉及一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法。
背景技术
智能卡作为身份识别的载体，通过卡和读卡器的安全认证，解决了卡的合法性问题，但无法解决持卡人和卡之间的合法性问题，采用PIN码技术虽然可以解决持卡人和卡之间的合法性问题，但PIN码由于其容易忘记、安全强度低、容易泄露、易暴力破解等特点，存在众多不足。
指纹作为生物特征是人的固有特征，不需要记忆，不可篡改，可以很好的用在智能卡上，作为持卡人和卡的合法性认证手段，来弥补现有PIN码的不足。
目前市面上已经有带有指纹功能的智能卡或指纹模块设备，但其指纹模板的比对和存储均在非安全的指纹处理器件中，导致非安全存储器中的指纹模板很容易被攻击者获取，且在非安全器件中的比对结果也很容易被攻击篡改；这种设备不但不能提升智能卡的安全性，反而会因为非安全器件的引入，直接降低了智能卡或指纹模块的安全性。
针对以上几点，一种基于SE的高安全指纹模块可以解决以上不足，通过在SE内进行指纹模板的存储和比对提高安全等级，充分利用SE和指纹的安全性，可以更好的保护安全资产，并且可以通过指纹的便利性增强用户体验。发明内容
一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，指纹模块包含SE和指纹处理器件；在生产环节的安全环境下，通过混淆存储和安全加密方式在指纹处理器件内预置安全相关秘钥；后续应用流程中指纹处理器件需要通过SE的安全认证后才能将数据加密传输到SE中，通过SE来提升整个模块的安全等级；指纹录入时，指纹处理器件提取指纹模板后进行安全加密并传输到SE内存储；指纹比对时，指纹处理器件提取待比对指纹模板后进行安全加密并传输到SE内，在SE内待比对指纹模板与SE内存储的指纹模板进行比对，从而保证指纹比对的安全性。
在生产环节的安全环境下，指纹处理器件使用SE提供的高质量随机数通过运算后，对根秘钥进行混淆存储；SE生成一组高质量的安全秘钥作为SE与指纹处理器件之间的传输秘钥分别存储在SE和指纹处理器件中，其中该传输秘钥存储在指纹处理器件之前需要使用根秘钥进行加密后存储，以保护传输秘钥存储的安全性。
为实现上述发明目的，本发明通过混淆存储、安全认证、指纹录入和指纹比对几个操作流程保证指纹模块的安全性。
一、指纹模块中指纹处理器件的混淆存储技术方法步骤如下：
步骤一、在安全环境下，指纹处理器件从SE获得一个的随机数池C并存储。
步骤二、指纹处理器件再从SE获得一个随机数L，并在code中指定随机数模N。
步骤三、随机数L对随机数模N进行运算，得到余数R并存储。
步骤四、读取根秘钥时，余数R和code中指定的固定因子再运算，得到根秘钥的偏移列表I。
步骤五、根据偏移列表I在随机数池C中提取根秘钥，根秘钥本身不直接存储，后序使用均通过余数R和随机数池C运算提取根秘钥后使用。
二、指纹模块中安全认证技术方法步骤如下：
步骤一、SE收到指纹操作相关指令后，SE发起对指纹处理器件的安全认证。
步骤二、SE生成随机数1和分散因子1传输给指纹处理器件。
步骤三、指纹处理器件使用根秘钥对传输秘钥密文解密后获得传输秘钥，传输秘钥和分散因子1通过运算获得会话秘钥K。
步骤四、指纹处理器件使用会话秘钥对随机数1进行加密生成密文1，并传输给SE验证。
步骤五、SE收到密文1后，使用传输秘钥和分散因子1运算获得会话秘钥。
步骤六、SE使用会话秘钥解密密文1，验证解密后随机数1的正确性，正确则验证通过，否则验证失败。
三、指纹模块中指纹录入技术方法步骤如下：
步骤一、启动指纹录入。
步骤二、采集指纹数据，指纹处理器件提取指纹模板。
步骤三、安全认证。
步骤四、加密指纹模板并将密文传输给SE。
步骤五、SE解密并存储指纹模板。
步骤六、录入完成。
四、指纹模块中指纹比对技术方法步骤如下：
步骤一、启动指纹比对。
步骤二、指纹处理器件采集指纹数据，并提取待比对指纹模板。
步骤三、安全认证。
步骤四、加密待比对指纹模板并传输给SE。
步骤五、SE解密并与存储在SE中的指纹模板比对，比对成功执行步骤六，比对失败执行步骤七。
步骤六、比对成功后执行正确的步骤。
步骤七、比对失败后执行异常操作。
步骤八、比对完成。
附图说明
图1指纹处理器件混淆存储根秘钥；
图2SE和指纹处理器件存储传输秘钥；
图3指纹处理器件根秘钥存储流程图；
图4指纹处理器件根秘钥提取流程图；
图5预置传输秘钥流程图；
图6安全认证流程图；
图7指纹录入流程图；
图8指纹比对流程图；
具体实施方式
以下结合附图和实例对本发明所提供的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法做进一步说明。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
一、一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，指纹模块包含SE和指纹处理器件，如附图，在生产环节的安全环境下，通过混淆存储和安全加密方式在指纹处理器件内预置安全相关秘钥，在此实施例中指纹处理器件为一个MCU。
二、实施指纹处理器件根秘钥混淆存储流程，如附图1、图3所示，该方法步骤包括：
S3001、启动根秘钥存储。
S3002、在安全环境下，指纹处理器件从SE获得一个的随机数池C并存储。
S3003、指纹处理器件再从SE获得一个随机数L，并在code中指定随机数模N。
S3004、随机数L对随机数模N进行运算，得到余数R并存储。
S3005、完成。
指纹处理器件根秘钥提取流程，如附图1、图4所示，该方法步骤包括：
S4001、启动根秘钥读取。
S4002、读取余数R和code中指定的固定因子再运算，得到根秘钥的偏移列表I。
S4003、根据偏移列表I在随机数池C中提取根秘钥，根秘钥本身不直接存储，后序使用均通过余数R和随机数池C运算提取根秘钥后使用。
S4004、完成。
三、实施预置传输秘钥流程，如附图2、图5所示，该方法步骤包括：
S5001、启动预置传输秘钥。
S5002、在安全环境下，SE获取随机数作为传输密钥存储到NVM。
S5003、SE发送传输秘钥到MCU中。
S5004、MCU用存储秘钥和安全算法加密传输密钥。
S5005、MCU存储传输密钥密文到NVM中。
S5006、完成。
四、实施例安全认证，如附图6所示，。MCU从存储器读出密文密钥，计算CRC，与存储的CRC比较，一致则用MCU根密钥解密，还原出传输密钥，用传输密钥对分散因子加密(SM4/ECB)，生成会话密钥。用会话密钥对后16字节加密(SM4/ECB),生成认证数据，输出给SE。
S6001、启动安全认证。
S6002、由SE发起，产生16字节分散因子，产生16字节随机数作为认证数据，输出给MCU。
S6003、MCU提取根秘钥并解密除传输秘钥，使用传输密钥分散因子通过安全算法生成会话密钥。
S6004、MCU使用会话密钥对随机数加密并发送给SE。
S6005、SE使用传输密钥和分散因子通过安全算法生成会话密钥。
S6006、SE使用会话密钥解密对密文获得明文。
S6007、SE对比明文和随机数是否一致，一致则执行步骤S6008，不一致则执行步骤S6009。
S6008、认证成功。
S6009、认证失败。
五、实施例指纹录入，如附图7所示，
S7001、启动指纹录入。
S7002、采集指纹数据，指纹处理器件提取指纹模板。
S7003、安全认证。
S7004、加密指纹模板并将密文传输给SE。
S7005、SE解密并存储指纹模板。
S7006、录入完成。
六、实施例指纹比对，如附图8所示，包含以下步骤：
S8001、启动指纹比对；
S8002、采集指纹数据，指纹处理器件提取待比对指纹模板；
S8003、安全认证；
S8004、加密待比对指纹模板并将密文传输给SE；
S8005、SE解密并与存储在SE中的指纹模板比对，比对成功执行步骤S8006，比对失败执行步骤S8007；
S8006、比对成功后执行正确的流程；
S8007、比对失败后执行异常流程并返回错误状态；
S8008、比对完成。

Claims (9)

1.一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，高安全指纹模块包含SE和指纹处理器件；在生产环节的安全环境下，通过混淆存储和安全加密方式在指纹处理器件内预置安全相关秘钥；后续应用流程中指纹处理器件需要通过SE的安全认证后才能将数据加密传输到SE中，通过SE来提升整个模块的安全等级；指纹录入时，指纹处理器件提取指纹模板后进行安全加密并传输到SE内存储；指纹比对时，指纹处理器件提取待比对指纹模板后进行安全加密并传输到SE内，在SE内待比对指纹模板与SE内存储的指纹模板进行比对，从而保证指纹比对的安全性；
所述的在生产环节的安全环境下，通过混淆存储和安全加密方式在指纹处理器件内预置安全相关秘钥，包括在生产环节的安全环境下，指纹处理器件使用SE提供的高质量随机数通过运算后，对根秘钥进行混淆存储；SE生成一组高质量的安全秘钥作为SE与指纹处理器件之间的传输秘钥分别存储在SE和指纹处理器件中，其中该传输秘钥存储在指纹处理器件之前需要使用根秘钥进行加密后存储，以保护传输秘钥存储的安全性；
所述的混淆存储包括步骤：
步骤一、在安全环境下，指纹处理器件从SE获得一个的随机数池C并存储；
步骤二、指纹处理器件再从SE获得一个随机数L，并在code中指定随机数模N；
步骤三、随机数L对随机数模N进行运算，得到余数R并存储；
步骤四、余数R和code中指定的固定因子再运算，得到根秘钥的偏移列表I；
步骤五、根据偏移列表I在随机数池C中提取根秘钥，根秘钥本身不直接存储，后序使用均通过余数R和随机数池C运算提取根秘钥后使用；
所述的后续应用流程中指纹处理器件需要通过SE的安全认证后才能将数据加密传输到SE中，通过SE来提升整个模块的安全等级，其中所述的安全认证，包括步骤：
步骤一、SE收到指纹操作相关指令后，SE发起对指纹处理器件的安全认证；
步骤二、SE生成随机数和分散因子传输给指纹处理器件；
步骤三、指纹处理器件使用根秘钥对传输秘钥密文解密后获得传输秘钥，传输秘钥和分散因子通过运算获得会话秘钥；
步骤四、指纹处理器件使用会话秘钥对随机数进行加密生成密文，并传输给SE验证；
步骤五、SE收到密文后，使用传输秘钥和分散因子运算获得会话秘钥；
步骤六、SE使用会话秘钥解密密文，验证解密后随机数的正确性，正确则验证通过，否则验证失败。
2.根据权利要求1所述的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，所述的指纹录入，包括步骤：
步骤一、启动指纹录入；
步骤二、采集指纹数据，指纹处理器件提取指纹模板；
步骤三、安全认证；
步骤四、加密指纹模板并将密文传输给SE；
步骤五、SE解密并存储指纹模板；
步骤六、录入完成。
3.根据权利要求1所述的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，所述的指纹比对，包括步骤：
步骤一、启动指纹比对；
步骤二、采集指纹数据，指纹处理器件提取待比对指纹模板；
步骤三、安全认证；
步骤四、加密待比对指纹模板并将密文传输给SE；
步骤五、SE解密并与存储在SE中的指纹模板比对，比对成功执行步骤六，比对失败执行步骤七；
步骤六、比对成功后执行正确的流程；
步骤七、比对失败后执行异常流程并返回错误状态；
步骤八、比对完成。
4.根据权利要求2所述的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，所述步骤三包括SE通过安全算法验证指纹处理器件的安全性，传输秘钥分散后生成会话秘钥，使用会话秘钥安全认证后才能继续后续步骤。
5.根据权利要求2所述的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，所述步骤四包括使用会话秘钥和安全算法加密指纹模板，将指纹模板密文通过指纹处理器件IO接口传输给SE。
6.根据权利要求5所述的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，所述步骤五包括SE接收到指纹模板密文，使用会话秘钥和安全算法解密，解密后将指纹模板存储到SE的存储器中。
7.根据权利要求6所述的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，所述步骤三包括SE通过安全算法验证指纹处理器件的安全性，传输秘钥分散后生成会话秘钥，使用会话秘钥安全认证后通过安全认证后才能继续后续步骤。
8.根据权利要求6所述的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，所述步骤四包括使用会话秘钥和安全算法加密待比对指纹模板，将待比对指纹模板密文通过指纹处理器件IO接口传输给SE。
9.根据权利要求6所述的一种基于SE的高安全指纹模块软件实现方法，其特征在于，所述步骤五包括SE接收到待比对指纹模板密文，使用会话秘钥和安全算法解密，SE将待比对指纹模板明文与存储在SE中的指纹模板比对，比对成功执行步骤六，比对失败执行步骤七。
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