WO2014139412A1 - 一种终端主密钥tmk安全下载方法系统 - Google Patents

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WO2014139412A1
WO2014139412A1 PCT/CN2014/073225 CN2014073225W WO2014139412A1 WO 2014139412 A1 WO2014139412 A1 WO 2014139412A1 CN 2014073225 W CN2014073225 W CN 2014073225W WO 2014139412 A1 WO2014139412 A1 WO 2014139412A1
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WO
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key
random number
terminal
transmission
module
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PCT/CN2014/073225
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苏文龙
孟陆强
陈瑞兵
姚承勇
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福建联迪商用设备有限公司
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Definitions

  • the present invention relates to the field of electronic payment, and in particular, to a method and system for securely downloading a terminal master key TMK.
  • Bank card (BANK Card) is becoming more and more popular as a payment instrument.
  • the usual bank card payment system includes a point of sale terminal (Point Of Sale, POS), POS Acquiring System (POSP), PIN PAD and Hardware Encryption (Hardware and Security) Module, HSM).
  • the POS terminal can accept the bank card information, has the communication function, and accepts the instructions of the teller to complete the financial transaction information and the related information exchange device; the POS acquiring system performs centralized management on the POS terminal, including parameter downloading, key downloading, accepting, Processing or forwarding the transaction request of the POS terminal, and sending back the transaction result information to the POS terminal, which is a centralized management and transaction processing system; the password keyboard (PIN) PAD) is a security device that securely stores keys related to various financial transactions and encrypts PINs.
  • the hardware encryption machine (HSM) is a peripheral hardware device that encrypts transmitted data and is used for encryption of PINs. Decrypt, verify the correctness of the message and file source, and store the key.
  • Personal identification number (Personal Identification Number, PIN), which is the personal information, is the data information identifying the legality of the cardholder's identity in online transactions. It is not allowed to appear in plain text in any part of the computer and network system; terminal master key (Terminal) Master Key, TMK), when the POS terminal works, the master key for encrypting the work key is encrypted and stored in the system database; the POS terminal is widely used in bank card payment occasions, such as vendor shopping, hotel accommodation, etc. The lack of modern means of payment has been integrated into the various situations of people's lives. Bank cards, especially debit cards, generally have a PIN set by the cardholder.
  • the POS terminal In the process of payment, the POS terminal not only sends the track information of the bank card, but also the cardholder to input the PIN for the card issuing bank to verify.
  • the legality of the cardholder’s identity ensures the security of the payment of the bank card and protects the property of the cardholder.
  • it In order to prevent the PIN from being leaked or cracked, it is required to securely encrypt the PIN from the terminal to the issuing bank during the entire information exchange process. It is not allowed to appear in the clear text in any part of the computer network system, so the input PIN is currently accepted.
  • the POS terminal requires a key management system.
  • TMK terminal master key
  • WK work key
  • TMK encrypts WK.
  • Each POS terminal has a unique TMK, which must be secure, ensure that it can only be written to the device and participate in calculations, and cannot be read.
  • TMK is a key root key. If TMK is intercepted, the work key is easier. Being cracked will seriously threaten the security of bank card payments. Therefore, whether the TMK can be safely downloaded to the POS terminal becomes the key to the security of the entire POS terminal.
  • the download of the terminal master key must be controlled in the security room of the management center to manually download the terminal master key.
  • the maintenance center has a large workload; after the equipment leaves the factory, it needs to be transported to the security center of the management center to download the key to be deployed to the merchant, and the transportation cost increases; in order to concentrate the download of the key, a large amount of manpower and working time are required, and the maintenance cost is large. , long maintenance period and other issues.
  • a terminal master key TMK security downloading method includes the following steps: S1, TK uploading process; S2, TMK downloading process; wherein, step S1 specifically includes: S11, the MTMS system calls the first hardware encrypting machine to generate a public key Pu And the private key Pr, the public key Pu is sent to the POS terminal and stored in the PIN pad; S12, the MTMS system calls the first hardware encryption machine, KMS The system calls the second hardware encryption machine to synthesize the protection key PK and MAC of the MTMS system privilege component and the KMS privilege component in the respective hardware encryption machines.
  • the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to generate a symmetric transmission key TK,
  • the transport key TK includes a transport encryption key TEK and a transport authentication key AUK;
  • S14, the POS terminal invokes the cryptographic keyboard and uses the public key Pu.
  • the encrypted transport key TK generates a first transport key ciphertext Ctk_Pu, and transmits the first key ciphertext Ctk_Pu and the terminal sequence number SN to the MTMS System; S15, the terminal serial number SN and the first transmission key ciphertext Ctk_Pu received by the MTMS system Stored in the MTMS system database in association; S16, the MTMS system calls the first hardware encryptor to decrypt the first transport key ciphertext Ctk_Pu using the private key Pr to obtain the transport key TK, and then uses the protection key PK Encrypt the transport key TK and calculate the MAC value using the MAC key MAK, generate the second transport key ciphertext Ctk_pk, and then the terminal serial number SN and the second transport key ciphertext Ctk_pk Sent to the KMS system; S17, the KMS system stores the terminal serial number SN and the second transmission key ciphertext Ctk_pk sent by the MTMS
  • the KMS system calls the second hardware encryption machine to use the MAC key MAK to query the second transmission key secret Ctk_pk Verifying MAC legitimacy, if the check passes, decrypting the second transport key ciphertext Ctk_pk using the protection key PK to obtain the transport key TK and storing it in the second hardware encryptor; S24, KMS After the system obtains the transmission key TK, it calls the second hardware encryption machine to use the authentication key AUK and POS. The terminal performs mutual authentication; S25.
  • the KMS system calls the second hardware encryption machine to generate the master key ciphertext Ctmk by using the transport encryption key TEK to encrypt the terminal master key TMK and send the master key ciphertext Ctmk to the POS terminal.
  • the POS terminal invokes the PIN pad to decrypt the master key ciphertext Ctmk using the transport encryption key TEK to obtain the terminal master key TMK and store the terminal master key TMK in the PIN pad.
  • a terminal master key TMK security download system comprising: a first hardware encryption machine, a second hardware encryption machine, a POS terminal, an MTMS system communicatively connected with the POS terminal, and a KMS system communicatively connected with the MTMS system; the POS terminal
  • the method includes a TK generation module, a first TK uploading module, a master key download requesting module, a two-way authentication A module, and a TMK receiving module, where the MTMS system includes a public-private key generating module, a negotiation key A module, and a second TK uploading module.
  • the KMS system includes a negotiation key B module, a TK receiving module, a request response module, a bidirectional authentication B module, and a TMK sending module;
  • the first hardware encryption machine is used for MTMS System call, the second hardware encryption machine is used for calling by the KMS system;
  • the public private key generation module is used to call the first hardware encryption machine to generate the public key Pu And the private key Pr, the public key Pu is sent to the POS terminal and stored in the PIN pad;
  • the negotiation key A module and the negotiation key B module are used to call the first hardware encryption machine and the second hardware encryption machine, respectively in their respective MTMS system privilege component and KMS in hardware encryption machine Privilege component synthesis protection key PK and MAC a key MAK, and storing the protection key PK and the MAC key MAK together in the first hardware encryption machine and the second hardware encryption machine;
  • the TK generation module is configured to invoke the cryptographic keyboard to generate a symmetric transmission key TK,
  • the transport key TK includes a transport encryption key
  • the encrypted transport key TK generates a first transport key ciphertext Ctk_Pu, and transmits the first key ciphertext Ctk_Pu and the terminal sequence number SN to the MTMS
  • the second TK uploading module is configured to receive the received terminal serial number SN and the first transmission key ciphertext Ctk_Pu Correspondingly stored in the MTMS system database; the second TK uploading module is configured to invoke the first hardware encrypting machine to decrypt the first transport key ciphertext Ctk_Pu using the private key Pr to obtain the transport key TK, and then use the protection key PK Encrypt the transport key TK and calculate the MAC value using the MAC key MAK, generate the second transport key ciphertext Ctk_pk, and then the terminal serial number SN and the second transport key ciphertext Ctk_pk Sent to the KMS system; the TK receiving module is configured to store the terminal serial number SN and the second transmission key ciphertext Ctk_p
  • Ciphertext Ctk_pk Verify the validity of the MAC. If the check is passed, decrypt the second transport key ciphertext Ctk_pk using the protection key PK. Obtaining a transmission key TK and storing it in the second hardware encryption machine; the two-way authentication A module and the two-way authentication B module are used to invoke the second hardware encryption machine to use the authentication key after the KMS system obtains the transmission key TK AUK With POS
  • the terminal performs mutual authentication; the TMK sending module is configured to, when the authentication passes, invoke the second hardware encryption machine to generate the master key ciphertext Ctmk by using the transport encryption key TEK to encrypt the terminal master key TMK and send the master key ciphertext Ctmk to The POS terminal; the TMK receiving module is configured to invoke the cryptographic keyboard to decrypt the master key ciphertext Ctmk using the transport encryption key TEK to obtain the terminal master key TMK and store the terminal master key TMK in the PIN
  • the invention has the following advantages: the technical defect that the central terminal must download the terminal master key is different from the prior art.
  • the present invention uploads the transmission key TK through the POS terminal, and the terminal key TMK is encrypted by the TK and then downloaded to the POS terminal.
  • the remote download terminal master key TMK avoids the POS terminal to release the master key and then distribute it to the merchant, thereby reducing the logistics cost and the centralized download and maintenance cost, and also performing the transfer of the master key between the POS terminal and the KMS.
  • Two-way authentication improves the download security of the master key.
  • the present invention passes The MTMS system uniformly collects and uploads the TK, which facilitates the collection and management of the TK.
  • the TK upload is performed between the POS terminal and the KMS system through the MTMS system, which avoids direct communication between each POS terminal and the KMS system, and reduces the KMS system.
  • the workload and difficulty of the KMS system to identify the identity of the communication connection object improve the accurate transmission of TK and the efficiency of the KMS system.
  • FIG. 1 is a structural block diagram of a terminal master key TMK secure download system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a structural block diagram of the bidirectional authentication A module of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a structural block diagram of the bidirectional authentication B module of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a general flowchart of a method for securely downloading a terminal master key TMK according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a flow chart of the specific steps of step S1 in Figure 4.
  • FIG 6 is a flow chart showing the specific steps of step S2 in Figure 4.
  • 10 POS terminal; 20: MTMS system; 30: KMS system; 40: first hardware encryption machine; 50: second hardware encryption machine; 101: TK generation module; 102: first TK upload module; 103: master key download request module; 104: TMK receiving module; 105: two-way authentication A module; 201: public-private key generation module; 202: negotiation key A module; 203: second TK upload module; 301: negotiation key B module; 302: TK receiving module; 303: request response module; 304: bidirectional authentication B module; 305: TMK sending module; 1051: first random number generating unit; 1052: first data transceiving unit; 1053: first encrypting and decrypting unit; 1054: first determining unit; 3041: second random number generating unit; 3042: second data transceiving unit; 3043: second encrypting and decrypting unit; 3044: second judging unit.
  • AUK Authentication Key Abbreviation, the authentication key, used for mutual authentication between PINPAD and the key management system KMS;
  • CA Center The so-called CA (Certificate Authority) Center, which uses PKI (Public Key) Infrastructure) Public Key Infrastructure Technology, which provides network identity authentication services, is responsible for issuing and managing digital certificates, and is an authoritative and impartial third-party trust organization that acts like a company that issues documents in real life.
  • PKI Public Key
  • HSM High Security Machine, high security device, which is a hardware encryption machine in this system
  • KMS system Key Management System, key management system for managing terminal master key TMK;
  • MAK short for Mac Key, which is the MAC calculation key.
  • MTMS full name Material Tracking Management System, material traceability management system, mainly used in factory production;
  • PIK short name of Pin Key, that is, Pin encryption key, which is a kind of work key
  • PINPAD password keyboard
  • PK Short for Protect Key, the protection key, negotiated with the customer to determine the 24-byte symmetric key.
  • MTMS/TCS Encrypted transmission of TK with KMS;
  • POS Short for Point Of Sale, which is the sales terminal
  • SNpinpad the serial number of the PIN pad. When PINPAD is built-in, it is the same as the serial number SNpos of the POS terminal.
  • SN the serial number of the payment terminal
  • TEK Transmission Encrypt The abbreviation of Key, that is, transmission encryption key, 24-byte symmetric key, used for encrypted transmission of TMK between PINPAD and key management system KMS;
  • TK Transmission The abbreviation of Key, that is, the transmission key.
  • the transport key is composed of a transport encryption key TEK and a mutual authentication key AUK;
  • TMS Terminal Management System Abbreviation, that is, terminal management system, used to complete payment terminal information management, software and parameter configuration, remote download, terminal operation status information collection management, remote diagnosis and other functions;
  • TMK Terminal Master
  • the abbreviation of Key that is, the terminal master key, is used for encrypted transmission of the work key between the payment terminal and the payment acquiring system;
  • Security room A room with a high security level for storing servers. This room requires authentication before it can enter.
  • Smart IC card It is a CPU card.
  • the integrated circuit in the card includes a central processing unit CPU, a programmable read-only memory EEPROM, a random access memory RAM, and an in-card operating system COS (Chip) which is solidified in a read-only memory ROM. Operating System), the data in the card is divided into external reading and internal processing.
  • Symmetric key Both parties that send and receive data must use the same key to encrypt and decrypt the plaintext.
  • Symmetric key encryption algorithms mainly include: DES, 3DES, IDEA, FEAL, BLOWFISH, and so on.
  • Asymmetric Key An asymmetric encryption algorithm requires two keys: a public key (Private key) and a private key (Public key) Key). The public key and the private key are a pair. If the data is encrypted with the public key, only the corresponding private key can be used for decryption; if the data is encrypted with the private key, only the corresponding public key can be used. Decrypt. Because encryption and decryption use two different keys, this algorithm is called an asymmetric encryption algorithm.
  • the basic process of asymmetric information exchange for asymmetric encryption is: Party A generates a pair of keys and exposes one of them as a public key to other parties; Party B, which obtains the public key, uses the key to perform confidential information.
  • Party A After encryption, it will be sent to Party A; Party A will decrypt the encrypted information with another private key saved by Party A.
  • Party A may use Party B's public key to encrypt the confidential information and then send it to Party B; Party B then uses its own private key to decrypt the encrypted information.
  • the main algorithms are RSA, Elgamal, backpack algorithm, Rabin, D-H, ECC (elliptic curve encryption algorithm).
  • RSA An asymmetric key algorithm.
  • the RSA public key encryption algorithm was in 1977 by Ron Rivest, Adi Shamirh Developed by Len Adleman (Massachusetts Institute of Technology, USA).
  • the RSA is named after the name of the three of them.
  • RSA It is currently the most influential public key encryption algorithm, it can resist all the password attacks known so far, and has been recommended by ISO as the public key data encryption standard.
  • RSA The algorithm is based on a very simple theory of numbers: it is easy to multiply two large prime numbers.
  • the RSA algorithm is the first algorithm that can be used for both encryption and digital signatures, and is easy to understand and operate.
  • RSA It is the most widely studied public key algorithm. It has been tested by various attacks for more than 30 years from the present to the present, and it is gradually accepted as one of the best public key solutions.
  • TDES Triple-DES DES is a symmetric encryption algorithm with a key of 8 bytes. TDES is based on DES The encryption algorithm whose key is 16 bytes or 24 bytes. TDES/3DES is the abbreviation of English TripleDES (ie triple data encryption standard), DES is English Data Acronym for Encryption Standard. DES is a symmetric key encryption algorithm, that is, the encryption algorithm with the same data encryption key and decryption key. DES by IBM The company was developed and made public in the 1970s and subsequently adopted by the US government and recognized by the US National Bureau of Standards and the American National Standards Institute (ANSI). TDES/3DES is DES A pattern of encryption algorithms that uses three 64-bit keys to encrypt data three times. Is a safer variant of DES.
  • the present invention adopts a new master key downloading scheme, and randomly generates a TK (Transmission) through a POS terminal. Key, transport key), save the generated TK in the PIN terminal of the POS terminal, and transfer the TK to the KMS (Key Management) through various transmission modes required in various application scenarios.
  • the KMS system uses the TK to encrypt the terminal master key TMK, and sends the encrypted terminal master key ciphertext to the POS terminal, and the POS terminal receives the TK to the master key.
  • the text is decrypted to obtain the terminal master key TMK, and the terminal master key TMK is saved in the password keyboard.
  • the terminal master key TMK is encrypted by TK, so that the TMK can be remotely transmitted, and the secure download of the TMK is facilitated.
  • TK is scattered and transmitted through the POS terminal.
  • Each POS terminal must establish a communication connection with the KMS system, thus greatly increasing the workload and difficulty of the KMS system. At the same time, it is difficult to manage and secure TK uploading.
  • FIG. 1 it is a structural block diagram of a terminal master key TMK security download system according to the embodiment.
  • the terminal master key TMK secure download system includes: a first hardware encryption machine 40, a second hardware encryption machine 50, and a POS.
  • the POS terminal 10 includes a TK generation module 101, a first TK upload module 102, and a master key download request module 103.
  • a two-way authentication A module 105 and a TMK receiving module 104
  • the MTMS system 20 includes a public and private key generation module 201, a negotiation key A module 202, and a second TK upload module 203.
  • the KMS system 30 includes a negotiation key B module 301, a TK receiving module 302, a request response module 303, a two-way authentication B module 304, and a TMK sending module 305;
  • the first hardware encryption machine 40 is used for calling by the MTMS system 20, and the second hardware encryption machine 50 is used for KMS. System 30 calls;
  • the public and private key generation module 201 is configured to invoke the first hardware encryption machine 40 to generate the public key Pu. And the private key Pr, the public key Pu is sent to the POS terminal 10 and stored in the PIN pad;
  • the negotiation key A module 202 and the negotiation key B module 301 are used to invoke the first hardware encryption machine 40 and the second hardware encryption machine 50, respectively, and the MTMS system 20 permission component and KMS in the respective hardware encryption machines.
  • the rights component synthesizes the protection key PK and the MAC key MAK, and stores the protection key PK and the MAC key MAK together in the first hardware encryption machine 40 and the second hardware encryption machine 50;
  • the TK generating module 101 is configured to invoke a cryptographic keyboard to generate a symmetric transmission key TK, where the transmission key TK includes a transmission encryption key TEK and a transmission authentication key AUK;
  • the first TK uploading module 102 is configured to invoke a cryptographic keyboard to encrypt the transmission key TK using the public key Pu. Generating a first transport key ciphertext Ctk_Pu, and transmitting the first key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the MTMS system 20;
  • the second TK uploading module 203 is configured to receive the received terminal serial number SN and the first transmission key ciphertext Ctk_Pu Stored in association in the MTMS system database;
  • the second TK uploading module 203 is configured to invoke the first hardware encryption machine to use the private key Pr. Decrypting the first transport key ciphertext Ctk_Pu to obtain the transport key TK, then encrypting the transport key TK using the protection key PK and calculating the MAC using the MAC key MAK Value, generate a second transport key ciphertext Ctk_pk, and then send the terminal serial number SN and the second transport key ciphertext Ctk_pk to the KMS system 30;
  • the TK receiving module 302 is configured to send the terminal sequence number SN of the MTMS system 20 And stored in the KMS database in association with the second transport key ciphertext Ctk_pk;
  • the master key download request module 103 is configured to send the terminal serial number SN and the download master key request to the KMS system 30;
  • the request response module 303 is configured to receive the terminal serial number SN sent by the POS terminal 10 when the KMS system 30 receives the SN And after downloading the master key request, querying the second transmission key ciphertext Ctk_pk corresponding to the terminal serial number SN;
  • the request response module 303 is configured to invoke the second hardware encryption machine 50 to use the MAC key MAK pair to query the second transmission key ciphertext Ctk_pk Verifying MAC legitimacy, if the check passes, decrypting the second transport key ciphertext Ctk_pk using the protection key PK to obtain the transport key TK and storing it in the second hardware encryptor 50;
  • Two-way authentication A module 105 and two-way authentication B module 304 are used when KMS After obtaining the transmission key TK, the system 30 calls the second hardware encryption machine 50 to perform mutual authentication with the POS terminal using the authentication key AUK;
  • the TMK sending module 305 is configured to, when the authentication passes, invoke the second hardware encrypting machine 50 to generate the master key ciphertext Ctmk by using the transport encryption key TEK to encrypt the terminal master key TMK and send the master key ciphertext Ctmk to the POS terminal 10 ;
  • the TMK receiving module 104 is configured to invoke the cryptographic keyboard to decrypt the master key ciphertext Ctmk using the transport encryption key TEK to obtain the terminal master key TMK and store the terminal master key TMK in the PIN pad.
  • the MTMS system 20 further includes a digital digest module.
  • the digital digest module is configured to receive the terminal serial number SN And packing with the first transmission key ciphertext Ctk_Pu and generating a first digital digest, the terminal serial number SN And storing the first transmission key ciphertext Ctk_Pu separately from the first digital digest in the MTMS system database;
  • the digital digest module is further configured to: when the first digital digest is equal to the second digital digest , call the first hardware encryption machine to use the private key Pr The first transmission key ciphertext Ctk_Pu is decrypted to obtain the transmission key TK.
  • the digital digest module can determine whether the TK is modified in the MTMS system 20, thereby ensuring that the TK uploaded from the MTMS system 20 is consistent with the TK uploaded by the POS terminal 10.
  • FIG. 2 is a structural block diagram of the bidirectional authentication A module
  • FIG. 3 is a structural block diagram of the bidirectional authentication B module.
  • the two-way authentication A module 105 includes a first random number generating unit 1051, a first data transceiving unit 1052, a first encryption and decryption unit 1053, and a first judging unit 1054.
  • the bidirectional authentication B module 304 includes a second random number.
  • the first random number generating unit 1051 is configured to generate a first random number Rnd1; the first data transceiving unit is configured to send the generated first random number Rnd1 to the KMS system; and the second data transceiving unit 3042 is configured to receive the first random number Rnd1.
  • the second random number generating unit 3041 is configured to generate a random number second Rnd2 when receiving the first random number Rnd1; the second encryption and decryption unit 3043 is configured to invoke the second hardware encryption when receiving the first random number Rnd1
  • the machine 50 uses the transmission authentication key AUK to encrypt the first random number Rnd1 to obtain the first random number ciphertext Crnd1; the second data transceiving unit is configured to send the first random number ciphertext Crnd1 and the second random number Rnd2 to the POS terminal;
  • the first encryption/decryption unit 1053 is configured to decrypt the received first random number ciphertext Crnd1 using the transmission authentication key AUK to obtain the third random number Rnd1' when receiving the first random number ciphertext Crnd1 and the second random number Rnd2.
  • the first determining unit 1054 is configured to determine whether the third random number Rnd1' is consistent with the first random number Rnd1;
  • the first encryption and decryption unit 1053 is configured to generate a second random number ciphertext by using the transmission authentication key AUK to encrypt the second random number Rnd2 when the first determining unit determines that the third random number Rnd1' is consistent with the first random number Rnd1. Crnd2; the first data transceiver unit 1052 is configured to send the second random number ciphertext Crnd2 to the KMS system 30;
  • the second encryption/decryption unit 3043 is configured to, when receiving the second random number ciphertext Crnd2, invoke the hardware encryption machine to decrypt the received second random number ciphertext Crnd2 using the transmission authentication key AUK to obtain the fourth random number Rnd2',
  • the second determining unit 3043 is configured to determine whether the fourth random number Rnd2' is consistent with the second random number Rnd2, and when determining that the fourth random number Rnd2' is consistent with the second random number Rnd2, confirm between the KMS system 30 and the POS terminal 10. The two-way certification passed.
  • a general flowchart of a method for securely downloading a terminal master key TMK according to an embodiment of the present invention includes:
  • step S1 it is a specific flowchart of step S1, and the step specifically includes:
  • the MTMS system calls the first hardware encryption machine to generate a public key Pu. And the private key Pr, the public key Pu is sent to the POS terminal and stored in the password keyboard;
  • MTMS system calls the first hardware encryption machine, KMS
  • the system calls the second hardware encryption machine to synthesize the protection key PK and MAC of the MTMS system privilege component and the KMS privilege component in the respective hardware encryption machines.
  • a key MAK and storing the protection key PK and the MAC key MAK together in the first hardware encryption machine and the second hardware encryption machine;
  • the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to generate a symmetric transmission key TK, and the transmission key TK includes a transmission encryption key TEK and a transmission authentication key AUK;
  • the POS terminal invokes the PIN pad and uses the public key Pu to encrypt the transmission key TK. Generating a first transmission key ciphertext Ctk_Pu, and transmitting the first key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the MTMS system;
  • the MTMS system calls the first hardware encryption machine to use the private key Pr. Decrypting the first transport key ciphertext Ctk_Pu to obtain the transport key TK, then encrypting the transport key TK using the protection key PK and calculating the MAC using the MAC key MAK a value, generating a second transport key ciphertext Ctk_pk, and then transmitting the terminal serial number SN and the second transport key ciphertext Ctk_pk to the KMS system;
  • the KMS system stores the terminal serial number SN and the second transmission key ciphertext Ctk_pk sent by the MTMS system in association with the KMS.
  • the database In the database;
  • step S2 is a specific flowchart of step S2, and the step specifically includes:
  • the POS terminal sends the terminal serial number SN and the download master key request to the KMS system.
  • the KMS system receives the terminal serial number SN sent by the POS terminal. And after downloading the master key request, querying the second transmission key ciphertext Ctk_pk corresponding to the terminal serial number SN;
  • the KMS system invokes the second hardware encryption machine to check the second transmission key ciphertext Ctk_pk with the MAC key MAK. Legitimacy, if the verification passes, decrypt the second transmission key ciphertext Ctk_pk using the protection key PK to obtain the transmission key TK and store it in the second hardware encryption machine;
  • the KMS system obtains the transmission key TK and then calls the second hardware encryption machine to use the authentication key AUK and POS.
  • the terminal performs two-way authentication;
  • the KMS system invokes the second hardware encryption machine to generate the master key ciphertext Ctmk by using the transport encryption key TEK to encrypt the terminal master key TMK and send the master key ciphertext Ctmk to the POS terminal;
  • the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to decrypt the master key ciphertext Ctmk by using the transport encryption key TEK to obtain the terminal master key TMK and store the terminal master key TMK in the PIN pad.
  • the "MTMS system calls the first hardware encryption machine to generate a public key Pu And the private key Pr, the public key Pu is sent to the POS terminal and stored in the password keyboard" specifically includes:
  • the MTMS system calls the first hardware encryption machine to generate the public key Pu and the private key Pr, and sends the public key Pu to the CA center;
  • the MTMS system obtains the generated work certificate HsmWCRT from the CA center and saves it in the database, and sends the work certificate HsmWCRT to the POS terminal.
  • the work certificate HsmWCRT is generated by using the root certificate HsmRCRT to sign the public key Pu.
  • the POS terminal verifies the validity of the work certificate HsmWCRT using the root certificate HsmRCRT pre-installed in the burn-in, and after the verification is passed, the POS terminal extracts the public key Pu from the work certificate HsmWCRT and stores it in the password keyboard.
  • the terminal serial number SN that the MTMS system will receive. And packing with the first transmission key ciphertext Ctk_Pu and generating a first digital digest, the terminal serial number SN And storing the first transmission key ciphertext Ctk_Pu separately from the first digital digest in the MTMS system database;
  • the "MTMS system calls the first hardware encryption machine to use the private key Pr Decrypting the first transmission key ciphertext Ctk_Pu to obtain the transmission key TK" specifically includes:
  • the MTMS system extracts the packaged terminal sequence number SN and the first transmission key ciphertext Ctk_Pu to generate a second digital digest;
  • the "KMS system obtains the transmission key TK and then invokes the second hardware encryption machine to use the authentication key AUK to perform mutual authentication with the POS terminal".
  • the POS terminal generates a first random number Rnd1 and sends the first random number Rnd1 to the KMS system;
  • the KMS system After receiving the first random number Rnd1, the KMS system generates a random number second Rnd2, and invokes the second hardware encrypting machine to encrypt the first random number Rnd1 by using the authentication key AUK to obtain the first random number ciphertext Crnd1, and the first random number ciphertext Crnd1 And transmitting the second random number Rnd2 to the POS terminal;
  • the POS terminal decrypts the received first random number ciphertext Crnd1 using the authentication key AUK to obtain a third random number Rnd1', and determines whether the third random number Rnd1' is consistent with the first random number Rnd1:
  • the POS terminal encrypts the second random number Rnd2 using the authentication key AUK to generate the second random number ciphertext Crnd2, and sends the second random number ciphertext Crnd2 to the KMS system. ;
  • the KMS system calls the second hardware encryptor to decrypt the received second random number ciphertext Crnd2 using the authentication key AUK to obtain the fourth random number Rnd2', and determines whether the fourth random number Rnd2' is consistent with the second random number Rnd2;
  • the original Chiha value of TK is calculated when the transmission key TK is generated, and the Chia value of TK is first checked each time the TK is stored, transmitted, or used, and TK can be used when the check is passed.
  • TK By verifying the Chia value of TK, it is possible to prevent the storage device from being abnormal and causing the stored data to be incorrect, and to determine whether the key is correct.
  • the invention has the following advantages: the technical defect that the central terminal must download the terminal master key is different from the prior art.
  • the present invention uploads the transmission key TK through the POS terminal, and the terminal key TMK is encrypted by the TK and then downloaded to the POS terminal.
  • the POS terminal remotely downloads the terminal master key TMK, which prevents the POS terminal from releasing the master key and then deploying it to the merchant, thereby reducing the logistics cost and the centralized download and maintenance cost, and before the master key is transmitted between the POS terminal and the KMS.
  • Two-way authentication has also been performed to improve the download security of the master key.
  • the master key TMK of the present invention is generated by the KMS system, thus facilitating subsequent maintenance and management of the master key TMK by the KMS system. Further, the present invention passes The MTMS system uniformly collects and uploads the TK, which facilitates the collection and management of the TK. At the same time, the TK upload is performed between the POS terminal and the KMS system through the MTMS system, which avoids direct communication between each POS terminal and the KMS system, and reduces the KMS system. The workload and difficulty of the work, but also facilitate the KMS system to identify the identity of its communication connection object and the authenticity of the uploaded TK, improve the accurate transmission of TK and the efficiency of the KMS system.

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Abstract

本发明提供一种终端主密钥TMK安全下载方法，包括步骤：POS终端产生传输密钥TK；操作终端采集TK并上传给MTMS系统；MTMS系统统一管理所述TK并将TK传送给相应的KMS系统；POS终端启动远程下载终端主密钥TMK；POS终端与KMS系统使用AUK进行双向认证，认证通过后KMS系统将TMK传送给POS终端。本发明的有益效果为：通过POS终端上传传输密钥TK实现远程下载终端主密钥TMK，通过 MTMS系统大大方便了传输密钥TK的管理和上传，确保了传输密钥TK传输给对应的KMS系统。并且POS终端与KMS之间传输主密钥之间还进行了双向认证，进一步提高了主密钥的下载安全。

Description

一种终端主密钥TMK安全下载方法系统
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（BANK Card）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（Point Of Sale，POS）、POS收单系统（POSP）、密码键盘（PIN PAD）和硬件加密机（Hardware and Security Module，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（PIN PAD）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（Personal Identification Number，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（Terminal Master Key，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、TK上传流程；S2、TMK下载流程；其中，步骤S1具体包括：S11、MTMS系统调用第一硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr，将公钥Pu发送至POS终端并存储在密码键盘中；S12、MTMS系统调用第一硬件加密机、KMS 系统调用第二硬件加密机，分别在各自的硬件加密机中将MTMS系统权限分量及KMS 权限分量合成保护密钥PK 和MAC 密钥MAK，并且将所述保护密钥PK和MAC密钥MAK一并存储在第一硬件加密机和第二硬件加密机中；S13、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；S14、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成第一传输密钥密文Ctk_Pu，并将传输第一密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至MTMS 系统；S15、MTMS系统将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu 关联地存储在MTMS系统数据库中；S16、MTMS系统调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK，然后使用保护密钥PK 加密传输密钥TK 并使用MAC 密钥MAK 计算MAC 值，生成第二传输密钥密文Ctk_pk，然后将终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk 发送给KMS 系统；S17、KMS系统将MTMS系统发送的终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk关联地存储在KMS 数据库中；步骤S2具体包括：S21、POS 终端将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统；S22、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对应的第二传输密钥密文Ctk_pk；S23、KMS系统调用第二硬件加密机使用MAC密钥MAK对查询到的第二传输密钥密文Ctk_pk 校验MAC 合法性，如果校验通过，使用保护密钥PK 解密第二传输密钥密文Ctk_pk 获得传输密钥TK并将其存储在所述第二硬件加密机中；S24、KMS 系统获得传输密钥TK后调用第二硬件加密机使用认证密钥AUK 与POS 终端进行双向认证；S25、如果认证通过，KMS系统调用第二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并将主密钥密文Ctmk发送至POS终端；S26、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。
本发明采用的另一个技术方案是：
一种终端主密钥TMK安全下载系统，包括：第一硬件加密机、第二硬件加密机、POS终端、与POS终端通信连接的MTMS系统以及与MTMS系统通信连接的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模块以及TMK接收模块，所述MTMS系统包括公私钥产生模块、协商密钥A模块以及第二TK上传模块，所述KMS系统包括协商密钥B模块、TK接收模块、请求响应模块、双向认证B模块以及TMK发送模块；所述第一硬件加密机用于供MTMS 系统调用，所述第二硬件加密机用于供KMS 系统调用；公私钥产生模块用于调用第一硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr，将公钥Pu发送至POS终端并存储在密码键盘中；协商密钥A模块和协商密钥B模块用于调用第一硬件加密机和第二硬件加密机，分别在各自的硬件加密机中将MTMS系统权限分量及KMS 权限分量合成保护密钥PK 和MAC 密钥MAK，并且将所述保护密钥PK和MAC密钥MAK一并存储在第一硬件加密机和第二硬件加密机中；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 生成第一传输密钥密文Ctk_Pu，并将传输第一密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至MTMS 系统；第二TK上传模块用于将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu 关联地存储在MTMS系统数据库中；第二TK上传模块用于调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK，然后使用保护密钥PK 加密传输密钥TK 并使用MAC 密钥MAK 计算MAC 值，生成第二传输密钥密文Ctk_pk，然后将终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk 发送给KMS 系统；TK接收模块用于将MTMS系统发送的终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk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对应的第二传输密钥密文Ctk_pk；请求响应模块用于调用第二硬件加密机使用MAC密钥MAK对查询到的第二传输密钥密文Ctk_pk 校验MAC 合法性，如果校验通过，使用保护密钥PK 解密第二传输密钥密文Ctk_pk 获得传输密钥TK并将其存储在所述第二硬件加密机中；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，调用第二硬件加密机使用认证密钥AUK 与POS 终端进行双向认证；TMK发送模块用于当认证通过时，调用第二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并将主密钥密文Ctmk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：区别于现有技术的必需集中下载终端主密钥的技术缺陷，本发明通过POS终端上传传输密钥TK，由TK加密终端主密钥TMK后下载到POS终端，实现了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POS终端与KMS之间传输主密钥之前还进行了双向认证，提高了主密钥的下载安全。进一步地，本发明通过 MTMS系统对TK进行统一采集与上传，方便了TK的采集与管理，同时，POS终端与KMS系统之间通过MTMS系统进行TK上传，避免了每台POS终端与KMS系统直接通信，减轻了KMS系统的工作负担和难度，方便KMS系统识别与其通信连接对象的身份识别，提高了TK的准确传输以及KMS系统的工作效率。
附图说明
图1为本发明一实施方式一种终端主密钥TMK安全下载系统的结构框图；
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；
图4为本发明一实施方式一种终端主密钥TMK安全下载方法的方法总流程图；
图5为图4中步骤S1的具体步骤流程图；
图6为图4中步骤S2的具体步骤流程图。
主要元件符号说明
10：POS终端； 20：MTMS系统； 30：KMS系统； 40：第一硬件加密机； 50：第二硬件加密机； 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：公私钥产生模块； 202：协商密钥A模块； 203：第二TK上传模块； 301：协商密钥B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；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：Authentication Key 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（Certificate Authority）中心，它是采用PKI（Public Key Infrastructure）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：High Security Machine的简称，高安全设备，在该系统中为硬件加密机；
KMS系统：Key Management System，密钥管理系统，用于管理终端主密钥TMK；
MAK：Mac Key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Material Tracking Management System，物料追溯管理系统，主要在工厂生产时使用；
PIK：Pin Key的简称，即Pin加密密钥，是工作密钥的一种；
PINPAD：密码键盘；
PK：Protect Key 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：Point Of Sale 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：支付终端的序列号；
TEK：Transmission Encrypt Key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：Transmission Key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：Terminal Management System 的简称，即终端管理系统，用于完成支付终端信息管理、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：Terminal Master Key的简称，即终端主密钥，用于支付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(Chip Operating System)，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Public key）和私有密钥（公钥Private key）。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Ron Rivest、Adi Shamirh 和Len Adleman 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。
TDES Triple-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Data Encryption Standard（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（Transmission Key，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（Key Management System,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。
上述通过POS终端采集传输密钥TK后发送至银行端对TMK进行加密，再通过POS终端远程下载经TK加密后的TMK的方法可以保证TMK的传输安全。但是，TK是通过POS终端零散上传的，每台POS终端都必需与KMS系统建立通信连接，因此大大增加了KMS系统的工作负担和难度，同时，也很难对TK上传进行管理和安全管控。
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，为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：第一硬件加密机40、第二硬件加密机50、POS终端10、与POS终端10通信连接的MTMS系统20以及与MTMS系统20通信连接的KMS系统30；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以及TMK接收模块104，
所述MTMS系统20包括公私钥产生模块201、协商密钥A模块202以及第二TK上传模块203，
所述KMS系统30包括协商密钥B模块301、TK接收模块302、请求响应模块303、双向认证B模块304以及TMK发送模块305；
所述第一硬件加密机40用于供MTMS 系统20调用，所述第二硬件加密机50用于供KMS 系统30调用；
公私钥产生模块201用于调用第一硬件加密机40产生公钥Pu 和私钥Pr，将公钥Pu发送至POS终端10并存储在密码键盘中；
协商密钥A模块202和协商密钥B模块301用于调用第一硬件加密机40和第二硬件加密机50，分别在各自的硬件加密机中将MTMS系统20权限分量及KMS 权限分量合成保护密钥PK 和MAC 密钥MAK，并且将所述保护密钥PK和MAC密钥MAK一并存储在第一硬件加密机40和第二硬件加密机50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 生成第一传输密钥密文Ctk_Pu，并将传输第一密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至MTMS 系统20；
第二TK上传模块203用于将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu 关联地存储在MTMS系统数据库中；
第二TK上传模块203用于调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK，然后使用保护密钥PK 加密传输密钥TK 并使用MAC 密钥MAK 计算MAC 值，生成第二传输密钥密文Ctk_pk，然后将终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk 发送给KMS 系统30；
TK接收模块302用于将MTMS系统20发送的终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk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对应的第二传输密钥密文Ctk_pk；
请求响应模块303用于调用第二硬件加密机50使用MAC密钥MAK对查询到的第二传输密钥密文Ctk_pk 校验MAC 合法性，如果校验通过，使用保护密钥PK 解密第二传输密钥密文Ctk_pk 获得传输密钥TK并将其存储在所述第二硬件加密机50中；
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，调用第二硬件加密机50使用认证密钥AUK 与POS 终端进行双向认证；
TMK发送模块305用于当认证通过时，调用第二硬件加密机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并将主密钥密文Ctmk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MTMS系统20还包括数字摘要模块。
所述数字摘要模块用于将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu进行打包并生成第一数字摘要，将所述终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu与所述第一数字摘要分开存储于MTMS系统数据库中；
以及用于提取所述打包的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu生成第二数字摘要，判断所述第二数字摘要与第一数字摘要是否相等，所述数字摘要模块还用于当第一数字摘要与第二数字摘要相等时，调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK。
通过所述数字摘要模块可以判断在MTMS系统20中所述TK是否被修改，从而保证从MTMS系统20上传的TK与POS终端10上传的TK一致。
请参阅图2和图3，图2为所述双向认证A模块的结构框图，图3为所述双向认证B模块的结构框图。其中，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，调用第二硬件加密机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3043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，为本实施方式一种终端主密钥TMK安全下载方法的总流程图，该终端主密钥TMK安全下载方法包括：
S1、TK上传流程；
S2、TMK下载流程；
请参阅图5，为步骤S1的具体流程图，该步骤具体包括：
S11、MTMS系统调用第一硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr，将公钥Pu发送至POS终端并存储在密码键盘中；
S12、MTMS系统调用第一硬件加密机、KMS 系统调用第二硬件加密机，分别在各自的硬件加密机中将MTMS系统权限分量及KMS 权限分量合成保护密钥PK 和MAC 密钥MAK，并且将所述保护密钥PK和MAC密钥MAK一并存储在第一硬件加密机和第二硬件加密机中；
S13、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；
S14、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成第一传输密钥密文Ctk_Pu，并将传输第一密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至MTMS 系统；
S15、MTMS系统将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu 关联地存储在MTMS系统数据库中；
S16、MTMS系统调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK，然后使用保护密钥PK 加密传输密钥TK 并使用MAC 密钥MAK 计算MAC 值，生成第二传输密钥密文Ctk_pk，然后将终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk 发送给KMS 系统；
S17、KMS系统将MTMS系统发送的终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk关联地存储在KMS 数据库中；
请参阅图6，为步骤S2的具体流程图，该步骤具体包括：
S21、POS 终端将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统；
S22、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对应的第二传输密钥密文Ctk_pk；
S23、KMS系统调用第二硬件加密机使用MAC密钥MAK对查询到的第二传输密钥密文Ctk_pk 校验MAC 合法性，如果校验通过，使用保护密钥PK 解密第二传输密钥密文Ctk_pk 获得传输密钥TK并将其存储在所述第二硬件加密机中；
S24、KMS 系统获得传输密钥TK后调用第二硬件加密机使用认证密钥AUK 与POS 终端进行双向认证；
S25、如果认证通过，KMS系统调用第二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并将主密钥密文Ctmk发送至POS终端；
S26、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“MTMS系统调用第一硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr，将公钥Pu发送至POS终端并存储在密码键盘中”具体包括：
MTMS系统调用第一硬件加密机产生公钥Pu和私钥Pr，将公钥Pu发给CA中心；
MTMS系统从CA中心获得生成的工作证书HsmWCRT并保存在数据库中，并将工作证书HsmWCRT发送至POS终端，工作证书HsmWCRT是使用根证书HsmRCRT对公钥Pu签名生成；
POS终端使用烧片预装的根证书HsmRCRT验证工作证书HsmWCRT的合法性，并当验证通过后POS终端从工作证书HsmWCRT提取公钥Pu并存储在密码键盘中。
其中，所述“MTMS系统将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu 关联地存储在MTMS系统数据库中”具体包括：
MTMS系统将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu进行打包并生成第一数字摘要，将所述终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu与所述第一数字摘要分开存储于MTMS系统数据库中；
所述“MTMS系统调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK”具体包括：
MTMS系统提取所述打包的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu生成第二数字摘要；
判断所述第二数字摘要与第一数字摘要是否相等，如果相等，调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK。
其中，所述“KMS系统获得传输密钥TK后调用第二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，调用第二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系统调用第二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：区别于现有技术的必需集中下载终端主密钥的技术缺陷，本发明通过POS终端上传传输密钥TK，由TK加密终端主密钥TMK后下载到POS终端，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POS终端与KMS之间传输主密钥之前还进行了双向认证，提高了主密钥的下载安全。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，本发明通过 MTMS系统对TK进行统一采集与上传，方便了TK的采集与管理，同时，POS终端与KMS系统之间通过MTMS系统进行TK上传，避免了每台POS终端与KMS系统直接通信，减轻了KMS系统的工作负担和难度，同时也方便KMS系统识别与其通信连接对象的身份和上传的TK的真实性，提高了TK的准确传输以及KMS系统的工作效率。
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 (1)

  1. 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、TK上传流程；
    S2、TMK下载流程；
    其中，步骤S1具体包括：
    S11、MTMS系统调用第一硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr，将公钥Pu发送至POS终端并存储在密码键盘中；
    S12、MTMS系统调用第一硬件加密机、KMS 系统调用第二硬件加密机，分别在各自的硬件加密机中将MTMS系统权限分量及KMS 权限分量合成保护密钥PK 和MAC 密钥MAK，并且将所述保护密钥PK和MAC密钥MAK一并存储在第一硬件加密机和第二硬件加密机中；
    S13、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；
    S14、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成第一传输密钥密文Ctk_Pu，并将传输第一密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至MTMS 系统；
    S15、MTMS系统将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu 关联地存储在MTMS系统数据库中；
    S16、MTMS系统调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK，然后使用保护密钥PK 加密传输密钥TK 并使用MAC 密钥MAK 计算MAC 值，生成第二传输密钥密文Ctk_pk，然后将终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk 发送给KMS 系统；
    S17、KMS系统将MTMS系统发送的终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk关联地存储在KMS 数据库中；
    步骤S2具体包括：
    S21、POS 终端将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统；
    S22、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对应的第二传输密钥密文Ctk_pk；
    S23、KMS系统调用第二硬件加密机使用MAC密钥MAK对查询到的第二传输密钥密文Ctk_pk 校验MAC 合法性，如果校验通过，使用保护密钥PK 解密第二传输密钥密文Ctk_pk 获得传输密钥TK并将其存储在所述第二硬件加密机中；
    S24、KMS 系统获得传输密钥TK后调用第二硬件加密机使用认证密钥AUK 与POS 终端进行双向认证；
    S25、如果认证通过，KMS系统调用第二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并将主密钥密文Ctmk发送至POS终端；
    S26、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所述的一种终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“MTMS系统调用第一硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr，将公钥Pu发送至POS终端并存储在密码键盘中”具体包括：
    MTMS系统调用第一硬件加密机产生公钥Pu和私钥Pr，将公钥Pu发给CA中心；
    MTMS系统从CA中心获得生成的工作证书HsmWCRT并保存在数据库中，并将工作证书HsmWCRT发送至POS终端，工作证书HsmWCRT是使用根证书HsmRCRT对公钥Pu签名生成；
    POS终端使用烧片预装的根证书HsmRCRT验证工作证书HsmWCRT的合法性，并当验证通过后POS终端从工作证书HsmWCRT提取公钥Pu并存储在密码键盘中。
    3、根据权利要求1所述的一种密钥管理方法，其特征在于，所述“MTMS系统将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu 关联地存储在MTMS系统数据库中”具体包括：
    MTMS系统将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu进行打包并生成第一数字摘要，将所述终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu与所述第一数字摘要分开存储于MTMS系统数据库中；
    所述“MTMS系统调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK”具体包括：
    MTMS系统提取所述打包的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu生成第二数字摘要；
    判断所述第二数字摘要与第一数字摘要是否相等，如果相等，调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK。
    4、根据权利要求1所述的一种密钥管理方法，其特征在于，所述“KMS系统获得传输密钥TK后调用第二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，调用第二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系统调用第二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。
    5、一种终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，包括：第一硬件加密机、第二硬件加密机、POS终端、与POS终端通信连接的MTMS系统以及与MTMS系统通信连接的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模块以及TMK接收模块，
    所述MTMS系统包括公私钥产生模块、协商密钥A模块以及第二TK上传模块，
    所述KMS系统包括协商密钥B模块、TK接收模块、请求响应模块、双向认证B模块以及TMK发送模块；
    所述第一硬件加密机用于供MTMS系统调用，所述第二硬件加密机用于供KMS 系统调用；
    公私钥产生模块用于调用第一硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr，将公钥Pu发送至POS终端并存储在密码键盘中；
    协商密钥A模块和协商密钥B模块用于调用第一硬件加密机和第二硬件加密机，分别在各自的硬件加密机中将MTMS系统权限分量及KMS 权限分量合成保护密钥PK 和MAC 密钥MAK，并且将所述保护密钥PK和MAC密钥MAK一并存储在第一硬件加密机和第二硬件加密机中；
    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 生成第一传输密钥密文Ctk_Pu，并将传输第一密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至MTMS 系统；
    第二TK上传模块用于将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu 关联地存储在MTMS系统数据库中；
    第二TK上传模块用于调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK，然后使用保护密钥PK 加密传输密钥TK 并使用MAC 密钥MAK 计算MAC 值，生成第二传输密钥密文Ctk_pk，然后将终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk 发送给KMS 系统；
    TK接收模块用于将MTMS系统发送的终端序列号SN 和第二传输密钥密文Ctk_pk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对应的第二传输密钥密文Ctk_pk；
    请求响应模块用于调用第二硬件加密机使用MAC密钥MAK对查询到的第二传输密钥密文Ctk_pk 校验MAC 合法性，如果校验通过，使用保护密钥PK 解密第二传输密钥密文Ctk_pk 获得传输密钥TK并将其存储在所述第二硬件加密机中；
    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，调用第二硬件加密机使用认证密钥AUK 与POS 终端进行双向认证；
    TMK发送模块用于当认证通过时，调用第二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并将主密钥密文Ctmk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获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
    6、根据权利要求5所述的终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，所述MTMS系统还包括数字摘要模块；
    所述数字摘要模块用于将接收到的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu进行打包并生成第一数字摘要，将所述终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu与所述第一数字摘要分开存储于MTMS系统数据库中；
    以及用于提取所述打包的终端序列号SN 和第一传输密钥密文Ctk_Pu生成第二数字摘要，判断所述第二数字摘要与第一数字摘要是否相等，所述数字摘要模块还用于当第一数字摘要与第二数字摘要相等时，调用第一硬件加密机使用私钥Pr 解密第一传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK。
    7、根据权利要求5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，调用第二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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