本應(yīng)用筆記從信息技術(shù)(IT)這一全新視角闡述了物理門(mén)禁控制系統(tǒng)。本文對(duì)各種不同類(lèi)型的鎖控技術(shù)(機(jī)械、磁卡、接觸式、RFID)進(jìn)行對(duì)比，并對(duì)這些鎖控裝置的優(yōu)缺點(diǎn)進(jìn)行了評(píng)估。采用質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)認(rèn)證的鎖控裝置克服了傳統(tǒng)靜態(tài)數(shù)據(jù)門(mén)鎖的局限性。本文介紹了質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)工作原理，列舉了相應(yīng)的鎖控裝置并對(duì)其進(jìn)行比較。本文還闡述了質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)認(rèn)證相比靜態(tài)數(shù)據(jù)更安全的原因。

　　本應(yīng)用筆記討論了幾種不同類(lèi)型的門(mén)禁控制系統(tǒng)：機(jī)械式、磁卡式、接觸式、RFID。文章討論了質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)認(rèn)證(質(zhì)詢(xún)、加密以及消息認(rèn)證碼或MAC)以及SHA-1算法的重要性。最后，本文還闡述了質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)認(rèn)證機(jī)制更安全的原因。

　　基于信息技術(shù)(IT)的鎖控裝置

　　嚴(yán)格意義上講，任何鑰匙內(nèi)都會(huì)像ROM (只讀存儲(chǔ)器)一樣存儲(chǔ)相關(guān)信息。鎖具“讀取”鑰匙端的數(shù)據(jù)，如果與鎖具規(guī)則匹配，則通行。機(jī)械鑰匙的整體物理尺寸、最小尺寸(例如，單位增量)限制了其可選擇的代碼空間。對(duì)于一個(gè)給定類(lèi)型的鑰匙，可以在不重復(fù)的前提下制造出數(shù)百或數(shù)千把鑰匙，確切數(shù)目取決于鑰匙的類(lèi)型。磁卡鑰匙可以在很小的鐵磁材料上存儲(chǔ)信息。磁卡可以分成多個(gè)平行磁軌，每條磁軌可寫(xiě)入500位以上數(shù)據(jù)。而接觸式電子令牌鑰匙(例如iButton®器件、芯片卡)則將信息存儲(chǔ)于硅片?？梢源鎯?chǔ)的位數(shù)從低至64位(DS1990A)到無(wú)限容量。非接觸式鑰匙則以26位模型開(kāi)始，事實(shí)上這種鑰匙的容量也沒(méi)有上限限制。磁卡鑰匙在酒店門(mén)禁系統(tǒng)非常流行。電子令牌鑰匙，無(wú)論是接觸式還是非接觸式，都已普遍用于員工胸卡。

　　現(xiàn)狀和問(wèn)題

　　無(wú)論是機(jī)械鎖，還是電子鎖，開(kāi)啟方式都是基于靜態(tài)數(shù)據(jù)是否能滿(mǎn)足鎖具自身的規(guī)則要求。采用電子鎖，其數(shù)據(jù)可以是一個(gè)簡(jiǎn)單的序列號(hào)，也可以是大量存儲(chǔ)數(shù)據(jù)(磁卡或存儲(chǔ)芯片卡等)或兩者結(jié)合。一把鑰匙攜帶的信息越少，則對(duì)于給定的鎖具而言就可以提供越多的鑰匙與之匹配。

　　機(jī)械鑰匙具有多種不同的類(lèi)型和尺寸¹。而鎖具“主人”則無(wú)法避免鑰匙在未經(jīng)授權(quán)的情況下被復(fù)制。此外，還可以使用一些廉價(jià)工具惡意打開(kāi)門(mén)鎖²。由于“代碼”空間有限，這種鎖具無(wú)法保證鑰匙的唯一性。日積月累，鑰匙的結(jié)構(gòu)慢慢磨損，使開(kāi)鎖變得更加困難。

　　雖然代碼空間對(duì)磁卡鑰匙卡不是問(wèn)題，但它們很容易被復(fù)制²或擦除。磁卡同樣存在磨損問(wèn)題。

　　基于ROM的電子鑰匙可以防止克隆或復(fù)制，接觸式鑰匙²和RFID鑰匙²即采用了類(lèi)似原理。除了韋根(Wiegand)協(xié)議及其派生(26位或36位)協(xié)議外，電子鑰匙具有足夠的代碼空間保證每把鑰匙代碼的唯一性。

　　下一代安全產(chǎn)品：質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)認(rèn)證

　　傳統(tǒng)的電子鎖依賴(lài)于靜態(tài)數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)是鑰匙獲得進(jìn)入的權(quán)限。這種一成不變的原則使克隆鑰匙非常簡(jiǎn)單。事實(shí)上，如果鑰匙可以從鎖具接收一個(gè)不確定的數(shù)據(jù)質(zhì)詢(xún)，并根據(jù)接收到的數(shù)據(jù)以特定的數(shù)據(jù)格式響應(yīng)，則可以實(shí)現(xiàn)更高的加密等級(jí)。這一過(guò)程包括了公開(kāi)的可讀取數(shù)據(jù)和只有鑰匙及鎖具知道的隱藏?cái)?shù)據(jù)。

　　由鎖具發(fā)送給鑰匙的這個(gè)不確定數(shù)據(jù)從技術(shù)上稱(chēng)為隨機(jī)質(zhì)詢(xún)，隱藏?cái)?shù)據(jù)稱(chēng)為密鑰，而響應(yīng)通常稱(chēng)作信息認(rèn)證代碼或MAC。信息包含質(zhì)詢(xún)、公開(kāi)可讀數(shù)據(jù)、密鑰以及常數(shù)(填充數(shù))。為了驗(yàn)證密鑰的有效性，鎖具會(huì)根據(jù)同一質(zhì)詢(xún)、從鑰匙讀取的數(shù)據(jù)、密鑰以及常數(shù)計(jì)算MAC。如果鎖具所計(jì)算的MAC與鑰匙響應(yīng)的MAC匹配，則鎖具認(rèn)為鑰匙是合法的。技術(shù)上，這一流程如圖1所示，叫做質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)認(rèn)證。如果除了有效性外，鑰匙里公開(kāi)可讀的數(shù)據(jù)與鎖具標(biāo)準(zhǔn)相匹配，則打開(kāi)鎖具。

　　圖1. 質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)認(rèn)證數(shù)據(jù)流

　　在加密學(xué)中，從一串信息碼產(chǎn)生固定長(zhǎng)度MAC的算法通常稱(chēng)作單向散列算法。“單向”表示該算法通常難以從固定長(zhǎng)度MAC輸出大量信息。采用加密算法時(shí)，加密信息的長(zhǎng)度往往與原始信息成正比。

　　SHA-1是經(jīng)過(guò)完全驗(yàn)證并獲得國(guó)際認(rèn)可的單向散列算法，SHA-1算法由美國(guó)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)技術(shù)研究所(NIST)制定，現(xiàn)已成為國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)ISO/IEC 10118-3:2004。算法所依賴(lài)的數(shù)學(xué)公式已經(jīng)在NIST網(wǎng)頁(yè)公開(kāi)。SHA-1算法與其它算法的差別是：

　　不可逆性：該算法無(wú)法通過(guò)相應(yīng)的MAC逆向計(jì)算輸入。

　　防沖突：該算法不可能找到另外一個(gè)可以產(chǎn)生同一MAC的輸入信息。

　　高雪崩效應(yīng)：輸入的任何變化將引起MAC結(jié)果的很大變化。

　　正是由于上述原因，而且該算法經(jīng)過(guò)全球認(rèn)證，Maxim選擇了SHA-1用于質(zhì)詢(xún)-響應(yīng)認(rèn)證。