本文以LEGIC的CPU卡應(yīng)用方案——“卡中卡”為例，對(duì)CPU卡應(yīng)用中的加密算法進(jìn)行了綜合性介紹，指出基于通用加密方法的CPU系統(tǒng)的安全性也存在一定的安全隱患。建議CPU卡應(yīng)用時(shí)選用通過安全認(rèn)證（GP，EAL+），最好是采用AES加密方法的CPU卡技術(shù)；在COS的選擇上，最好采用具有通訊安全認(rèn)證的系統(tǒng)，以及最好采用JAVA基礎(chǔ)的COS，如JCOP等。

端到端的安全性

在整個(gè)讀卡的過程中，LEGIC提供的CPU卡應(yīng)用方案，不單從最前端的卡片上為數(shù)據(jù)保密，到最終把讀取的數(shù)據(jù)從讀卡器發(fā)出去的過程中，都有非常嚴(yán)密的保護(hù)。圖1是卡片到數(shù)據(jù)在空中的傳輸，到讀卡器收集數(shù)據(jù)，到讀卡器把數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊粋€(gè)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的數(shù)據(jù)安全示意圖。

圖1

1、卡片內(nèi)的數(shù)據(jù)保護(hù)

該CPU卡獨(dú)有的MTSC（主令牌系統(tǒng)）是一個(gè)密鑰管理系統(tǒng)。而每個(gè)令牌內(nèi)都存有一個(gè)密鑰基因。保護(hù)數(shù)據(jù)的密鑰是由密鑰基因加上卡片的UID號(hào)，通過運(yùn)算程式，在卡片初始化的過程中而產(chǎn)生的。所以卡片經(jīng)過初始化后，就建立了“一卡一密”和“一扇一密”來保護(hù)扇段內(nèi)的數(shù)據(jù)。采用的加密方法，除了通用的DES、3DES、SHA-1之外，也有新的CPU卡應(yīng)用中采用AES加密方法。由于系統(tǒng)提供的讀頭及CPU卡上應(yīng)用程序，并支持在線更新，安全保障有了保證。

系統(tǒng)不單對(duì)卡片內(nèi)的數(shù)據(jù)作出保護(hù)，如應(yīng)用需要的話，就連公開的序列號(hào)（UID）也可以進(jìn)行加密保護(hù)。這樣就可保證UID的唯一性，也同時(shí)增強(qiáng)安全性。

系統(tǒng)雖然應(yīng)用了多樣化密鑰（DiversifyKey）的概念去保護(hù)卡內(nèi)的數(shù)據(jù)，但每一種芯片卡的密鑰運(yùn)算程式都不一樣。這對(duì)“黑客”而言，破解一種芯片的密鑰運(yùn)算方法，不代表同時(shí)把其他種類的芯片一起解破，實(shí)際上，他又要從頭開始。除了傳統(tǒng)高安全的邏輯加密技術(shù)之外，寫在CPU卡內(nèi)的數(shù)據(jù)不單只靠COS的密鑰保護(hù)，同時(shí)也保護(hù)自己的數(shù)據(jù)，這樣不只更安全，而且不會(huì)和其他應(yīng)用發(fā)生沖突，這也是CPU卡應(yīng)用上的獨(dú)到之處。

2、讀卡器和卡片之間的數(shù)據(jù)傳輸

所有讀卡器和卡片在通訊開始時(shí)，都會(huì)通過一個(gè)鑒證程序來確保在讀卡器前面的卡片是不是一張真正的CPU卡片，而非“克隆卡”。這樣做的好處是，可以防止有人嘗試盜取空中傳輸數(shù)據(jù)的企圖。

讀卡器和卡片之間的通訊是絕對(duì)不會(huì)把保護(hù)數(shù)據(jù)的密鑰在空中傳輸，這是為了確保密鑰的安全性。

所有數(shù)據(jù)的傳輸都可選用自有的加密方法，也可以選用市場(chǎng)上通用的DES、3DES或AES（只在AFS4096上實(shí)現(xiàn)）的加密方法。這樣做的好處是，即使數(shù)據(jù)在傳輸中被盜取，也無法解開數(shù)據(jù)本身的內(nèi)容。

所有數(shù)據(jù)的傳輸都可以加驗(yàn)證功能（CRCCheck），這樣也確保了數(shù)據(jù)傳輸?shù)姆€(wěn)定性以及可靠性。

3、讀卡器的安全性

CPU卡的讀卡器都有自動(dòng)消除令牌功能，以配合讀卡器一經(jīng)非法打開，存儲(chǔ)的令牌將自動(dòng)消除。這相對(duì)用PSAM卡儲(chǔ)存密鑰要安全得多。因?yàn)槿f一坐卡器或POS終端被盜，PSAM卡也會(huì)一起被盜。現(xiàn)時(shí)的PSAM卡技術(shù)和對(duì)應(yīng)的DES算法被廣泛應(yīng)用，但它的安全性一直存在爭(zhēng)論。其一，DES作為lucifer算法的改進(jìn)版本，但卻從lucifer算法的密碼長(zhǎng)度128位，變成了56位。56位的密碼應(yīng)該不足以抵御窮舉攻擊。其二，DES內(nèi)部結(jié)構(gòu)中至關(guān)重要的S盒的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)是保密的，無法確信真是安全。而密碼相關(guān)信息存于芯片內(nèi)部，安全性更好。

CPU卡的讀卡器需接受相關(guān)令牌的授權(quán)才可對(duì)相關(guān)的卡片作出讀寫操作，無需進(jìn)行密碼的傳遞。授權(quán)卡是實(shí)物形式，可以授權(quán)及取回，從而減少管理風(fēng)險(xiǎn)。

4、讀卡器到電腦通訊安全

讀寫器到電腦之間的通訊，還可以采用鑒證及加密來實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)保護(hù)。其實(shí)現(xiàn)與無線接口的三次認(rèn)證類似，不再詳述。以上所有不同的安全功能，都在技術(shù)基層上增加了本身的復(fù)雜性，相對(duì)的也增加了技術(shù)本身的抗破解能力。

密碼管理系統(tǒng)

密碼管理一般包括密碼生成、密碼分散、密碼傳遞，下面的密碼管理是建設(shè)部的密碼管理的介紹。

密鑰卡中新密鑰的產(chǎn)生主要有兩類方式：即直接在密鑰卡中產(chǎn)生新密鑰；在其它安全設(shè)備中產(chǎn)生新密鑰，然后裝載到密鑰卡中。產(chǎn)生新密鑰的數(shù)據(jù)，可以是碼單、密鑰種子等形式。碼單實(shí)際上是密鑰種子的一種形式，它將種子數(shù)據(jù)分成幾部分，分別由不同的人控制，這樣可以提高系統(tǒng)的安全性。

不同的應(yīng)用密鑰是根據(jù)加密算法進(jìn)行分散運(yùn)算取得的。經(jīng)過從種子數(shù)據(jù)、到應(yīng)用主密鑰、地區(qū)分密鑰、卡分散密鑰等多層次逐級(jí)分散。密鑰分散的目的，即使某個(gè)子密鑰泄露了，那也不會(huì)威脅管理主密鑰的安全，因?yàn)闊o法從子密鑰和分散數(shù)據(jù)推導(dǎo)出主密鑰，從而提高了系統(tǒng)的安全性，降低了安全風(fēng)險(xiǎn)和管理成本。