攀枝花醫(yī)保管理系統(tǒng)IC卡數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)分析

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：fondcard   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月17日

概　述 
       本文主要說(shuō)明醫(yī)保系統(tǒng)中采用的各種ＩＣ卡片中的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)及相互關(guān)系，是系統(tǒng)構(gòu)成的重要技術(shù)性文章。 
       在本系統(tǒng)中，根據(jù)ＩＣ卡類(lèi)型可分為兩種：ＣＰＵ卡和ＳＬＥ４４２８邏輯加密卡；根據(jù)其應(yīng)用功能的不同，可以分為：總控卡、密鑰傳輸卡、密鑰卡和醫(yī)?？ǎㄒ部梢越杏脩?hù)卡）。另外，由于系統(tǒng)管理的需要，特別添加了管理員卡（用于登錄發(fā)卡系統(tǒng)）。 
       其相互關(guān)系如下： 
一、 ＣＰＵ卡 
       本系統(tǒng)采用的ＣＰＵ卡系符合國(guó)家勞動(dòng)保障部規(guī)定的智能ＩＣ卡，芯片采用符合社保要求的國(guó)產(chǎn)華大芯片，自帶８位微處理器，數(shù)據(jù)存儲(chǔ)空間為８Ｋ ，ＣＰＵ卡的操作系統(tǒng)（ＣＯＳ）為廣東德生科技有限公司自主開(kāi)發(fā)并獲得社保認(rèn)證的社保ＩＣ卡操作系統(tǒng)。目前已在廣東省、云南省等地區(qū)廣泛應(yīng)用。 
       ＣＰＵ卡中所有信息都是以文件形式保存的，而文件又是以目錄形式組織的〔事實(shí)上，在ＣＰＵ卡里，目錄也被稱(chēng)為文件，叫專(zhuān)用文件（ＤＦ），而保存具體數(shù)據(jù)的文件叫基本文件（ＥＦ）〕，在創(chuàng)建文件的時(shí)候，即可以設(shè)置對(duì)該文件的操作限制，如允許直接讀、允許通過(guò)安全認(rèn)證后改寫(xiě)、固化不得改寫(xiě)等。 
       而為了控制對(duì)不同的文件的讀寫(xiě)控制，又可以設(shè)置不同的密鑰（長(zhǎng)度為８／１６個(gè)字節(jié)），換言之，可以設(shè)置為要讀某一個(gè)文件，需驗(yàn)證密鑰１，要改寫(xiě)該文件，則需驗(yàn)證密鑰２，而要讀另外一個(gè)文件，又可以設(shè)置要求驗(yàn)證密鑰３……這樣一來(lái)，其安全性得到了明顯的提高。 
二、 邏輯加密（ＳＬＥ４４４２） 
       邏輯加密卡常被通俗地叫成ＩＣ卡，它是通過(guò)一個(gè)邏輯安全機(jī)制，來(lái)控制卡片信息的讀／寫(xiě)操作的。 
４４２８卡有三重?cái)?shù)據(jù)安全機(jī)制：卡片密碼、密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器及數(shù)據(jù)保護(hù)。 
       １.卡片密碼：控制著ＩＣ卡數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)的改寫(xiě)，即要改寫(xiě)ＩＣ卡的信息，必須驗(yàn)證ＩＣ卡的密碼——保證卡上數(shù)據(jù)安全而不被撰改； 
       ２.卡片密碼錯(cuò)誤計(jì)數(shù)器：當(dāng)ＩＣ卡密碼驗(yàn)證失敗時(shí)，該計(jì)數(shù)器減１，如果減到０，則該卡片物量鎖死，如果驗(yàn)證成功，則該計(jì)數(shù)器恢復(fù)到初始值——防止惡意跟蹤和嘗試； 
       ３.數(shù)據(jù)保護(hù)指將寫(xiě)在ＩＣ卡上的信息進(jìn)行寫(xiě)保護(hù)操作，如同磁盤(pán)的寫(xiě)保護(hù)開(kāi)關(guān)，一旦寫(xiě)保護(hù)操作成功，則該數(shù)據(jù)信息不可改（可針對(duì)一個(gè)字節(jié)進(jìn)行寫(xiě)保護(hù)操作）——防止數(shù)據(jù)修改和保證唯一性。 
       本系統(tǒng)在ＩＣ卡（也就是醫(yī)?？ǎ┑陌踩?guī)劃上，采用了綜合、全面的安全措施，使得系統(tǒng)的安全性得到了最大限度的保障，其具體的措施如下： 
       １.最大的也是最核心的，一卡一密 
       首先說(shuō)明，很多ＩＣ卡應(yīng)用中，都是用相同一個(gè)密碼，長(zhǎng)度一般為２－３個(gè)字節(jié)，其安全隱患在于如果有人破得了一張ＩＣ 卡的密碼，則整個(gè)系統(tǒng)將面臨危險(xiǎn)。 
       一卡一密則很好地解決了這一問(wèn)題，它的原理是先從ＩＣ卡的數(shù)據(jù)保護(hù)區(qū)內(nèi)讀取一個(gè)（唯一的、足夠長(zhǎng)的、不可改的）卡片序列號(hào)（ＳＮ），長(zhǎng)度為８?jìng)€(gè)字節(jié)，然后通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的、通過(guò)安全認(rèn)證的、通用的加密算法（３ＤＥＳ），進(jìn)行加密運(yùn)算（ＤＥＡ），得到一個(gè)８字節(jié)的密文，對(duì)該密文進(jìn)行某種固定的取舍，即可得ＩＣ卡的密碼。 
       具體過(guò)程如下圖： 
       ２.卡序列號(hào)唯一并固定 
       相對(duì)來(lái)說(shuō)，該方案很多應(yīng)用中都采用它，一來(lái)它可以保證卡片的合法性，另一方，也方便了ＩＣ卡的管理。防止一些回收卡重新非正常渠道流入應(yīng)用中。 
       補(bǔ)充說(shuō)明：該序列號(hào)可以為明碼，也可以為密文 
       ３.數(shù)據(jù)加密 
       數(shù)據(jù)加密同樣也是應(yīng)用得較多的一種安全措施，因?yàn)椋桑每ū旧淼脑硎侨魏螘r(shí)候都可以讀取卡上的信息，試想，如果一個(gè)攻擊者可以輕易地看到你的目標(biāo)和路徑的話(huà)，那他接下來(lái)想的一定是無(wú)論如何也要達(dá)到，而相反，如果一個(gè)攻擊者一開(kāi)始面對(duì)的就是漆黑一片，他幾乎很難讓自己再堅(jiān)持走下去。（以上僅為個(gè)人想法） 
       ４.數(shù)據(jù)校驗(yàn)碼和兩種校驗(yàn)算法同時(shí)采用 
       數(shù)據(jù)校驗(yàn)是防止外人惡意篡改，這也是信息安全的一種常用模式，也是必須采用的。 
       本系統(tǒng)采用兩種數(shù)據(jù)校驗(yàn)算法，分別為：加權(quán)平均和求異或校驗(yàn)碼長(zhǎng)度為１個(gè)字節(jié)，分高低２位ＢＣＤ碼，高位為加權(quán)平均值，低位為求異或。兩種算法同時(shí)應(yīng)用，為系統(tǒng)的安全性加重了科學(xué)依據(jù)。 
       ５.ＣＰＵ卡的加入 
       ＣＰＵ卡加入為系統(tǒng)的安全性提供的最大的保障，ＣＰＵ卡主要應(yīng)用在醫(yī)?？ㄆ艽a的計(jì)算和卡上數(shù)據(jù)區(qū)數(shù)據(jù)信息的加／解密。ＣＰＵ卡的加入，為系統(tǒng)增添了許多特點(diǎn)，如： 
       系統(tǒng)安全控制密鑰由用戶(hù)方領(lǐng)導(dǎo)入系統(tǒng)管理員共同輸入產(chǎn)生，卡片供應(yīng)商、軟件開(kāi)商發(fā)無(wú)法獲知系統(tǒng)的原始密鑰； 
       ＣＰＵ卡在卡片內(nèi)計(jì)算產(chǎn)生密文信息，避免了在程序中進(jìn)行數(shù)據(jù)加／解密運(yùn)算所帶來(lái)的不確定因素； 
       ＣＰＵ卡為其本身的安全提供了嚴(yán)格的管理機(jī)制，系統(tǒng)將嚴(yán)格按此機(jī)制設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)發(fā)卡系統(tǒng)。 
       其它在此不再作詳細(xì)的論述。 
三、 總控卡 
       總控卡主要完成對(duì)所有ＣＰＵ卡的安全控制，包括通過(guò)它對(duì)密鑰傳輸卡的安全認(rèn)證從而啟動(dòng)一般密鑰卡的發(fā)行；通過(guò)它解鎖密鑰卡上的操作口令；通過(guò)它完成已經(jīng)使用過(guò)的ＣＰＵ卡洗卡操作，從而清空ＣＰＵ中的安全數(shù)據(jù)等。 
       總控卡通過(guò)系統(tǒng)管理員輸入一串１６個(gè)字節(jié)的系統(tǒng)卡片總控密鑰產(chǎn)生。該總控密鑰該被分散到每一張密鑰卡中，作為密鑰卡合法性鑒別的依據(jù)。 
       具體關(guān)系圖如下： 
說(shuō)明：由于總控中存放的密鑰卡卡片主控密鑰系校驗(yàn)密鑰卡的合法性，以使有別與其它應(yīng)用中的ＣＰＵ卡，所以，它的安全性不是至關(guān)重要的。因此它的產(chǎn)生和管理也就相對(duì)來(lái)說(shuō)簡(jiǎn)單些。 
四、 密鑰傳輸卡 
       它的重要性就在于它存放了密鑰卡中真正進(jìn)行數(shù)據(jù)加密計(jì)算和醫(yī)?？ㄆ艽a計(jì)算的兩組密鑰，同時(shí)還存放了該密鑰產(chǎn)生的原碼串（也就是由負(fù)責(zé)領(lǐng)導(dǎo)輸入的原兩組原碼串和系統(tǒng)管理員輸入的分散因子），該卡將是系統(tǒng)安全的來(lái)源。 
       密鑰傳輸卡由總控卡控制發(fā)行，如下圖所示： 
密鑰傳輸卡中的信息結(jié)構(gòu)： 
       １.由用戶(hù)方負(fù)責(zé)人直接輸入兩組１６個(gè)字符，通過(guò)系統(tǒng)轉(zhuǎn)換為ＢＣＤ碼。并由系統(tǒng)管理員輸入兩組分散因子（長(zhǎng)度為８?jìng)€(gè)字節(jié)），分別為卡片密碼計(jì)算密鑰分散因子（ＰＳＵＢ）、卡片數(shù)據(jù)加密計(jì)算密鑰分散因子（ＤＳＵＢ）； 
       ２.以上三人輸入的字符串將分別保存在三個(gè)順序文件中：０００４、０００５、０００６； 
       ３.以上三人還要求分別輸入各自的口令，分別為：Ｐｉｎ１，Ｐｉｎ２，Ｐｉｎ３，長(zhǎng)度為２－８?jìng)€(gè)字節(jié)，該口令控制著各自的原碼信息讀出； 
       ４.將領(lǐng)導(dǎo)Ｉ輸入的原碼串對(duì)ＰＳＵＢ進(jìn)行分散，得８字節(jié)臨時(shí)密文Ｉ：ＰｋｅｙＬ； 
       ５.將領(lǐng)導(dǎo)ＩＩ輸入的原碼串對(duì)ＰＳＵＢ進(jìn)行分散，得８字節(jié)臨時(shí)密文ＩＩ：ＰｋｅｙＲ； 
       ６.ＰｋｅｙＬ ＆ ＰｋｅｙＲ＝Ｐｋｅｙ(卡片密碼計(jì)算密鑰)； 
       ７.將領(lǐng)導(dǎo)Ｉ輸入的原碼串對(duì)ＤＳＵＢ進(jìn)行分散，得８字節(jié)臨時(shí)密文Ｉ：ＤｋｅｙＬ； 
       ８.將領(lǐng)導(dǎo)ＩＩ輸入的原碼串對(duì)ＤＳＵＢ進(jìn)行分散，得８字節(jié)臨時(shí)密文ＩＩ：ＤｋｅｙＲ； 
       ９.ＤｋｅｙＬ ＆ ＤｋｅｙＲ＝Ｄｋｅｙ(卡片數(shù)據(jù)信息加／解密計(jì)算密鑰)； 
       １０.將卡片數(shù)據(jù)加／解密計(jì)算密鑰（Ｄｋｅｙ）保存到文件ＥＦ０１中，該文件的讀寫(xiě)控制為：改寫(xiě)：不允許；讀：卡片主控密鑰認(rèn)證和線路加密； 
       １１.將卡片密碼計(jì)算密鑰（Ｐｋｅｙ）保存到文件ＥＦ０２中，該文件的讀寫(xiě)控制為：改寫(xiě)：不允許；讀：卡片主控密鑰認(rèn)證和線路加密。 
       邏輯結(jié)構(gòu)圖如下： 
       關(guān)于密鑰傳輸卡的一些安全特性如下： 
       １.其使用必須通過(guò)總控卡的有效性認(rèn)證（認(rèn)證卡片主控密鑰），本系統(tǒng)中所有密鑰卡的卡片主控密鑰（ＭＫ）都是一致的。該密鑰是對(duì)卡片合法性的有效認(rèn)證； 
       ２.密鑰傳輸卡是系統(tǒng)安全數(shù)據(jù)源，有其有效的管理，也就是對(duì)系統(tǒng)安全性的管理。它是系統(tǒng)原始密鑰的； 
       ３.密鑰傳輸卡的原始密鑰數(shù)據(jù)的改寫(xiě)權(quán)限為不允許，讀操作要求驗(yàn)證相應(yīng)人員的ＰＩＮ，同時(shí)，數(shù)據(jù)在卡與終端的傳輸過(guò)程中采用了線路加密技術(shù)，防止他人截取。 
五、 管理員卡 
       管理員卡的加入，主要是為了加強(qiáng)對(duì)醫(yī)保發(fā)卡系統(tǒng)的有效管理，控制醫(yī)保卡的發(fā)行工作了密鑰卡的安全產(chǎn)生。 
       管理員卡按權(quán)限的不同，又分為系統(tǒng)管理員卡和發(fā)卡管理員卡，前者擁有發(fā)卡系統(tǒng)的全部操作權(quán)限，而后者則只能完成與發(fā)醫(yī)保ＩＣ 卡相關(guān)的操作，如數(shù)據(jù)鏈接、醫(yī)保ＩＣ卡的發(fā)行、重寫(xiě)以及數(shù)據(jù)清除等。 
       管理員卡是在總控卡和密鑰傳輸卡控制下產(chǎn)生的，具體過(guò)程如下圖： 
管理員卡的安全特性： 
       １． 管理員口令控制著兩組密鑰的使用權(quán) 
       ２． 終端管理員對(duì)終端的安全管理就是對(duì)該密鑰卡的管理，同時(shí)，該密鑰卡又成為了終端管理員身份卡 
       ３． 終端管理員基本信息可以根據(jù)應(yīng)用需要進(jìn)行擴(kuò)充。 
       管理卡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如下圖： 
六、 密鑰卡（終端應(yīng)用） 
       密鑰卡與管理員卡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)幾乎是相同的，只是要密鑰卡的根目錄下添加了一個(gè)標(biāo)識(shí)文件，具體內(nèi)容請(qǐng)參見(jiàn)管理員卡。 
七、 醫(yī)保ＩＣ卡 
       醫(yī)保ＩＣ卡的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)主要分為三部分：前３２個(gè)字節(jié)的卡序列號(hào)（卡號(hào)）、持卡人基本信息、交易記錄。