智能卡安全性評(píng)估保護(hù)輪廓PP的研究

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：中國(guó)一卡通網(wǎng) 收編   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月08日

    目前智能卡應(yīng)用已滲透到社會(huì)生活的各個(gè)方面，其在帶給人們高效便捷生活的同時(shí)，安全性也倍受人們關(guān)注。因此，國(guó)內(nèi)一些智能卡廠商通過對(duì)智能卡進(jìn)行評(píng)估以提高智能卡的安全信譽(yù)。在進(jìn)行智能卡產(chǎn)品安全性評(píng)估時(shí)，首先需要相關(guān)的指導(dǎo)性文檔，其中位于高層抽象級(jí)的指導(dǎo)性文檔是安全性評(píng)估保護(hù)輪廓PP。它依據(jù)的是GB/T 18336-2001《信息技術(shù)安全性評(píng)估準(zhǔn)則》[1]。該準(zhǔn)則的前身是國(guó)際通行的最先進(jìn)的信息安全測(cè)評(píng)標(biāo)準(zhǔn)CC[2](Common Crietira)，即ISO/IEC 15408。 

    1 PP概述 

    1.1 概念介紹 

    要認(rèn)識(shí)PP，先介紹CC中的幾個(gè)重要術(shù)語(yǔ)。
    (1)評(píng)估對(duì)象TOE(Target of Evaluation)：評(píng)估申請(qǐng)方提供的被評(píng)估對(duì)象。
    (2)安全組件包：多個(gè)安全要求組件構(gòu)成一個(gè)安全組件包。安全組件包用于構(gòu)造PP或ST。
    (3)保護(hù)輪廓PP(Protect Profile)：對(duì)于某一類TOE而言的高級(jí)抽象的安全要求說明書，與TOE的實(shí)現(xiàn)無關(guān)。
    (4)安全目標(biāo)ST(Security Target)：與PP類似，是針對(duì)某一特定安全產(chǎn)品而言，與TOE安全環(huán)境相關(guān)的安全要求與概要設(shè)計(jì)說明書，可以引用某個(gè)(些)PP。
    (5)評(píng)估保證級(jí)EAL(Evaluation Assurance Level)：代表TOE的安全保證程度。CC標(biāo)準(zhǔn)將EAL分為7級(jí)。 

    CC標(biāo)準(zhǔn)由簡(jiǎn)介和一般模型、安全功能要求和安全保證要求3部分文檔組成。其中，簡(jiǎn)介和一般模型相當(dāng)于某一類TOE的PP；安全功能要求根據(jù)TOE使用安全環(huán)境提出安全功能標(biāo)準(zhǔn)。相應(yīng)地CC評(píng)估也分為3部分：PP評(píng)估、ST評(píng)估和TOE評(píng)估。若某一類種信息安全技術(shù)或產(chǎn)品通過CC評(píng)估，則意味著同時(shí)通過了這3部分評(píng)估。三者之間的評(píng)估順序如圖1。 

    鑒于PP評(píng)估在CC認(rèn)證中的關(guān)鍵地位，要使智能卡產(chǎn)品順利通過EAL評(píng)估，就有必要對(duì)智能卡的安全保護(hù)輪廓PP進(jìn)行深入細(xì)致的研究。
PP作為高層指導(dǎo)性文件，主要介紹TOE的安全環(huán)境、安全目的、安全要求和基本原理。安全要求包括安全功能要求SFR(Security Functional Requirements)和安全保證要求SAR(Security Assurance Requirements)。安全原理指出安全環(huán)境、安全目的和安全功能之間的關(guān)系，如圖2所示。 

    1.2 PP分類 

    從不同的角度考慮，ＰＰ的分類不同：
    (1)CC標(biāo)準(zhǔn)中將評(píng)估級(jí)別分為7級(jí)，因此，PP可以按評(píng)估級(jí)別分為7類，即為EAL1級(jí)PP，EAL2級(jí)PP等。
    (2)由于ＰＰ是針對(duì)某一類TOE而定，因此PP就可以按TOE分類，如DBMS PP、防火墻PP、智能卡PP等。
    (3)從TOE的安全環(huán)境角度看，PP可分為高風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境(HRE)PP、中風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境(MRE)PP和低風(fēng)險(xiǎn)環(huán)境(LRE)PP。 

    2 智能卡評(píng)估介紹 

    2.1 智能卡概述 

    智能卡也稱為集成電路卡(Integrated Circuit Card)，即IC卡。智能卡的分類有多種，根據(jù)卡上集成電路的不同，可分為存儲(chǔ)器卡、邏輯加密卡和CPU卡3種，由于CPU卡上的集成電路包括有片內(nèi)操作系統(tǒng)COS(Card Operating System)，能存儲(chǔ)并處理數(shù)據(jù)，所以CPU卡才是真正的智能卡(如無特殊說明，本文所討論的智能卡均屬CPU卡)。 

    2.2 智能卡安全性評(píng)估意義 

    智能卡的安全性非常重要。智能卡安全性評(píng)估是依照國(guó)內(nèi)外行業(yè)相關(guān)安全技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)智能卡生命周期各階段的安全功能和安全保證進(jìn)行評(píng)估，以確認(rèn)該智能卡產(chǎn)品是否滿足相應(yīng)的安全要求。通過這一過程，可以促使生產(chǎn)者或開發(fā)商規(guī)范生產(chǎn)過程、節(jié)省人力物力資源，同時(shí)，也向用戶和社會(huì)提供一個(gè)衡量智能卡產(chǎn)品安全性的客觀標(biāo)準(zhǔn)。 

    2.3 智能卡安全要求 

    由于智能卡的功能和使用環(huán)境不同，所以對(duì)智能卡的評(píng)估需分級(jí)進(jìn)行。如對(duì)醫(yī)療卡、社?？ā⒔煌ǖ脑u(píng)估屬于低級(jí)別的，而對(duì)于電信卡、信用卡、現(xiàn)金卡等屬于高級(jí)別的評(píng)估活動(dòng)。目前國(guó)內(nèi)評(píng)估機(jī)構(gòu)——中國(guó)信息安全產(chǎn)品測(cè)評(píng)認(rèn)證中心，對(duì)電信行業(yè)的SIM卡、UIM卡、PIM卡以及智能卡芯片開展的分級(jí)評(píng)估為EAL4+級(jí)。 

    EAL4+級(jí)又稱為EAL4增強(qiáng)級(jí)，是在EAL4級(jí)的基礎(chǔ)上提升了TOE安全保證要求的深度、廣度和嚴(yán)格性。目前國(guó)際上開展的智能卡評(píng)估活動(dòng)的保證級(jí)多數(shù)是EAL4+，也有智能卡通過了相應(yīng)國(guó)家認(rèn)證機(jī)構(gòu)的EAL5+認(rèn)證。 

    3 EAL4+級(jí)智能卡PP 

    CC規(guī)定了每級(jí)應(yīng)具有的SFR，但沒有明確規(guī)定每級(jí)EAL應(yīng)包含哪些SFR，所以智能卡PP的主要任務(wù)是說明在預(yù)期的使用環(huán)境下的安全需求?？梢愿鶕?jù)智能卡安全使用環(huán)境來確定智能卡PP應(yīng)包括的安全目的和安全要求，從而設(shè)計(jì)切實(shí)可用的智能卡PP。 

    3.1 智能卡安全環(huán)境 

    智能卡在整個(gè)生命周期中存在的敏感資產(chǎn)有用戶的各種數(shù)據(jù)、系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)據(jù)、密鑰、軟件開發(fā)工具與技術(shù)等。智能卡務(wù)必要保護(hù)這些數(shù)據(jù)的私密性，所有可能危及到這類數(shù)據(jù)的行為或情況都要在保護(hù)輪廓中考慮到。智能卡PP需考慮的安全環(huán)境有3種。 

    3.1.1 假設(shè) 

    攻擊者的能力(A.Attack)：假設(shè)攻擊者有足夠的時(shí)間，并具備智能卡所需的技術(shù)知識(shí)，擁有電腦和相關(guān)設(shè)備，動(dòng)機(jī)可能有經(jīng)濟(jì)利益、政治利益或其他等。

    用戶權(quán)限(A.User)：假設(shè)用戶擁有訪問智能卡某些信息的權(quán)限。
    管理者能力(A.Admin)：假設(shè)管理或使用智能卡的人勝任工作。
    角色管理(A.Role_Man)：假設(shè)智能卡的開發(fā)者、發(fā)行者、管理者和使用者能被安全地管理。
    外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)(A.Data_Store)：假設(shè)能以安全的方式管理相關(guān)的外部數(shù)據(jù)。
    生命周期管理(A.Life_Man)：假設(shè)智能卡的生命周期的每個(gè)階段都被唯一標(biāo)識(shí)，這樣可以確保能通過標(biāo)識(shí)信息追溯到生命周期的各個(gè)階段。
    密鑰生成(A.Key_Gen)：假設(shè)智能卡應(yīng)用系統(tǒng)中生成的密鑰都是安全的。 

    3.1.2 威脅 

    智能卡面臨的威脅主要有針對(duì)應(yīng)用軟件的威脅和對(duì)使用環(huán)境的威脅。在應(yīng)用軟件的使用過程中，如用戶可能操作或引入錯(cuò)誤數(shù)據(jù)而使卡內(nèi)信息混亂，或攻擊者反復(fù)使用某些數(shù)據(jù)或操作，通過觀察卡的輸出結(jié)果而獲得卡的機(jī)密信息等威脅；在應(yīng)用軟件開發(fā)過程中，會(huì)面臨保密數(shù)據(jù)泄漏、軟件修改和開發(fā)工具失竊等威脅。 

    使用環(huán)境中由于不完善的控制程度或失竊造成密鑰泄漏，使得攻擊者在非法獲得密鑰后，就可以對(duì)卡內(nèi)的信息和功能進(jìn)行操作。管理者可能執(zhí)行暴露智能卡安全功能或數(shù)據(jù)的操作而將智能卡置于危險(xiǎn)境地。 

    3.1.3 組織安全策略 

    (1)數(shù)據(jù)訪問：智能卡內(nèi)的不同數(shù)據(jù)有不同的訪問者，同一數(shù)據(jù)不同訪問者有不同的權(quán)限。智能卡內(nèi)數(shù)據(jù)應(yīng)根據(jù)不同的使用者制定不同的訪問規(guī)則。
    (2)文件訪問：智能卡內(nèi)文件可能涉及不同的使用者，如系統(tǒng)集成商、智能卡發(fā)行者、用戶等，對(duì)于文件的具體操作，需要不同的訪問權(quán)限和規(guī)則。
    (3)標(biāo)識(shí)：智能卡內(nèi)各文件應(yīng)能唯一被標(biāo)識(shí)。
    (4)專業(yè)領(lǐng)域的信息技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)：智能卡及其COS和應(yīng)用軟件的設(shè)計(jì)都應(yīng)符合國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)、行業(yè)及組織的信息技術(shù)安全標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范。
    (5)密碼標(biāo)準(zhǔn)：智能卡中使用的密碼或數(shù)據(jù)鑒別都必須與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)或行業(yè)規(guī)范相符合。
    (6)配置管理：為了安全和便于管理，智能卡應(yīng)使用配置管理工具管理所有代碼。 

    3.2 智能卡安全目的 

    由于安全環(huán)境決定安全目的，所以智能卡PP中的安全目的應(yīng)適應(yīng)安全環(huán)境中的任何情況，具體見表1、表2和表3(限于篇幅，表3只列出了智能卡安全環(huán)境中部分威脅)，即每種安全環(huán)境都有一個(gè)安全目的與之對(duì)應(yīng)。表1～表3中各組件的詳細(xì)說明請(qǐng)見參考文獻(xiàn)[4]。 

    3.3 智能卡安全要求 
 
    智能卡安全要求是指針對(duì)安全環(huán)境而提出的要求。智能卡PP中安全要求組件也分為安全功能要求組件和安全保證要求組件。 

    3.3.1 安全功能要求組件 

    安全告警：當(dāng)檢測(cè)到潛在的安全侵害時(shí)，智能卡應(yīng)能采取相應(yīng)措施將危害降到最低。 

    審計(jì)并分析潛在侵害：智能卡應(yīng)能用一定的規(guī)則去監(jiān)控審計(jì)事件，并根據(jù)這些規(guī)則指示出對(duì)智能卡的潛在侵害，如用戶進(jìn)入系統(tǒng)時(shí)需要身份認(rèn)證或用戶簽名等，都是為了實(shí)現(xiàn)事后追查和安全審計(jì)。 

    密鑰的生成、訪問和運(yùn)算：智能卡密鑰生成所用的算法必須與國(guó)家法規(guī)和行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)相一致，密鑰訪問必須有嚴(yán)格的方法。 

    無過度損失的自動(dòng)恢復(fù)：當(dāng)不能從失敗或服務(wù)中斷自動(dòng)恢復(fù)時(shí)，智能卡安全功能應(yīng)進(jìn)入一個(gè)安全狀態(tài)，并確保數(shù)據(jù)或客體在無過度損失的情況下恢復(fù)到初始狀態(tài)。如當(dāng)用戶在向智能卡內(nèi)寫數(shù)
據(jù)時(shí)突然斷電，則智能卡應(yīng)能確保卡內(nèi)數(shù)據(jù)的安全，并在下次使用時(shí)功能正常。 

    3.3.2 安全保證要求組件 

    智能卡安全保證要求組件包括：部分配置管理自動(dòng)化組件、產(chǎn)生支持和接收程序組件、安全加強(qiáng)的高層設(shè)計(jì)組件、模塊化組件和描述性低層設(shè)計(jì)組件等。 

    3.4 智能卡安全原理 

    智能卡中的安全環(huán)境、安全目的和安全要求是相互關(guān)聯(lián)的[5]。表4給出一部分安全要求與安全目的、安全環(huán)境的對(duì)應(yīng)關(guān)系。 

    4 智能卡PP發(fā)展趨勢(shì) 

    (1)智能卡PP開發(fā)流程化。PP的開發(fā)涉及多方面內(nèi)容，工作量極大。如果能夠通過有效方法使開發(fā)過程趨于流程化，則不僅會(huì)使開發(fā)時(shí)間大大縮短，而且開發(fā)產(chǎn)品PP將更令人滿足。 

    (2)智能卡安全環(huán)境規(guī)范化。從之前的描述中可知，智能卡的安全環(huán)境是PP開發(fā)及評(píng)估的基礎(chǔ)和前提，并且智能卡的安全環(huán)境具有相似性。因此，安全環(huán)境的規(guī)范化將會(huì)使智能卡PP的開發(fā)更標(biāo)準(zhǔn)、高效。 

    (3)HRE PP的研究開發(fā)。目前國(guó)內(nèi)對(duì)智能卡開展的安全性評(píng)估大多是在EAL4+，屬于中風(fēng)險(xiǎn)PP。隨著智能卡的普及，人們對(duì)智能卡的安全期望值會(huì)更高，屆時(shí)，必將需要更高風(fēng)險(xiǎn)的PP以適應(yīng)技術(shù)發(fā)展的需要。 

    優(yōu)質(zhì)的智能卡PP對(duì)安全性評(píng)估有著重要的意義和作用，本文通過對(duì)智能卡安全性評(píng)估保護(hù)輪廓PP的研究及PP的發(fā)展展望，希望對(duì)下一步智能卡PP的開發(fā)有所幫助。同時(shí)也希望有助于其他的信息安全產(chǎn)品或技術(shù)PP的開發(fā)。