智能卡安全機制比較系列（二）DS SmartCard

文章出處：http://www.xianjuhong.com 作者：佚名 人氣： 發(fā)表時間：2012年02月26日

    DS Smart Card是飛利浦公司自己開發(fā)的一款CPU卡產(chǎn)品，在早期芯片廠商開發(fā)自己的COS并進(jìn)行推廣很普遍，現(xiàn)在像英飛凌（前西門子半導(dǎo)體）以及恩智普（前飛利浦半導(dǎo)體）幾乎很少推廣自己的COS，大多時候都是在集中精力推廣自己的芯片。

    飛利浦的DS系列智能卡COS結(jié)合了ISO7816和ETSI的規(guī)范（也就是SIM卡規(guī)范），在安全機制上采取了和SIM卡類似的密碼驗證方式，即主要通過密碼比對的方式獲取對文件的訪問控制權(quán)限。

    DS CPU卡一共定義了三種基本的訪問權(quán)限，分別是發(fā)卡商權(quán)限（0到3）共享權(quán)限（0和1），持卡人權(quán)限（0和1）。這些訪問權(quán)限通過密碼單元中對應(yīng)的訪問權(quán)限區(qū)域來定義，對應(yīng)的密碼分別是發(fā)卡商密碼和持卡人密碼，而共享權(quán)限可以利用發(fā)卡商密碼或者持卡人密碼來獲得。在正確驗證密碼后根據(jù)訪問權(quán)限區(qū)域設(shè)定的數(shù)據(jù)位就可以獲得其中的一種或幾種權(quán)限。一旦獲得了某種權(quán)限，那么這種權(quán)限就一直保留，直到到卡片斷電，或者是對同一個密碼又進(jìn)行了錯誤的認(rèn)證后才會消失。每次正確的密碼認(rèn)證所獲得的權(quán)限是累加的關(guān)系。

    在可以設(shè)定的權(quán)限中共有16種狀態(tài)，其中0表示始終滿足，即不需要認(rèn)證，而15表示永遠(yuǎn)都不滿足，即拒絕任何訪問。其余的14種狀態(tài)可以分別對應(yīng)不同的密碼或者密碼組合來實現(xiàn)訪問控制。每個密碼還設(shè)計了對應(yīng)的解鎖密碼，當(dāng)連續(xù)錯誤驗證密碼超過規(guī)定的次數(shù)后，該密碼將被鎖定，只有通過核對解鎖密碼才能解開。下表是訪問控制權(quán)限組合：

    總體上看DS的CPU卡COS主要是依據(jù)SIM卡的規(guī)范而設(shè)計的安全機制，而其中的文件管理和操作也符合SIM卡的標(biāo)準(zhǔn)，比如對于文件的訪問除了一般的讀寫之外，還有對文件的禁用和啟用，在文件被禁用后不能更改，根據(jù)文件建立時規(guī)定的禁用可讀與否來決定文件禁用后是否可讀。

    DS卡只支持一種EF文件類型，那就是透明二進(jìn)制文件。

    DS卡還有一種據(jù)稱申請專利的認(rèn)證技術(shù)，采用DES的算法來認(rèn)證卡片上存儲的數(shù)據(jù)，借以判斷終端明確知道的某個地址的卡片內(nèi)容對不對，這種認(rèn)證方式類似于7816規(guī)定的內(nèi)部認(rèn)證，但是機制上又有自己的定義，所以也比較有意思。在目前廣泛應(yīng)用的CPU卡中幾乎沒有人再使用這種機制了。

    這種認(rèn)證機制可以核對更改后的數(shù)據(jù)是否正確、實現(xiàn)文件內(nèi)容的密文讀出、實現(xiàn)帶有隨機數(shù)的內(nèi)部認(rèn)證。實際上終端應(yīng)該能夠確切地知道卡片中某個位置存儲的4個字節(jié)數(shù)據(jù)，在認(rèn)證中并不是采用簡單的密碼比較方式，而是采用隨機數(shù)和認(rèn)證響應(yīng)的方式進(jìn)行計算和比較。

    認(rèn)證是依靠當(dāng)前的EF文件來進(jìn)行的，在認(rèn)證進(jìn)行之前，對于文件的讀權(quán)限必須滿足。通過兩步來完成認(rèn)證，第一步是生成臨時密鑰，第二步是使用第一步得到的臨時密鑰計算認(rèn)證數(shù)據(jù)。首先終端發(fā)送8字節(jié)的隨機數(shù)據(jù)給卡片，卡片把前兩字節(jié)用當(dāng)前文件的標(biāo)識給替換掉，使用該數(shù)據(jù)通過認(rèn)證密鑰Kc進(jìn)行DES解密運算來得到臨時密鑰。如果重新進(jìn)行了正確的文件選擇，那么原來計算得到的臨時密鑰就會被破壞。然后利用臨時密鑰對文件中某個地址的4個字節(jié)數(shù)據(jù)及其對應(yīng)的兩個字節(jié)的地址進(jìn)行DES解密運算，出于冗余和8字節(jié)DES計算的需要，兩個字節(jié)的數(shù)據(jù)被重復(fù)，即8字節(jié)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)為：數(shù)據(jù)（4字節(jié)）+地址（2字節(jié)）+地址（2字節(jié)）。經(jīng)過計算得到的8字節(jié)認(rèn)證數(shù)據(jù)傳送給終端，終端可以比對計算的結(jié)果是否正確，來確定認(rèn)證是否成功。