基于智能IC卡的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全保密系統(tǒng)

文章出處：http://www.xianjuhong.com 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2012年03月04日

    一、 系統(tǒng)組成

    智能IC卡是一種內(nèi)部具有存儲和處理能力的集成電路卡?？ㄔ陧憫?yīng)外部激勵時其本身能修改或建立數(shù)據(jù)。它由微處理器(MCU)、只讀存儲器(ROM)、隨機存儲器 (RAM)、電可擦除可編程存儲器(EEPROM)、保密邏輯及輸入輸出單元組成。

    智能IC卡實際上就是一個具有很高安全特性的單片機，它的操作系統(tǒng)稱為COS，其主要功能是：

    1、用戶信息管理： 在EEPROM里管理和處理用戶指定的文件。對文件系統(tǒng)的管理包括創(chuàng)建文件、選擇文件、寫文件、讀文件和修改文件等
    2、數(shù)據(jù)安全保護： 對文件系統(tǒng)中文件的讀、寫，都受預(yù)先定義的訪問屬性的保護。未經(jīng)授權(quán)的文件讀寫操作不能進行。對文件的安全保護措施包括系統(tǒng)認證、PIN認證以及數(shù)據(jù)加密和解密。
    3、卡和讀卡器之間的通信管理： 卡的接收/發(fā)送給讀卡器的信息具備了安全的防盜和防破壞能力。

    智能IC卡網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全保密系統(tǒng)是一個集智能IC卡技術(shù)、數(shù)據(jù)加密技術(shù)、數(shù)字簽名技術(shù)以及計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)于一體的集成化系統(tǒng)。它充分利用了智能IC卡的安全特性，設(shè)計了多種安全保護措施，能夠?qū)?yīng)用系統(tǒng)中的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進行最嚴(yán)密的保護。

    智能IC卡網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全保密系統(tǒng)由計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫(應(yīng)用系統(tǒng))、讀卡器、密鑰卡、操作卡和卡操作接口組成。

    1、 計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫

    計算機網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)庫是整個系統(tǒng)保護的對象。網(wǎng)絡(luò)采用C/S結(jié)構(gòu)。特殊數(shù)據(jù)庫存放在網(wǎng)絡(luò)中心的數(shù)據(jù)庫服務(wù)器里，分布在各個地方的工作站可以向服務(wù)器請求數(shù)據(jù)查詢、統(tǒng)計、更改和處理等服務(wù)。而在請求服務(wù)的同時，操作人員必須使用存有個人信息、訪問權(quán)限的智能IC卡(定義為操作卡)，服務(wù)器端經(jīng)過對操作員的安全認證后，才能提供相應(yīng)的服務(wù)。

    2、 讀卡器

    智能IC卡讀卡器是對IC卡進行讀寫操作的設(shè)備，它的基本功能是完成對卡的讀寫操作和進行數(shù)據(jù)處理。它可以是獨立的設(shè)備，通過接口與計算機連接，也可以作為一個部件，嵌入到計算機系統(tǒng)中。它可以獨立實現(xiàn)讀寫、顯示、數(shù)據(jù)處理等功能，也可以與計算機或其它系統(tǒng)聯(lián)合完成對卡的操作。把讀卡器操作指令加載于應(yīng)用系統(tǒng)程序中，即可實現(xiàn)主計算機對讀卡器以及IC卡進行操作控制。

    本系統(tǒng)設(shè)計的讀卡器，其安全管理模塊由可插拔的智能IC卡實現(xiàn)。這個卡定義為密鑰卡，因為密鑰卡中存儲著系統(tǒng)的密鑰。這樣設(shè)計的特點是：讀卡器的安全功能由密鑰卡實現(xiàn)；保護密鑰卡而達到保護讀卡器的目的；只有在插入密鑰卡的情況下，讀卡器才能工作。
讀卡器的其它組成部件包括卡座、通信接口、顯示單元和按鍵及控制裝置等。完成的任務(wù)主要有卡的認證、讀寫、信息處理存儲、控制及通信等。

    3、 密鑰卡

    密鑰卡是本系統(tǒng)中安插在讀卡器中的一個安全組件。它的第一個作用是對讀卡器進行保護，是讀卡器上的一個組成部分，讀卡器上如果不插密鑰卡，就不可能對卡進行操作；第二個作用是對操作卡進行合法性認證；第三個作用是記錄操作卡的操作使用信息。

    密鑰卡內(nèi)的公有文件包括：

    STCF(安全測試控制文件) 描述本系統(tǒng)操作的安全保護文件。
    ATR(復(fù)位應(yīng)答文件) 對卡與外界通信進行描述，并指出卡的類型
    SKF(密鑰文件) 存放密鑰文件
    RSK(隨機數(shù)文件) 存放隨機數(shù)種子文件

    4、 操作卡

    操作卡保存有多種有關(guān)持卡人的基本信息?？▋?nèi)除了設(shè)有與密鑰卡公有文件相同的文件外，還設(shè)有以下幾個文件：

    基本信息文件 存儲持卡人的基本信息。在發(fā)卡時，將持卡人信息記錄在卡內(nèi)。這些信息包括姓名、工作單位、卡號、卡編號、有效期限、操作權(quán)限和口令等。
    操作記錄文件：記錄卡的使用操作情況。
    權(quán)限控制文件：保存持卡人對數(shù)據(jù)或程序的操作權(quán)限。操作權(quán)限包括中心通卡、分中心通卡和站點卡
    安全控制文件：保存卡的安全數(shù)據(jù)和定義卡的安全屬性

    5、 應(yīng)用程序接口

    本系統(tǒng)通過提供有限的卡操作命令實現(xiàn)與被保護的應(yīng)用系統(tǒng)的連。這些命令包括選擇文件、讀卡、寫卡、更改記錄、更改口令和加密/解密等。

    二、 系統(tǒng)的安全機制

    1、 智能IC卡的安全特性

    智能IC卡具有最嚴(yán)密的安全保密措施。它的安全性體現(xiàn)在從生產(chǎn)到銷毀卡的整個生命周期中。
    生產(chǎn)中的安全性：卡芯片是在非常嚴(yán)密的環(huán)境中生產(chǎn)的，生產(chǎn)中確保不會泄漏有關(guān)卡芯片的技術(shù)和工藝等資料。
    傳輸中的安全性：卡從生產(chǎn)廠運輸?shù)戒N售商或開發(fā)商，最后到用戶，整個運輸過程中都用卡的傳輸密鑰進行保護?？ㄔ诖娣牌陂g也使用同樣的保護措施。
    發(fā)行中的安全性：卡發(fā)行時寫入發(fā)行者的密鑰、特性描述以及持卡人的基本信息和個人認證碼(PIN)
    使用中的安全性：卡在使用的過程中要進行內(nèi)部認證和外部認證，確?？ê妥x卡器都是合法的；還要進行PIN認證，以確保持卡人的合法性。
    銷毀中的安全性：智能IC卡可以多次發(fā)行使用，如果確定某張卡不再使用，要在安全的環(huán)境中將其銷毀，以免外流被非法使用。

    2、 系統(tǒng)的安全保護

    系統(tǒng)認證：當(dāng)應(yīng)用系統(tǒng)啟動時，系統(tǒng)向讀卡器發(fā)出復(fù)位操作指令，通過讀卡器對密鑰卡上電，密鑰卡以ART(answer to reset)的方式返回10個字節(jié)數(shù)字。這些字節(jié)是在密鑰卡初始化時生成的，其中有3位標(biāo)志位，依據(jù)密鑰卡的類型寫入不同的字母，系統(tǒng)會根據(jù)所接收的數(shù)據(jù)進行判斷，確定密鑰卡是否插在正確的位置并且是合法的。插入操作卡后，讀卡器對它的操作主要由密鑰卡進行。這個過程中，密鑰卡首先判斷有無操作卡插入，然后判斷操作卡的標(biāo)志位是否正確，最后判斷操作卡的類型是否正確。系統(tǒng)認證確保所使用的操作卡和密鑰卡是合法的，而且使用正確。

    C/R認證：C/R認證是讀卡器對操作卡的認證。當(dāng)確認已經(jīng)把操作卡正確地插入讀卡器后，進行C/R認證。它是檢查卡的合法性的一個過程。系統(tǒng)首先向密鑰卡發(fā)出獲得隨機數(shù)命令，向它獲取隨機數(shù)，同時這些隨機數(shù)在密鑰卡中使用DES算法進行加密。系統(tǒng)得到隨機數(shù)后，將它送到操作卡中加密，也使用DES算法，然后系統(tǒng)再將加密后的隨機數(shù)送回密鑰卡中與密鑰卡中加密的隨機數(shù)進行比較，如果兩者相同，證明操作卡合法，密鑰卡與用戶卡匹配。反之，說明操作卡不合法。C/R認證能夠進一步確保操作卡的合法性，拒絕非法操作卡的入侵，保證了系統(tǒng)的安全性。

    PIN認證：C/R認證通過后，對操作卡的合法性沒有懷疑。下一步進行PIN認證，首先持卡人從讀卡器輸入口令，然后由卡判別輸入的口令是否和本身注冊時的口令一致。如果一致，說明卡的使用者是合法的持卡人；否則，判定持卡人非法，拒絕對卡進一步的操作，同時給出提示，鎖定應(yīng)用系統(tǒng)，使操作者無法對應(yīng)用系統(tǒng)進行操作，從而保護了應(yīng)用系統(tǒng)的安全。
操作卡和密鑰卡都需要通過PIN認證。每次開機時，使用密鑰卡進行管理員PIN認證；每次操作時，使用操作卡只進行操作員PIN認證。

    數(shù)據(jù)加密：由于所要保護的應(yīng)用系統(tǒng)的數(shù)據(jù)都具有安全保密的要求，特別是在網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)時，如果不對數(shù)據(jù)進行加密，容易被第三方截獲，會造成數(shù)據(jù)泄密或者非法篡改。所以在網(wǎng)絡(luò)上傳輸?shù)臄?shù)據(jù)必須經(jīng)過加密處理。本系統(tǒng)中使用的加密算法是DES。密鑰分別保存在與每個站點以及服務(wù)器相連的讀卡器密鑰卡文件里。

    支持數(shù)字簽名技術(shù)：本系統(tǒng)支持數(shù)字簽名技術(shù)。由于數(shù)字簽名有不可偽造和不可否認的特性，因此在應(yīng)用系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)傳輸時，可以使用數(shù)字簽名技術(shù)進行數(shù)據(jù)傳遞，在很大程度上提高系統(tǒng)的安全性和抗攻擊能力。數(shù)字簽名技術(shù)使用RSA算法。本系統(tǒng)在操作卡上設(shè)有密鑰文件，保存持卡人的私鑰、服務(wù)器端的公鑰，在服務(wù)器上建立存放操作員公鑰的數(shù)據(jù)庫，用于實現(xiàn)數(shù)字簽名。