智能卡互聯(lián)互通中的密鑰關(guān)系

文章出處：http://www.fang1.net 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年09月25日

    引子

    智能卡的互聯(lián)互通是一個(gè)老話題了，最近因?yàn)榕e辦了城市一卡通全國互聯(lián)互通的會(huì)議而再次被媒體廣泛提起。對(duì)于一卡通是否有必要實(shí)現(xiàn)全國互聯(lián)互通，能否真正實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通以及該以什么樣的方式來互聯(lián)互通，在此不作評(píng)論。僅就互聯(lián)互通涉及到的一些密鑰方面的內(nèi)容進(jìn)行一個(gè)簡單的概括。

    智能卡的關(guān)鍵功能就是利用其具備的數(shù)據(jù)加解密和數(shù)據(jù)的安全存儲(chǔ)能力，來實(shí)現(xiàn)卡片和終端（后臺(tái)）之間的身份認(rèn)證，并建立一個(gè)安全的通道，便于數(shù)據(jù)交互，以完成各種應(yīng)用所定義的交易流程。

    另外，所謂的互聯(lián)互通多指脫機(jī)交易，可以是跨地區(qū)的互聯(lián)互通，也可以是跨行業(yè)的互聯(lián)互通。對(duì)于聯(lián)機(jī)交易原則上任何時(shí)候都可以通過網(wǎng)絡(luò)連接到發(fā)卡主體的后臺(tái)，不受地域影響，也就不存在互聯(lián)互通的問題。

    對(duì)稱密鑰及其分散

    對(duì)于對(duì)稱密鑰來說，加密和解密的密鑰是相同的。也就是說要想操作智能卡，利用智能卡實(shí)現(xiàn)某些交易，那么外界的終端或者后臺(tái)必須清楚地知道智能卡里面存儲(chǔ)的密鑰是什么。當(dāng)然最簡單的方式就是大家都使用相同的密鑰，每張卡片、每個(gè)終端、每個(gè)后臺(tái)都用這個(gè)密鑰，各種交易就能夠順利完成。問題是這樣做存在風(fēng)險(xiǎn)，只要任何一張卡片的密鑰被破解整個(gè)系統(tǒng)就垮掉了。于是有了“一卡一密”的概念，也就是每張卡片的密鑰各不相同，這樣的話為了保證正常交易，后臺(tái)或者終端就必須把所有卡片的密鑰都存儲(chǔ)在自己的數(shù)據(jù)庫中。對(duì)于實(shí)際系統(tǒng)而言，這既不現(xiàn)實(shí)也不安全，所以需要進(jìn)行密鑰分散。

    密鑰分散的原則就是首先要生成一個(gè)主密鑰，每張卡片的密鑰都是利用卡片自身的唯一信息（比如卡號(hào)或者卡號(hào)再加上地區(qū)行業(yè)的編碼等）和主密鑰進(jìn)行運(yùn)算，最后生成新的密鑰，這個(gè)新密鑰有兩個(gè)特點(diǎn)：1）每張卡片的密鑰各不相同，確保一卡一密；2）和卡片的唯一信息具有相關(guān)性，換句話說可以通過卡片的唯一信息結(jié)合主密鑰推導(dǎo)出卡片里存儲(chǔ)的密鑰。這樣只要終端或者后臺(tái)知道這個(gè)主密鑰，就能夠通過卡片的唯一信息推導(dǎo)出每張卡片的密鑰了，在脫機(jī)交易終端中這個(gè)主密鑰通過SAM卡來保存，在后臺(tái)也可以通過加密機(jī)來保存。

    實(shí)際上如果全國各地的終端和后臺(tái)系統(tǒng)都存儲(chǔ)這個(gè)主密鑰，而全國各地發(fā)行的卡片都是依據(jù)這個(gè)主密鑰進(jìn)行分散的，那么自然就是全國互聯(lián)互通了。當(dāng)然其中還涉及到后臺(tái)的結(jié)算處理密鑰的多級(jí)分散等，實(shí)際情況會(huì)復(fù)雜得多，但是如果單純從對(duì)稱密鑰角度看，互聯(lián)互通不過如此。

    非對(duì)稱密鑰的互聯(lián)互通

    上面提到的對(duì)稱密鑰體系中整個(gè)系統(tǒng)的安全全都寄托在主密鑰上，所以對(duì)于SAM卡的發(fā)行和管理也必須有嚴(yán)格的流程來控制。

    非對(duì)稱密鑰算法中加密和解密使用的是不同的密鑰，其中一個(gè)可以公開稱作公鑰，另一個(gè)必須保密稱作私鑰。這種非對(duì)稱密鑰算法的特點(diǎn)就是：1）公鑰和私鑰是嚴(yán)格配對(duì)出現(xiàn)的，不同的公鑰一定對(duì)應(yīng)著不同的私鑰，反之亦然。并且不能根據(jù)公鑰推導(dǎo)出私鑰；2）所有知道公鑰的人都可以對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，但是加密后的信息只有擁有私鑰的人才能解密；3）所有用公鑰能夠正確解密的信息，一定是來自私鑰的擁有者，具有抗抵賴屬性，私鑰加密后的信息等同于私鑰擁有者的簽名（所以把私鑰的加密過程也叫做“簽名”，把公鑰的解密過程也叫做“驗(yàn)簽”）。

    如果智能卡采用的是非對(duì)稱密鑰體系，卡片、終端、后臺(tái)不需要一個(gè)統(tǒng)一的主密鑰來推導(dǎo)每張卡片的密鑰，每張卡片可以有自己的公私鑰對(duì)，并且把各自的公鑰數(shù)據(jù)公開給參與交易的各方即可完成正常的交易流程。為了保證交易的順利進(jìn)行，必須確保參與交易過程的各方所出示的公鑰是真實(shí)有效的。于是需要一個(gè)權(quán)威機(jī)構(gòu)（CA）來負(fù)責(zé)給這些參與方的公鑰出具“蓋章”的證明，也就是生成一個(gè)經(jīng)過簽名的公鑰證書。這個(gè)簽名是由權(quán)威機(jī)構(gòu)的私鑰來完成的，大家通過它的公鑰能夠驗(yàn)證簽名的真?zhèn)?，從而也?yàn)證了這些被簽名的公鑰的真?zhèn)?，于是就能夠保證后續(xù)身份認(rèn)證的順利進(jìn)行。前提是大家都信任這個(gè)權(quán)威機(jī)構(gòu)，對(duì)權(quán)威機(jī)構(gòu)公鑰的真實(shí)性不存異議。

    那么要實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通，只要卡片、終端、后臺(tái)分別存儲(chǔ)權(quán)威機(jī)構(gòu)的公鑰以及各自的公鑰證書（對(duì)應(yīng)的私鑰是各自秘密存儲(chǔ)的），并且各自的公鑰證書必須經(jīng)過權(quán)威機(jī)構(gòu)的私鑰來簽名。在進(jìn)行敏感信息交互之前，先讀出彼此的公鑰證書，并驗(yàn)證簽名，然后就可以建立起彼此可信的安全數(shù)據(jù)通道，完成相關(guān)交易流程。雖然實(shí)際情況并沒有這么簡單，但是基本原理就是這些。

    后記

    簡而言之，對(duì)于目前的城市一卡通或者社保卡而言，如果各個(gè)城市都是根據(jù)全國統(tǒng)一的密鑰進(jìn)行的SAM卡發(fā)行和用戶卡密鑰分散的，毫無疑問可以直接實(shí)現(xiàn)互聯(lián)互通。如果A、B兩個(gè)城市各自根據(jù)自己自定義的主密鑰來發(fā)行SAM卡和分散用戶卡密鑰，要想實(shí)現(xiàn)二者的互聯(lián)互通則需要它們?cè)诟髯缘慕K端里安裝對(duì)方的SAM卡。