IC卡知识  
CPU卡知识
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接触式IC卡知识
CPU 基础知识
一、为什么用 CPU 卡
  IC 卡从接口方式上分,可以分为接触式 IC 卡、非接触式 IC 卡及复合卡。从器件技术上分,可分为非加密存储卡、加密存储卡及 CPU 卡。非加密卡没有安全性,可以任意改写卡内的数据,加密存储卡在普通存储卡的基础上加了逻辑加密电路,成了加密存储卡。逻辑加密存储卡由于采用密码控制逻辑来控制对 EEPROM 的访问和改写,在使用之前需要校验密码才可以进行写操作,所以对于芯片本身来说是安全的,但在应用上是不安全的。它有如下不安全性因素:
1 、密码在线路上是明文传输的,易被截取;
2 、对于系统商来说,密码及加密算法都是透明的。
3 、逻辑加密卡是无法认证应用是否合法的。例如,假设有人伪造了 ATM ,你无法知道它的合法性,当您插入信用卡,输入 PIN 的时候,信用卡的密码就被截获了。再如 INTENET 网上购物,如果用逻辑加密卡,购物者同样无法确定网上商店的合法性。
正是由于逻辑加密卡使用上的不安全因素,促进了 CPU 卡的发展。 CPU 卡可以做到对人、对卡、对系统的三方的合法性认证。
二、 CPU 卡的三种认证
CPU 卡具有三种认证方法:
持卡者合法性认证 ——PIN 校验
卡合法性认证 —— 内部认证
系统合法性认证 —— 外部认证
持卡者合法性认证:
通过持卡人输入个人口令来进行验证的过程。
系统合法性认证(外部认证)过程:
系统 卡,
送随机数 X
[ 用指定算法、密钥 ] 对随机数加密

[ 用指定算法、密钥 ] 解密 Y ,得结果 Z
比较 X , Z ,如果相同则表示系统是合法的;
卡的合法性认证(内部认证)过程:
系统 卡
送随机数 X

用指定算法、密钥 ] 对随机数加密

[ 用指定算法、密钥 ] 解密 Y ,得结果 Z

比较 X , Z ,如果相同则表示卡是合法的;

在以上认证过程中,密钥是不在线路上以明文出现的,它每次的送出都是经过随机数加密的,而且因为有随机数的参加,确保每次传输的内容不同。如果截获了没有任何意义。这不单单是密码对密码的认证,是方法认证方法,就象早期在军队中使用的密码电报,发送方将报文按一定的方法加密成密文发送出

去,然后接收方收到后又按一定的方法将密文解密。
通过这种认证方式,线路上就没有了攻击点,同时卡也可以验证应用的合法性;
但是因为系统方用于认证的密钥及算法是在应用程序中,还是不能去除系统商的攻击性。

在此,我们引进了 SAM 卡 的概念。
SAM 卡是一种具有特殊性能的 CPU 卡,用于存放密钥和加密算法,可完成交易中的相互认证、密码验证和加密、解密运算,一般用作身份标志。
由于 SAM 卡的出现,我们有了一种更完整的系统解决方案。
在发卡时,我们将主密钥存入 SAM 卡中,然后由 SAM 卡中的主密钥,对用户卡的特征字节(如:应用序列号)加密生成子密钥,将子密钥注入用户卡中。由于应用序列号的唯一性,使每张用户卡内的子密钥都不同。
密钥一旦注入卡中,则不会在卡外出现。在使用时,由 SAM 卡的主密钥生成子密钥存放在 RAM 区中,用于加密、解密数据。
上述的认证过程就成为如下形式:

系统合法性认证(外部认证)过程:

SAM 卡 系统 卡
送随机数 XSAM 卡生成子密钥对随机数加密
解密 Y ,得结果 Z
比较 X , Z ,如果相同则表示系统是合法的;
卡的合法性认证(内部认证)过程:
SAM 卡 系统 卡
送随机数 X
用指定算法、密钥 ] 对随机数加密
SAM 卡解密 Y ,得结果 Z
比较 X , Z ,如果相同则表示卡是合法的;

这样在应用程序中的密钥,就转移到了 SAM 卡中,认证成为卡 —— 卡的认证,系统商不再存在责任。

三、 线路保护
  卡与外界进行数据传输时,若以明文方式传输,数据易被载获和分析。同时,也可以对传输的数据进行窜改,要解决这个问题, CPU 卡提供了线路保护功能。
线路保护分为两种,一是将传输的数据进行 DES 加密,以密文形式传输,以防 止截获分析。二是对传输的数据附加 MAC (安全报文鉴别码),接收方收到后首先进行校验,校验正确后才予以接收,以保证数据的真实性与完整性。

四、 硬件结构图

  EEPROM 用于存放用户数据; ROM 中用于存放 COS 操作系统,而 RAM 区中用于存放 COS 运行时的中间变量。
COS ( chip operation system ) , 就是芯片操作系统,类似于 DOS 和 WINDWOS ,没有 COS 的 CPU 卡就象没有 DOS 和 WINDOWS 的 PC 机一样无法使用。
COS 是在芯片出厂时由芯片供应商固化到 ROM 区的,这个过程就称之为掩膜。
COS 是 CPU 卡的核心部分,它和硬件一起实现 CPU 卡的安全性。

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