利用新型CPU智能卡提高電子商務支付安全性

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    一、 概述
　　
　　Internet是電子商務的重要通信網(wǎng)絡基礎(chǔ)，其通信核心是基于TCP/IP協(xié)議簇等公開通信協(xié)議，具有充分開放、管理分散和不設防三大特點，這對電子商務的安全交易提出了很高的要求。在實際交易中，主要涉及到三方：銀行或金融機構(gòu)、商家、客戶。在電子商務安全建設中，CA、銀行、商家的由于比較集中，對其交易系統(tǒng)采用專業(yè)的安全防范設施，如安全網(wǎng)關(guān)、防火墻、內(nèi)部專網(wǎng)結(jié)算等。

　　而廣泛分布的用戶私鑰和數(shù)字證書的存放方式上,大多以文件的形式保存于計算機軟盤、硬盤等媒介中，存在著容易丟失、被計算機病毒破壞，被黑客非法竊取等安全隱患，也不適合用戶移動交易的需求。在這種情況下，利用新型智能CPU卡自身具有的存儲量大、可進行復雜計算、有加密算法等眾多優(yōu)點，可為電子商務中的密鑰安全存儲及應用提供了全新的解決方案，實現(xiàn)安全存儲用戶資料，多種應用業(yè)務有機集成，攜帶方便，以及快速實現(xiàn)簽名、認證功能、安全移動交易等?！　?br />  
　　二、新型CPU智能卡結(jié)構(gòu)
　　
　　隨著微電子技術(shù)和計算機技術(shù)的發(fā)展，IC卡（Integrated circuit card）內(nèi)部集成路芯片不斷演進，產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，從早期只有寫入數(shù)據(jù)、存儲數(shù)據(jù)的能力，發(fā)展到具有自行運算處理能力的新型CPU智能卡,該卡不僅在封裝形式一改以往塑基卡，向SIM卡、USB接口等方式過渡，還在讀寫方式上采用自動識別模式發(fā)展,包括接觸式、非接觸式兩種方式。在通信方式上，符合相應的國標，如《中國金融集成電路（IC）卡規(guī)范》，接觸界面支持T=0（字符傳送）和T=1（塊傳送）通訊協(xié)議，支持PPS協(xié)議，可以進行多種速率選擇。其內(nèi)部主要由中央處理器CPU、受到密鑰的保護的數(shù)據(jù)存儲器EEPROM、隨機存儲器RAM以及片內(nèi)操作系統(tǒng)COS(Chip Operating System)構(gòu)成。在智能IC卡的內(nèi)部結(jié)構(gòu)初始化時，利用卡的安全特性，使得在卡內(nèi)信息有條件地供外部讀取，在片內(nèi)的運算高效，內(nèi)部信息處理、判定安全，有效地保障了信息傳輸?shù)谋Ｃ苄?、?shù)據(jù)交換的完整性、發(fā)送信息的不可否認性，以及交易者身份的確定性，為實現(xiàn)安全交易打下良好的應用基礎(chǔ)。
　　
　　1.CPU的構(gòu)成及功能設計

　　作為應用的硬件平臺，目前推出的智能CPU卡均可符合中國金融集成電路規(guī)范（PBOC），針對非接觸/接觸等工作模式，及方便在帶USB口的信息終端上進行使用，在CPU構(gòu)成上，需要采用低功耗的處理器芯片，例如韓國三星的KS88C92008微處理器，其內(nèi)部采用8位CMOS低功率8位CMOS低功率CUP（SAM87RC），并集成24K Bytes ROM，用于固化存放微型操作系統(tǒng)COS(Chip Operating System)，512 Bytes RAM作為內(nèi)存，緩存計算過程數(shù)據(jù)，以及8K Bytes EEPROM用于存放用戶數(shù)據(jù)，同樣可參考的有ATMEL AT89SC系列、SLE66CX160S等。在硬件設計時，應兼顧電磁兼容設計，綜合應用集成電路芯片的物理安全技術(shù)、卡片制造的安全技術(shù)，做好硬件線路加密，線路保密等功能。
　　
　　2.片內(nèi)微控操作系統(tǒng)（COS）的適應性應用裁剪設計

　　一般來說，片內(nèi)操作系統(tǒng)（COS）按功能主要分為五個模塊：輸入/輸出模塊、內(nèi)存管理模塊、命令解釋模塊、安全管理模塊、文件管理模塊。操作系統(tǒng)根據(jù)電子商務活動中所涉及的各種證書文件、密鑰文件、安全加密算法程序等需要，能夠支持二進制文件、定/變長記錄文件、循環(huán)文件、錢包文件，采用多級目錄結(jié)構(gòu)有序管理文件，在特定的目錄結(jié)構(gòu)下，建立電子錢包、電子存折應用，負責高效地調(diào)用數(shù)字簽名算法，下載用戶特有的安全加密算法。同時，該系統(tǒng)作為一個開發(fā)平臺，為核心算法及規(guī)程等應用程序等開發(fā)提供二次開發(fā)接口。
　　
　　3.卡內(nèi)存儲器的有效劃分

　　根據(jù)電子商務應實際應用共性，我們可在智能CPU卡存儲器內(nèi)建立的如下的通用文件目錄結(jié)構(gòu)，如圖1所表示。

　　卡片根目錄下密鑰文件中的卡片主控傳輸密鑰控制整個卡片存儲結(jié)構(gòu)的建立。目錄索引文件以變長記錄方式存放各應用的標識信息，持卡人信息文件保存用戶在申請證書時向網(wǎng)銀中心提交的個人或單位信息。

　　金融機構(gòu)/銀行應用目錄提供持卡人網(wǎng)上交易所需服務，其下密鑰文件中包括三項，其功能分別是:(1)應用主控密鑰用于管理該目錄下持卡人帳戶信息文件、私鑰文件、證書文件的更改權(quán)限;(2)持卡人口令文件則保證持卡人對私鑰的獨占使用，及控制證書文件的讀出權(quán)限;(3)口令解鎖密鑰由網(wǎng)銀中心控制，負責對合法持卡者口令鎖死的卡片進行口令解鎖及更新口令。

　　私鑰文件保存提供卡內(nèi)簽字、解密的持卡人私鑰，其更改權(quán)受該目錄下應用主控密鑰限制，使用權(quán)受持卡人口令保護。

　　數(shù)字證書文件保存CA簽發(fā)的持卡人證書，是一段包含用戶身份信息、用戶公鑰信息以及身份驗證機構(gòu)數(shù)字簽名的數(shù)據(jù)，必要時傳交易對方驗證，證書格式及內(nèi)容遵循X.509標準，其格式如圖2所示。其更改權(quán)受該目錄下應用主控密鑰限制，讀出權(quán)限受持卡人口令保護；CA根證書文件保存CA根證書，必要時讀出，用于驗證商家、銀行服務器的合法身份；

　　擴展應用目錄，建議集成金融應用（包括PBOC電子錢包、電子存折），或聯(lián)名卡應用，使達到一卡多用的目的。 

　　4.軟件算法安全性設計

　　除了在硬件上的安全性進行綜合考慮外，在軟件方面，應該從安全周密設計，嚴格規(guī)定內(nèi)部軟件數(shù)據(jù)流程，確保卡的安全得到全面的保護。

　　軟件設計上需支持中國人民銀行認可的Single DES、Triple DES算法，以及中國人民銀行規(guī)定的電子錢包和電子存折功能。在多張卡片同時進入交易區(qū)時候，卡片內(nèi)部設計防沖突機制。

　　能夠在卡內(nèi)不同應用之間的‘防火墻’隔離，設置卡內(nèi)密鑰的專用性，支持PIN檢驗、KEY認證、數(shù)據(jù)加密、MAC驗證。支持RSA非對稱密碼算法,可在卡內(nèi)生成RSA 算法模長為1024位的密鑰對，并完成模長為1024位的RSA算法的簽名、認證、加密、解密運算；完成對X509v3證書存儲。
　　
　　三、卡片應用生成流程
　　
　　卡片供應商提供的空白卡不能夠立刻投入使用，還需經(jīng)發(fā)卡機構(gòu)根據(jù)應用進行初始化后才能使用，卡片應用生成流程大體涉及證書申請、卡片發(fā)行、卡片交付等三方面。
　　
　　1.證書申請

　　申請者首先在互聯(lián)網(wǎng)、電話、柜臺申請銀行網(wǎng)上銀行服務，按照申請表的要求提交證書申請信息，銀行系統(tǒng)處理申請者信息，進行初始校驗，對符合條件者作業(yè)務日程排序，并通過電子郵件方式通知申請者，申請者按通知要求的日期到指定網(wǎng)點柜臺當面提交申請信息及相關(guān)證據(jù)，由網(wǎng)銀中心進行審核，網(wǎng)銀中心審查通過后，即進行卡發(fā)行，首先，用戶信息寫入, 用戶口令設置，在卡內(nèi)生成密鑰對，私鑰存于卡內(nèi)；將申請者的申請信息連同公鑰發(fā)送至CA，由CA復核并簽發(fā)證書；將證書下載至卡內(nèi)。
　　
　　2.卡片發(fā)行

　　卡發(fā)行過程要求網(wǎng)銀中心具備密鑰系統(tǒng)，負責根密鑰的維護和分散加密導出卡片維護密鑰；要求申請者信息及證書數(shù)據(jù)庫，并具備審核等事務處理機制；要求網(wǎng)銀中心或CA中心具備已發(fā)行證書、作廢證書及證書黑名單數(shù)據(jù)庫。

    智能卡產(chǎn)品由廠家到達網(wǎng)銀中心后，先由銀行系統(tǒng)對卡片進行卡結(jié)構(gòu)初始化，包括傳輸密鑰替換、卡片序列號分配、卡片維護密鑰分散下裝、銀行信息寫入。
　　
　　3.卡片交付

　　智能卡由網(wǎng)銀中心發(fā)行后，即交由用戶使用，同時提供智能卡讀取操作安全組件，包含卡片維護程序，為用戶提供更改卡片口令功能；讀取操作安全組件，實現(xiàn)建立端到端的安全通信鏈路，在線加/解密、簽字、認證；電子錢包程序，提供客戶端與銀行支付網(wǎng)關(guān)相互認證并傳遞支付信息的功能；提供保留交易記錄，電子憑證的功能。

　　通過該安全軟件組件，可實現(xiàn)網(wǎng)上交易所需的信息安全傳遞，及用戶維護功能，從而提供用戶真正安全的移動交易平臺。

　　四、智能卡與網(wǎng)上安全交易策略選擇
　　
　　智能卡與CA中心、商戶、網(wǎng)上銀行進行的方式上，可以采用專用客戶端、嵌入式這兩種主要方案。
　　
　　1.專用客戶端方案

　　該方案采用C/S（客戶/服務器）模式，根據(jù)具體應用業(yè)務，開發(fā)出客戶端軟件，在客戶端軟件處直接調(diào)用智能IC卡的軟件安全接口，經(jīng)讀卡器訪問智能卡里面內(nèi)容，完成用戶的驗證，提取數(shù)字證書及CA信息，再與商家、銀行、CA中心的Server（服務器）互傳證書，建立128位SSL鏈接。
　　
　　2.采用通用瀏覽器的嵌入式方案

　　Microsoft Internet Explorer、Netscape Navigator等，用戶在本地安裝智能卡安全接口組件，或在訪問商戶或金融機構(gòu)的交易頁面后，在其網(wǎng)站上下載智能卡安全接口組件，下載完畢后在客戶端安裝組件并嵌入到瀏覽器中。當建立安全通信鏈路進行交易時，調(diào)用該組件的安全接口函數(shù)，訪問智能卡中的相關(guān)信息。

　　上述這兩種方式在原理模型上都提供鏈路加密、身份認證、數(shù)字簽名及簽名認證功能，實現(xiàn)安全交易、賬戶查詢和維護，只是在系統(tǒng)實現(xiàn)結(jié)構(gòu)上存在差異。

　　從系統(tǒng)緊湊程度看專用客戶端方式最為緊湊，運行效率、穩(wěn)定性和安全性較高，但開發(fā)過程技術(shù)復雜度較高、周期相應較長；而嵌入式以成熟的通用瀏覽器產(chǎn)品為基本用戶平臺，嵌入安全接口組件實現(xiàn)網(wǎng)上安全電子交易，該方式實現(xiàn)周期較短，系統(tǒng)運行效率、穩(wěn)定性很大程度依賴于客戶端操作系統(tǒng)平臺的綜合性能，但較適于用戶的移動交易，方便擴充系統(tǒng)功能，允許Server端單方面提升系統(tǒng)整體性能。
　　
　　五、總結(jié)
　　
　　利用新型智能卡自身的安全存儲優(yōu)勢，將其作為信息載體，可有效解決數(shù)字證書的存儲、私鑰的安全保管、使用問題，同時，結(jié)合簽名認證、加密解密安全保障機制，能夠有效保障電子交易中網(wǎng)絡用戶端的安全。隨著大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，及制造工藝的不斷提高，智能卡的封裝形式也突破了原來的塑基封裝，向手機SIM卡、USB接口Key等多種有機集成方向發(fā)展，使之體積更小，攜帶更方便，應用更靈活，通過軟硬件整體技術(shù)水平的不斷提升，智能CPU卡將在電子商務中發(fā)揮著越來越重要的作用。