一卡通密鑰管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

文章出處：http:// 作者：彭旭榮 ，陽(yáng)王東   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月06日

    作為現(xiàn)代信息平臺(tái)的熱門(mén)應(yīng)用，校園“一卡通”是集成了考勤、門(mén)禁、信息咨詢、教務(wù)服務(wù)、圖書(shū)借閱、實(shí)驗(yàn)計(jì)費(fèi)、醫(yī)療支付、學(xué)費(fèi)繳付、獎(jiǎng)學(xué)金發(fā)放、工資福利發(fā)放、科研經(jīng)費(fèi)核算等各種校園消費(fèi)的結(jié)算，甚至包括銀行金融交易等在內(nèi)的眾多服務(wù)功能“ ，可滿足不同層次的各類學(xué)校的應(yīng)用需求，深受教育行業(yè)用戶的歡迎。但是對(duì)于IC卡的應(yīng)用最重要的是IC卡的密碼安全問(wèn)題，要保證I C卡密碼的應(yīng)用安全，就必須有一個(gè)安全可靠的密鑰管理系統(tǒng)。有些IC卡的密碼管理系統(tǒng)為單層密鑰系統(tǒng)，也就是直接根據(jù)一個(gè)通用的根密鑰來(lái)生成用戶消費(fèi)卡的密鑰，這種密鑰生成需要系統(tǒng)的根密鑰，根密鑰的安全性難以保證，而且難以對(duì)IC的應(yīng)用系統(tǒng)的密碼進(jìn)行擴(kuò)展，不能適應(yīng)一張IC卡 集成多種IC卡應(yīng)用系統(tǒng)，他們既要有統(tǒng)一的安全體系，又有獨(dú)立密碼安全機(jī)制。既能夠?qū)崿F(xiàn)在校園的真正一一卡通，又能保證不同應(yīng)用相互之間的安全性和可靠性。本文探討構(gòu)建一種多層的密鑰安全管理機(jī)制來(lái)滿足校園一卡通的安全應(yīng)用需要。
 
    1密鑰管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) 

    1．1密鑰管理系統(tǒng)的體系結(jié)構(gòu)

    密鑰管理包括密鑰的生成、裝入、傳遞、存儲(chǔ)、恢復(fù)、銷毀等內(nèi)容。一卡通生成的主密鑰稱為根密鑰， 由公司或團(tuán)體的三位領(lǐng)導(dǎo)各輸入8字節(jié)密碼，經(jīng)3DES數(shù)據(jù)加密算法按照一定規(guī)則多次加密并截取得到，存儲(chǔ)在系統(tǒng)惟一的根卡上。一卡通系統(tǒng)每個(gè)應(yīng)用對(duì)應(yīng)一個(gè)母密鑰，母密鑰由根密鑰加密8位隨機(jī)整數(shù)得到，隨機(jī)數(shù)加密存儲(chǔ)在根卡上，母密鑰加密持卡人密碼可以制作母卡，一個(gè)母密鑰可以發(fā)放多張母卡，母卡與根卡都通過(guò)持卡人的輸入的Pin碼進(jìn)行驗(yàn)證訪問(wèn)，這樣保證密碼存儲(chǔ)的安全性。消費(fèi)系統(tǒng)的發(fā)卡子系統(tǒng)則是利用相應(yīng)業(yè)務(wù)的母卡來(lái)初始化用戶消費(fèi)卡。一卡通密鑰管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)如圖1所示。 

圖1一卡通密鑰管理系統(tǒng)的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)

    1．2根密鑰的生成

    由公司或團(tuán)體的三位領(lǐng)導(dǎo)各輸入8字節(jié)字符串，分別為a、b、c，轉(zhuǎn)化為字節(jié)類型為aKey、bKey、cKey。先使用bKey加密aKey得到dKey，然后用cKey加密dKey得到r，截取r的前8位則得到根密鑰rKey，存入根卡的指定位置。具體流程如圖2所示。 

圖2根密鑰的生成

    1．3根卡的生成 

    由根卡持卡人輸入8字節(jié)的密碼cOde，用COde對(duì)根密鑰進(jìn)行加密得到rcodel，截取rcodel前面16位作為一級(jí)密文rcodel 16，然后再用COde對(duì)rcodel 16進(jìn)行加密得到rcode2，截取rcode2前面l6位作為二級(jí)密文rcode216，將rcodel 16和rcode2l6寫(xiě)入根卡指定位置，完成根卡的生成。具體流程如圖3所示。 

圖3根卡的制作

    1．4根卡的驗(yàn)證
 
從根卡中指定位置獲得根卡的一級(jí)密文rcodel 16和二級(jí)密文rcode216，用根卡持卡人輸入的8字節(jié)密碼對(duì)一級(jí)密文rcodel 16進(jìn)行加密得到rcodel，截取rcodel的前面l6位并將其轉(zhuǎn)化為字符串strl， 將二級(jí)密文rcode216轉(zhuǎn)化為字符串str2，比較strl和str2，若相等，則根卡驗(yàn)證成功，反之失敗。具體流程如圖4所示。 

圖4 根卡的驗(yàn)證

    1．5母密鑰的生成

    使用從根卡中得到的根密鑰加密系統(tǒng)生成的8位隨機(jī)整數(shù)得到mk，截取mk的前面8位得到母密鑰，并將母密鑰和該母密鑰的應(yīng)用類型索引一起存入根卡指定位置。具體流程如圖5所示。 

圖5母密鑰的生成

    1．6母卡的制作

    由母卡持卡人輸入8字節(jié)的密碼code，用code對(duì)母密鑰進(jìn)行加密得到mcodel，截取mcodel前面16位作為一級(jí)密文rcodel 16，然后再用code對(duì)rcodel 16進(jìn)行加密得到mcode2，截取mcode2的前面l6位作為二級(jí)密文rcode216，將rcodel16和rcode216寫(xiě)入母卡指定位置，完成母卡的生成。具體流程如圖6所示。 

圖6母卡的制作

    1．7母卡的驗(yàn)證

    從母卡中指定位置獲得母卡的一級(jí)密文rcodel16和二級(jí)密文rcode216，用母卡持卡人輸入的8字節(jié)密碼對(duì)一級(jí)密文rcodel 16進(jìn)行加密得到rcodel，截取reodel的前面16位并將其轉(zhuǎn)化為字符串strl， 將二級(jí)密文rcode216轉(zhuǎn)化為字符串str2，比較strl和str2，若相等，則母卡驗(yàn)證成功，反之失敗。具體流程如圖7所示。 
    

圖7母卡的驗(yàn)證

    1．8密鑰管理實(shí)現(xiàn)

    1．8．1根密鑰的生成
    private void b— — creatRootMy——Click(object sender，
    EventArgs e)
    {
    ／ 字符串書(shū)寫(xiě)檢查部分代碼已省略 ／
    byte[】dKey Encoding．Default．GetBytes(ds．
    DesEncrypt(aKey8，bKey8，”zhanshen”))；
    Array．Copy(dKey，0，temp，0，8)；
    byte[】r = Encoding．Default．GetBytes(ds．
    DesEncrypt(temp，cKey8，”zhanshen”))；
    Array．Copy(r，0，rKey8，0，8)；／／根密鑰的字節(jié)
    數(shù)組形式
    isCanOperate = true；
    groupBox2．Enabled = true
    log．Info(”根密鑰生成成功! ”)；
    MessageBox．Show(”根密鑰生成成功! ”， ”提示!
    ”)；
    }
    實(shí)現(xiàn)界面如圖8所示。

圖8根密鑰生成界面

    1．8．2母密鑰的生成
    DesSecurity ds= new DesSecurity()；
    byte[】mk = Encoding．Default．GetBytes(ds．
    DesEncrypt(ran8，Card—root．rKey8， ”zhanshen’ ))；
    ／／用DES算法生成母密鑰(根密鑰加密分散因子)
    Array．Copy(mk，0，mKey8，0，8)；／／取前面?zhèn)€字節(jié)作為母密鑰
    monisCanOperate ： true：
    groupBox4．Enabled = true：
    log．Info(”母密鑰生成成功! ”)；
    }
    實(shí)現(xiàn)界面如圖9所示。 
    

圖9母密鑰生成界面 

    1．9系統(tǒng)測(cè)試

    在測(cè)試過(guò)程中，根密碼和母密碼的產(chǎn)生采用分段密碼產(chǎn)生和保存機(jī)制，在應(yīng)用過(guò)程中難以復(fù)制，也在一定程度上杜絕個(gè)別人為的不安全因素。而且可以根據(jù)應(yīng)用來(lái)制作不同業(yè)務(wù)的母卡，不同業(yè)務(wù)之問(wèn)如果未經(jīng)授權(quán)是不能夠互訪的，這樣也系統(tǒng)的安全的分層管理。在加密算法中，在3D ES算法的基礎(chǔ)上增加了分散算法和隨機(jī)算法，并在加密解密過(guò)程進(jìn)行分散操作，增加r解密的難度，提高了密碼的安全性。并且系統(tǒng)具有良好可實(shí)現(xiàn)性和性能，表l是發(fā)卡的時(shí)間統(tǒng)計(jì)表。從統(tǒng)計(jì)表中可以得出該密鑰管理系統(tǒng)能夠適應(yīng)較大規(guī)模的發(fā)卡應(yīng)用。 

    2 結(jié)束語(yǔ)

    本文以密鑰管理在校園園一卡通系統(tǒng)中的一應(yīng)用為中心。研究密鑰管理系統(tǒng)在一卡通系統(tǒng)中的具體應(yīng)用模式，并以IC卡技術(shù)和密碼算法技術(shù)為基礎(chǔ)，提出了一卡通系統(tǒng)的密鑰管理系統(tǒng)的解決方案。該解決方案具有較好的實(shí)用性和安全性，能夠支持豐富的校園智能卡的應(yīng)用。@