智能卡的密鑰管理舉例

文章出處：http:// 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2011年12月14日

    這里我們將敘述一個基于智能卡系統(tǒng)的密鑰管理之例。其目的是用一個比較容易理解集中事例來進(jìn)一步說明前面所敘述的原則。和這個例子相比，真正大型系統(tǒng)經(jīng)常的安排更復(fù)雜些而且有幾個 結(jié)構(gòu)層次。小型的系統(tǒng)通常不需要任何密鑰層次，因?yàn)橐粋€秘密的全局密鑰叮用于所有的卡。此處所給出 的系統(tǒng)處於大型系統(tǒng)和結(jié)構(gòu)簡單的系統(tǒng)的中間位置，因此是個很好的例子。

　　圖1舉之例中，供裝入或支付的密鑰可用于電子錢包，它們用對稱加密方法，在系統(tǒng)中這些密鑰在 任何情況下都是重要的，因?yàn)樗鼈兌急容^好地由所述的密鑰層次予以保護(hù)。各個導(dǎo)出功能在此處不做詳述 ，但DES或3重DES算法總是可用于它們的。密鑰的長度也未做詳細(xì)討論，但它們確實(shí)是可變的。為了安全起 見，在層次頂層的密鑰通常用比其較低層的密鑰更強(qiáng)有力的加密功能導(dǎo)出。

 

　　圖1 智能卡系統(tǒng)和對稱加密算法的密鑰層次舉例

　　位于頂層的密鑰被稱為通用主密鑰，對于整個一代的密鑰只有一個這樣的密鑰。例如，—代可在一年內(nèi)保 持有效，在相繼的年份可用新一代來替換，這就是新一代的通用主密鑰了。這個密鑰是整個系統(tǒng)中對安全 最敏感的密鑰。如果它被知道了，則所有屬于它這一代的密鑰都可算出，系統(tǒng)的這一代被攻破。主密鑰可 由隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生，也可以設(shè)想使通用主密鑰由數(shù)個人各自單獨(dú)擲骰子得出之值來形成，其中每個人只知道密 鑰的部分值，通用主密鑰應(yīng)當(dāng)絕對不會由任何單獨(dú)的個人完全知道，而在它的一代中必須不具各可以復(fù)制 出來的條件。

　　每項(xiàng)功能的單獨(dú)主密鑰由通用主密鑰導(dǎo)出，密鑰的功能可以是對一個電子錢包的裝人或支付。一個單向函 數(shù)，諸如變型的DES算法，在此例中可用來導(dǎo)出各個功能的主密鑰，這使得應(yīng)用逆向計算過程由主密鑰來計 算通用主密鑰是不可能的。如果不是用單向函數(shù)去導(dǎo)出主密鑰，盡管有各種安全方法，如果一個主密鑰變 成了已知的，若也知道了導(dǎo)出參數(shù)，那么就可以算出通用主密鑰來。這里使用單向函數(shù)的理由是假定在這 個想像的電子錢包系統(tǒng)中，主密鑰將位于本地終端的安全模塊之中。這就是說，比起總是位于后臺系統(tǒng)的 通用主密鑰來，它們就更易于受到攻擊。

　　導(dǎo)出密鑰形成了密鑰層次中的下一層，它們是位于智能卡中的密鑰。每張卡含有一組導(dǎo)出密鑰，它們是按 照其功能和朝“代”數(shù)分開的。如果這樣的一張卡用于終端，則立足于導(dǎo)出該密鑰時所用的參數(shù)終端可為 它本身計算導(dǎo)出密鑰。當(dāng)然，終端首先要從卡讀取導(dǎo)出參數(shù)。一旦導(dǎo)出密鑰是可用的，則按下列步驟去計 算動態(tài)密鑰，它對于一次單獨(dú)的會話是專用的。此密鑰僅在一單獨(dú)的會話期間有效。在絕大多數(shù)智能卡應(yīng)用中，會話期持續(xù)時間的范圍可從數(shù)百毫秒到數(shù)秒，會話結(jié)束后不再使用此動態(tài)密鑰。

　　這項(xiàng)電子錢包系統(tǒng)的密鑰層如圖2所示。

 

　　圖2 電子錢包系統(tǒng)的密鑰舉例

　　乍看此例中的系統(tǒng)似乎有點(diǎn)復(fù)雜，但比起實(shí)際的系統(tǒng)來它還是比較簡單的。這個例子的目的是表明在一個系統(tǒng)中的所有密鑰是如何產(chǎn)生的。它同時也暗示了如果一個密鑰被知道了必須采取的方法。如果通用主密鑰被知道了，就必須轉(zhuǎn)換至新的一代以便系統(tǒng)能夠運(yùn)行而不必考慮安全的風(fēng)險。另一方面，如果一個導(dǎo)出密鑰被知道了，所需要的是閉鎖有關(guān)的卡，對密鑰管理的任何其他改變都是不適宜的。所有這些方法假定的前提是能夠確定一個（或數(shù)個）密鑰被知道了，就在以后能予以防范。

　　給出這種密鑰層次，很明顯是要在智能卡中產(chǎn)生與存儲很多密鑰。當(dāng)然，為了節(jié)約存儲空間總能指定幾項(xiàng)功能共用一個密鑰，也完全可以設(shè)想不同的密鑰層次安排。這當(dāng)然在很大程度上取決于對系統(tǒng)的密鑰管理。