如何有效應(yīng)對(duì)在門(mén)禁系統(tǒng)中MIFARE卡出現(xiàn)的安全危機(jī)

       1 背景

　　自從2009年2月Mifare卡密鑰破解事件被社會(huì)媒體廣泛關(guān)注之后，非接觸IC卡的安全性問(wèn)題已經(jīng)成為近三個(gè)月以來(lái)智能卡行業(yè)各個(gè)媒體最熱門(mén)的話題之一;國(guó)家工業(yè)和信息化部同時(shí)也針對(duì)此事件在全國(guó)下發(fā)了《關(guān)于做好應(yīng)對(duì)部分IC卡出現(xiàn)嚴(yán)重安全漏洞工作的通知》，要求各地開(kāi)展對(duì)IC卡使用情況的調(diào)查及應(yīng)對(duì)工作。作為門(mén)禁系統(tǒng)中最重要的身份識(shí)別部分，目前國(guó)內(nèi)80%的門(mén)禁產(chǎn)品均是采用原始IC卡的ID號(hào)或ID卡的ID號(hào)去做門(mén)禁卡，根本沒(méi)有去進(jìn)行加密認(rèn)證或開(kāi)發(fā)專用的密鑰，其安全隱患已遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)Mifare卡的破解危機(jī);而所有在中國(guó)銷售的國(guó)內(nèi)外門(mén)禁產(chǎn)品的安全隱患至今還沒(méi)有人提出重視，非法破解的人士只需采用的最簡(jiǎn)單的技術(shù)手段就可以完成破解過(guò)程。

　　2 如何解決目前的安全危機(jī)?

　　有效防范門(mén)禁產(chǎn)品安全問(wèn)題的根本解決方案就是升級(jí)改造現(xiàn)有ID卡或邏輯加密卡門(mén)禁機(jī)具及卡片，并逐步將ID或邏輯加密卡門(mén)禁產(chǎn)品替換為更為安全可靠的CPU卡安全門(mén)禁產(chǎn)品。

　　需要從三個(gè)方面應(yīng)用CPU卡安全門(mén)禁產(chǎn)品，包括CPU卡及COS系統(tǒng)、CPU卡門(mén)禁讀卡器、CPU卡密鑰管理系統(tǒng)。

　　2.1 CPU卡

　　與非接觸邏輯加密卡系統(tǒng)相比， 非接觸式 CPU卡在現(xiàn)有的技術(shù)條件下是不可偽造的;

　　CPU卡是真正意義上的智能卡，就是人們常說(shuō)的SmartCard。卡內(nèi)集成包括中央處理器(CPU)、只讀存儲(chǔ)器(ROM)、隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)、電可擦除可編程只讀存儲(chǔ)器(EEPROM)等主要部分，具有卡內(nèi)操作系統(tǒng)COS (Chip Operating System)，用COS實(shí)現(xiàn)對(duì)卡內(nèi)數(shù)據(jù)的保護(hù)，如用戶和系統(tǒng)的相互認(rèn)證、應(yīng)用順序控制和管理、隨機(jī)數(shù)的產(chǎn)生和傳輸、密鑰管理、加密、解密、信息的安全傳輸?shù)?。猶如一臺(tái)超小型電腦。具有信息量大、防偽安全性高、可脫機(jī)作業(yè)，可多功能開(kāi)發(fā)等優(yōu)點(diǎn)。

　　非接觸CPU卡智能卡與非接觸邏輯加密卡相比，擁有獨(dú)立的CPU處理器和芯片操作系統(tǒng)，所以可以更靈活的支持各種不同的應(yīng)用需求，更安全的設(shè)計(jì)交易流程。非接觸式CPU卡具有三種認(rèn)證方式，持卡者合法性認(rèn)證——PIN校驗(yàn)，卡合法性認(rèn)證——內(nèi)部認(rèn)證，系統(tǒng)合法性認(rèn)證——外部認(rèn)證，對(duì)交易的各個(gè)單元(持卡人、卡片、終端設(shè)備)進(jìn)行相互認(rèn)證，保證交易介質(zhì)的合法性;在以上認(rèn)證過(guò)程中，密鑰是不在線路上以明文出現(xiàn)的，它每次的送出都是經(jīng)過(guò)隨機(jī)數(shù)加密的，而且因?yàn)橛须S機(jī)數(shù)的參加，確保每次傳輸?shù)膬?nèi)容不同，保證了交易內(nèi)容的合法性。所以，采用非接觸式CPU卡可以杜絕偽造卡、偽造終端、偽造交易，最終保證了交易的安全性。

　2.2 CPU卡門(mén)禁讀卡器

　　CPU卡門(mén)禁讀卡器將安全認(rèn)證機(jī)制引入門(mén)禁控制領(lǐng)域。采用支持CPU卡并且支持PSAM卡(讀卡器本身帶SAM卡插槽)的門(mén)禁讀卡器，應(yīng)用PSAM卡安全認(rèn)證讀寫(xiě)機(jī)制，極大地提高了傳統(tǒng)門(mén)禁讀卡器的安全級(jí)別。

　　2.2.1 安全優(yōu)勢(shì)：

　　CPU卡安全門(mén)禁讀卡器采用SAM(PSAM)與CPU卡的安全認(rèn)證，建立了完整、嚴(yán)密的密鑰管理系統(tǒng)，充分使用了CPU卡安全特性，包括CPU卡和SAM卡的密鑰系統(tǒng)。密鑰注入SAM卡后，外部無(wú)法讀取。將SAM卡插入讀卡設(shè)備內(nèi)，通過(guò)SAM卡和CPU卡進(jìn)行雙向驗(yàn)證。驗(yàn)證報(bào)文是由隨機(jī)因子參與計(jì)算的，同一張卡在一臺(tái)設(shè)備上刷卡，每次都不相同，徹底杜絕“偽卡”的出現(xiàn)。

　　2.2.2 密鑰實(shí)現(xiàn)方式：

　　ü 通過(guò)PSAM卡：

　　在門(mén)禁讀卡器中安裝SAM卡座，所有的認(rèn)證都是由安裝在SAM卡座中的SAM卡進(jìn)行運(yùn)算的。PSAM卡一般支持標(biāo)準(zhǔn)DES和3DES算法，并可以根據(jù)密鑰長(zhǎng)度自動(dòng)選擇算法，具有明文加MAC、密文、密文加MAC三種方式的數(shù)據(jù)和密鑰線路保護(hù)功能。

　　通過(guò)SAM硬件模塊 ：

　　所有的認(rèn)證都是由安裝在門(mén)禁讀卡器中的SAM模塊進(jìn)行運(yùn)算的。SAM模塊一般支持標(biāo)準(zhǔn)DES和3DES算法，并可以根據(jù)密鑰長(zhǎng)度自動(dòng)選擇算法，具有明文加MAC、密文、密文加MAC三種方式的數(shù)據(jù)和密鑰線路保護(hù)功能。

　2.3 CPU卡密鑰管理系統(tǒng)

　　在以IC卡為應(yīng)用載體的信息系統(tǒng)中,密鑰的管理是整個(gè)系統(tǒng)安全運(yùn)行的基礎(chǔ)。密鑰管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是進(jìn)行密鑰的生成、發(fā)行和更新，它直接關(guān)系到整個(gè)系統(tǒng)的安全。客戶能過(guò)此軟件自行生成和管理各類應(yīng)用密鑰，自行完成卡片的初始化工作，保證了客戶擁有密鑰管理和發(fā)卡的主動(dòng)權(quán)。

　　 密鑰管理功能

　　密鑰的數(shù)據(jù)可以是AB碼單、密鑰種子等形式。AB碼單實(shí)際上是密鑰種子的一種形式，它將種子數(shù)據(jù)分成兩部分，分別由兩個(gè)人控制，這樣可以提高系統(tǒng)的安全性。通過(guò)密鑰管理系統(tǒng)生成以下幾個(gè)重要密鑰：

　　用戶卡結(jié)構(gòu)中主要存在以下兩個(gè)密鑰文件及相應(yīng)的幾個(gè)密鑰：

　　MF下的密鑰文件(簡(jiǎn)稱KMF)，其裝載的密鑰是卡片主控密鑰(簡(jiǎn)稱CCK，以下同);

　　ADF下的密鑰文件(簡(jiǎn)稱KADF)，其裝載的密鑰有應(yīng)用主控密鑰(簡(jiǎn)稱ACK，以下同),應(yīng)用維護(hù)密鑰(簡(jiǎn)稱AMK)，及其它應(yīng)用密鑰;

　　其它密鑰，如口令密鑰PIN，口令解鎖密鑰，DES運(yùn)算密鑰等等。

　  卡片初始化功能

　　CPU卡的卡片初始化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)CPU卡的密鑰灌裝和卡內(nèi)結(jié)構(gòu)初始化的工作。建立卡片文件結(jié)構(gòu)、安裝各工作密鑰等卡片初始化工作。

　　PSAM卡的卡片初始化和發(fā)行工作，裝載各類CPU卡工作密鑰。

　　3 升級(jí)或新建CPU卡門(mén)禁的方案

　　方式一、原有門(mén)禁系統(tǒng)的平滑升級(jí)

　　如果用戶要將現(xiàn)有的傳統(tǒng)門(mén)禁升級(jí)到基于CPU卡的安全門(mén)禁系統(tǒng)，使用CPU卡安全門(mén)禁系統(tǒng)可以在不用更換原有控制器和門(mén)禁軟件的前提下，實(shí)現(xiàn)平滑升級(jí)，涉及到的工作內(nèi)容如下：

　　通過(guò)原來(lái)的門(mén)禁管理系統(tǒng)導(dǎo)出系統(tǒng)中原有的卡號(hào)與人員的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

　　通過(guò)CPU卡密鑰管理系統(tǒng)，生成新的CPU卡密鑰。

　　通過(guò)CPU卡密鑰管理系統(tǒng)導(dǎo)入原門(mén)禁管理系統(tǒng)中的卡號(hào)對(duì)應(yīng)關(guān)系，并發(fā)行新的用戶CPU卡。

　　通過(guò)CPU卡密鑰管理系統(tǒng)，發(fā)行PSAM卡，并安裝到CPU卡安全門(mén)禁讀卡器中(如果是通過(guò)SAM卡模塊方式，則發(fā)行設(shè)置卡，將各類密鑰傳遞到門(mén)禁讀卡器中)。

　　將原來(lái)的門(mén)禁讀卡器更換為CPU卡安全門(mén)禁讀卡器。　方式二、新門(mén)禁系統(tǒng)建設(shè)

　　如果使用其它公司門(mén)禁控制器和門(mén)禁管理系統(tǒng)來(lái)新建用戶方的門(mén)禁系統(tǒng)，使用CPU卡安全門(mén)禁讀卡器和配套的密鑰管理系統(tǒng)，可以與其它公司的門(mén)禁控制器和門(mén)禁管理系統(tǒng)一并使用，以實(shí)現(xiàn)使用CPU卡安全門(mén)禁的目的，涉及到的工作內(nèi)容如下：

　　通過(guò)CPU卡密鑰管理系統(tǒng)，生成新的CPU卡密鑰。

　　通過(guò)CPU卡密鑰管理系統(tǒng)，并發(fā)行新的用戶CPU卡。

　　通過(guò)CPU卡密鑰管理系統(tǒng)，發(fā)行PSAM卡，并安裝到CPU卡安全門(mén)禁讀卡器中(如果是通過(guò)SAM卡模塊方式，則發(fā)行設(shè)置卡，將各類密鑰傳遞到門(mén)禁讀卡器中)。

　　通過(guò)第三方公司的門(mén)禁管理軟件，通過(guò)CPU卡發(fā)卡器，識(shí)讀新發(fā)行的用戶卡，并將用戶卡與后臺(tái)人員基本信息建立對(duì)應(yīng)關(guān)系，并下發(fā)授權(quán)到其它公司的門(mén)禁控制器。

　　安裝使用CPU卡安全門(mén)禁讀卡器。

　　4 同方CPU卡安全門(mén)禁產(chǎn)品：

　　為了應(yīng)對(duì)當(dāng)前M1卡破解問(wèn)題，基于自主國(guó)產(chǎn)知識(shí)產(chǎn)權(quán)的CPU卡、CPU卡讀寫(xiě)設(shè)備、CPU卡COS系統(tǒng)及CPU卡密鑰管理系統(tǒng)等受到廣泛關(guān)注。同方銳安科技有限公司于2009年初適時(shí)推出同方CPU卡安全門(mén)禁系列產(chǎn)品，并同時(shí)推出將原有ID卡或非接觸邏輯加密卡門(mén)禁系統(tǒng)升級(jí)為更為安全可靠的非接觸CPU卡改造方案。

　　4.1 產(chǎn)品組成

　　同方銳安科技有限公司推出的CPU卡安全門(mén)禁系統(tǒng)由以下幾個(gè)部分組成：CPU卡安全門(mén)禁讀卡器、CPU卡片、安全門(mén)禁密鑰管理系統(tǒng)、CPU卡發(fā)卡器、門(mén)禁控制器及門(mén)禁管理軟件。