采用三級密鑰體系實現(xiàn)校園卡密鑰管理子系統(tǒng)

文章出處：http://srpd123.com 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2011年09月13日

    摘要：在校園卡系統(tǒng)中，數(shù)據(jù)要求在多個子系統(tǒng)間進行傳遞和處理。這些數(shù)據(jù)多是安全級別需求比較高的金融數(shù)據(jù)。對這些數(shù)據(jù)的保護是校園卡系統(tǒng)中非常重要的工作。為確保校園卡系統(tǒng)中金融數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡傳遞過程中的絕對安全，本文介紹了一種采用三級密鑰體系的數(shù)據(jù)加密方式。希望該方式能對高校校園卡系統(tǒng)建設中的數(shù)據(jù)安全保障工作提供參考。

    1 概況

    校園卡系統(tǒng)是以校園網(wǎng)為基本載體，采用計算機技術、網(wǎng)絡與通信技術、數(shù)據(jù)庫技術和卡與卡的識別技術等信息化的手段和工具，利用卡作為電子身份的載體、以及與計算機進行交互的介質(zhì)，持卡人在其身份允許的范圍內(nèi)，實現(xiàn)在校園內(nèi)進行商務消費、身份識別認證、金融服務等社會應用活動的數(shù)字化信息化[1]。校園系統(tǒng)作為數(shù)字化校園的基礎部分，為整個校園提供了基本的消費平臺。在該消費平臺上存在著不同系統(tǒng)間的金融數(shù)據(jù)交互。這些金融數(shù)據(jù)在校園網(wǎng)的傳遞中必須要確保足夠的安全。本文針對校園卡系統(tǒng)的密鑰子系統(tǒng)進行設計，目的是確保校園卡系統(tǒng)金融數(shù)據(jù)的安全傳輸。

    2 校園卡物理部署

    2.1 系統(tǒng)簡介

 圖 1 校園卡系統(tǒng)物理部署圖

    校園卡服務器負責處理其他系統(tǒng)通過接口程序傳送上來的數(shù)據(jù)。其中大多數(shù)屬于金融信息數(shù)據(jù)。如：對消費系統(tǒng)的上傳數(shù)據(jù)進行轉(zhuǎn)發(fā)、處理等操作。數(shù)據(jù)庫服務器用于存儲校園卡日常的消費數(shù)據(jù)信息以及校園卡的相關數(shù)據(jù)信息。

    交換機用于連接校園卡系統(tǒng)內(nèi)各個終端設備。

    圈存機為系統(tǒng)提供銀行卡到校園卡的圈存轉(zhuǎn)賬等功能。

    校園卡前置機為校園卡系統(tǒng)提供與銀行前置機之間的卡業(yè)務服務，以完成指定金融交易。如：圈存、銀行卡余額查詢等功能。

    銀行前置機提供與學校前置機之間的通信服務，以完成指定交易。

    銀行大機即銀行核心業(yè)務主機系統(tǒng)。

    在校園卡服務器和校園卡前置機上分別運行著兩個Socket 服務程序，用于處理校園卡系統(tǒng)設備間的數(shù)據(jù)包傳遞。數(shù)據(jù)包中包括基本的財務信息以及校園卡用戶的卡基本信息等。

    2.2 校園卡系統(tǒng)中需要加密的部分

    校園卡服務器與圈存機之間。校園卡前置機器與圈存機之間。校園卡服務器與校園卡前置機之間。POS 機消費系統(tǒng)與校園卡服務器之間。校園卡前置機器與銀行前置機之間。

    3 校園卡密鑰管理子系統(tǒng)方案介紹

    3.1 密鑰介紹

    在校園卡系統(tǒng)中，系統(tǒng)間傳遞的數(shù)據(jù)包的內(nèi)容由多個定義好的數(shù)據(jù)域組成，用于存儲系統(tǒng)運行中的字段信息。其中，在不同的操作中會生成不同的數(shù)據(jù)域，有些域是要做適當?shù)募用芴幚淼摹Ｈ纾涸趯W生進行圈存和消費操作時會輸入校園卡的密碼或是銀行卡的密碼，這些密碼在網(wǎng)絡中傳輸都是以密文的形式傳輸?shù)摹Ｌ貏e是在校園卡前置機發(fā)送數(shù)據(jù)包到銀行前置機、以及圈存機發(fā)送數(shù)據(jù)包到校園卡前置機的線路上，都需要對用戶的卡密碼進行加密后傳輸。

    為了確保數(shù)據(jù)在校園網(wǎng)內(nèi)傳遞、以及通過專線在銀行和學校傳遞的絕對安全，對密鑰的管理分為PKG 密鑰、PIN 密鑰、MAC 密鑰等幾類密鑰進行管理。

    PKG 密鑰：主要用于對在網(wǎng)絡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)包進行加密時使用的密鑰。
    PIN 密鑰：用于對網(wǎng)絡數(shù)據(jù)包中的密碼字段域進行加密時使用的密鑰，在校園卡系統(tǒng)中，主要對校園卡在使用時輸入的校園卡密碼和銀行卡密碼進行加密。
    MAC 密鑰：MAC 算法是一種將數(shù)據(jù)校驗算法和DES 算法相融合的非公開算法，主要用于判斷在網(wǎng)絡中兩個通訊設備間的接、發(fā)數(shù)據(jù)包的真?zhèn)?，以防止攻擊者?gòu)造虛假交易包而達到作案目的[2]。MAC 密鑰是計算MAC 校驗值時所用到的密鑰。MAC 校驗數(shù)值作為數(shù)據(jù)包的校驗值保存到數(shù)據(jù)包的尾部。

    校園卡系統(tǒng)的加密重點是在圈存到銀行前置機間的通訊數(shù)據(jù)包。因為該部分主要的功能就是實現(xiàn)銀行轉(zhuǎn)賬到校園卡，所以也是金融數(shù)據(jù)最集中部分。

    校園卡系統(tǒng)采用國際成熟的三層密鑰體系的管理思想進行設計與實現(xiàn)。

    3.1.1 一級：傳輸密鑰
    用 PKG 密鑰、PIN 密鑰、MAC 密鑰進行加密的操作對象都是校園卡系統(tǒng)網(wǎng)絡中涉及的金融交易數(shù)據(jù)包，屬于三級加密體系的第一級，統(tǒng)稱為傳輸密鑰[2]。

    3.1.2 二級：交換密鑰
    參照金融業(yè)界的數(shù)據(jù)加密標準，在傳輸密鑰中PIN 密鑰和MAC 密鑰是兩個動態(tài)變化的密鑰。密鑰根據(jù)實際要求可以隨時更換，校園卡系統(tǒng)會每日從銀行前置機器系統(tǒng)動態(tài)的獲取隨機的PIN 密鑰和MAC 密鑰。這兩個密鑰值是不允許在網(wǎng)上明文傳送的，對這兩個密鑰進行加密的密鑰稱為交換密鑰，它屬于三級加密體系的第二級[2]。

    3.1.3 三級：主密鑰
    傳輸密鑰、交換密鑰都需要存儲起來，它們的存儲形式也不允許用明文保存，必須進行加密，將傳輸密鑰、交換密鑰加密用于存儲時所用到的密鑰稱為主密鑰。主密鑰也稱為存儲密鑰，它屬于三級加密體系的第三級[1]。為避免攻擊者一旦竊得主密鑰即可獲得所有密鑰的情況發(fā)生，系統(tǒng)對主密鑰實行分散管理，即PK 密鑰、PIN 密鑰、MAC 密鑰、交換密鑰均有各自的主密鑰。

    3.2 密鑰子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)

 圖2 校園卡系統(tǒng)三級密鑰示意圖