建設(shè)事業(yè)IC卡的升級淺析
文章出處:http://srpd123.com 作者:陳向榮 雷迭生 人氣: 發(fā)表時間:2011年09月27日
目前國內(nèi)建設(shè)事業(yè)IC卡的應(yīng)用現(xiàn)狀是以邏輯加密卡為主,伴隨行業(yè)對IC卡應(yīng)用的安全和多應(yīng)用產(chǎn)生的更高需求,基于CPU卡的更高的安全性以及更強(qiáng)大的計算和存儲能力,建設(shè)事業(yè)IC卡從邏輯加密卡升級為CPU卡已成為必然的趨勢。
十余年來,IC卡的應(yīng)用在建設(shè)領(lǐng)域得以快速發(fā)展。目前,絕大部分城市發(fā)行的IC卡都是非接觸式邏輯加密卡。眾所周知,邏輯加密IC卡在安全、存儲空間以及多應(yīng)用拓展等方面都存在著一定的局限性。隨著IC卡應(yīng)用在建設(shè)領(lǐng)域的不斷深入和拓展,行業(yè)對IC卡的安全和多應(yīng)用提出了更高的要求,邏輯加密卡升級為 CPU卡已成為建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。
一、建設(shè)事業(yè)IC卡升級的必要性
(一)安全性需求
建設(shè)事業(yè)IC卡從最初單一的公交應(yīng)用逐步拓展到城市一卡通多領(lǐng)域小額支付應(yīng)用,交易的總額在不斷擴(kuò)大,這就要求建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用系統(tǒng)具備更高的安全性。IC卡作為直接的支付工具,其本身的安全特性很大程度上決定了整個應(yīng)用系統(tǒng)的安全性。
下面我們從幾個方面對CPU卡與邏輯加密卡的安全特性做一個比較。
1.交易安全性上:
當(dāng)交易雙方在完成交易之后,收單方有可能擅自修改或偽造交易流水來達(dá)到獲利目的,為了防止終端偽造交易流水,系統(tǒng)要求卡片能夠產(chǎn)生由交易要素生成的交易驗證碼,在后臺清算時來對交易的有效性進(jìn)行驗證。邏輯加密卡由于不具有運(yùn)算能力,就不可能產(chǎn)生交易的驗證碼。
而非接觸式CPU卡則可以在交易結(jié)束時產(chǎn)生個交易驗證碼TAC,用來防止偽造交易,從而使得整個交易系統(tǒng)的安全性更加完整。
2.安全認(rèn)證的實現(xiàn)上:
邏輯加密卡在進(jìn)行安全認(rèn)證時,由卡片對終端機(jī)具送的KeyA(KeyB)進(jìn)行核對一致后方可進(jìn)行交易,雖然現(xiàn)在的系統(tǒng)都要求是一卡一密,但畢竟是一個致命的弱點(diǎn)。
而CPU具有很強(qiáng)的運(yùn)算能力,在安全認(rèn)證時并不直接使用密鑰來進(jìn)行計算,通常是經(jīng)過隨機(jī)數(shù)處理之后產(chǎn)生的工作密鑰,來進(jìn)行加解密實現(xiàn)安全的認(rèn)證。最大限度上的保護(hù)了密鑰本身。
3.交易完整性上
由于邏輯加密在整個交易過程中,只是簡單的提供了交易信息的存儲功能,當(dāng)發(fā)生斷電時完全需要終端來對其相關(guān)信息進(jìn)行維護(hù)和恢復(fù)等操作,從而使得終端的交易軟件更加復(fù)雜。
非接觸式CPU卡則完全可以由內(nèi)部COS來實現(xiàn)斷電保護(hù)功能,可以將扣款、寫交易信息、交易明細(xì)等作為一個原子事件來操作,從而保證交易能夠完整的做完,并提供專門的命令來用于查詢交易是否完成(當(dāng)有斷電發(fā)生時)。從上面的分析可以看出來,CPU卡在安全上具備邏輯加密卡無法比擬的優(yōu)勢。所以,從安全性的角度來看,建設(shè)事業(yè)IC卡從邏輯加密卡升級到CPU卡是一種必然的選擇。
(二)一卡多用、優(yōu)化資源需求
隨著社會信息化程度不斷的深入,IC卡事業(yè)不斷的向前推進(jìn),發(fā)卡種類和數(shù)量也越來越多,同時一卡多應(yīng)用的成功應(yīng)用案例也在國內(nèi)不斷涌現(xiàn)。
一卡多應(yīng)用包括,行業(yè)內(nèi)一卡多應(yīng)用,跨行業(yè)的一卡多應(yīng)用,兩者區(qū)別主要在于,前者采用同一個行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范,且使用的屬于同行業(yè)的密鑰管理體系,后者必須要同時符合多個行業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范并且要跨多個密鑰體系。
從合理利用社會資源和方便民眾的角度出發(fā),一卡多應(yīng)用將會是未來的發(fā)展趨勢。在一卡多應(yīng)用實現(xiàn)方面,CPU卡在存儲空間以及運(yùn)算能力方面都比邏輯加密卡更具有優(yōu)勢,建設(shè)事業(yè)IC卡的升級也是一卡多應(yīng)用,合理優(yōu)化社會資源的需求和契機(jī)。
目前已經(jīng)有同時符合多個行業(yè)的建設(shè)事業(yè)非接觸式CPU卡產(chǎn)品,為建設(shè)IC卡升級提供了有利條件。
(三)交易復(fù)雜性需求
建設(shè)領(lǐng)域IC卡應(yīng)用已從單一的公交應(yīng)用發(fā)展到目前包含公共交通(公交、軌道交通、出租車等)、燃?xì)?、自來水、供暖、?shù)字社區(qū)、路橋收費(fèi)、停車場管理、公園景點(diǎn)等多領(lǐng)域的應(yīng)用。
隨著應(yīng)用領(lǐng)域的擴(kuò)展,收費(fèi)方式也在原有一次性收費(fèi)方式的基礎(chǔ)上擴(kuò)充了計次、計時、計程等多種方式來實現(xiàn)分段收費(fèi)、停車收費(fèi)等應(yīng)用需求。
分段收費(fèi)、停車收費(fèi)的復(fù)雜性,遠(yuǎn)大于一次性收費(fèi),由于邏輯加密卡不具備運(yùn)算功能,無法在卡內(nèi)實現(xiàn)相應(yīng)的復(fù)合交易功能。如果繼續(xù)采用邏輯加密的話實現(xiàn)起來肯定要求終端做更多的事情,甚至有可能不能實現(xiàn)。這時如果卡片端能夠做更多的事情,那么實現(xiàn)起來就容易得多了。
采用非接觸式CPU卡則可以針對分段收費(fèi)、停車收費(fèi)的應(yīng)用功能特點(diǎn),在卡內(nèi)COS增加相應(yīng)的復(fù)合錢包處理功能,為實現(xiàn)這些功能提供更好的卡片平臺。 所以,建設(shè)事業(yè)IC卡從邏輯加密卡升級到CPU卡,可以更好地實現(xiàn)跨行業(yè)多應(yīng)用的功能實現(xiàn)。
二、建設(shè)事業(yè)IC卡升級的可行性
(一)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)上可行
為規(guī)范CPU卡在建設(shè)領(lǐng)域的應(yīng)用,推動非接觸CPU卡的創(chuàng)新和科學(xué)發(fā)展,提升CPU卡行業(yè)整體技術(shù)和應(yīng)用水平,建設(shè)部于2007年5月下達(dá)了《建設(shè)事業(yè)非接觸式CPU卡芯片技術(shù)要求》和《建設(shè)事業(yè)非接觸式CPU卡COS技術(shù)要求》國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的編寫任務(wù),標(biāo)準(zhǔn)由建設(shè)部信息中心和建設(shè)部IC卡應(yīng)用服務(wù)中心共同主編完成。針對標(biāo)準(zhǔn)編寫,建設(shè)部IC卡應(yīng)用服務(wù)中心在北京組織參編單位召開標(biāo)準(zhǔn)編寫工作會議,對非接觸式CPU卡芯片規(guī)范、接觸式CPU卡芯片規(guī)范、非接觸式CPU卡兼容M1卡設(shè)計、非接觸式CPU卡COS規(guī)范、兼容MI卡設(shè)計要求、復(fù)合電子錢包交易等內(nèi)容進(jìn)行了深入探討。
(二)產(chǎn)品技術(shù)上可行
為了促進(jìn)建設(shè)事業(yè)非接觸CPU卡的推廣與應(yīng)用,建設(shè)部于2006年6月成立了“建設(shè)事業(yè)CPU卡產(chǎn)業(yè)與應(yīng)用聯(lián)盟”。“聯(lián)盟”于2007年召開了三次工作會議,對建設(shè)事業(yè)CPU卡的研發(fā)、操作系統(tǒng)COS設(shè)計、交易時間等方面進(jìn)行了工作部署,以推進(jìn)會員單位對CPU卡的自主研發(fā)。
目前,聯(lián)盟各理事成員單位已相繼推出符合聯(lián)盟要求的產(chǎn)品,在建設(shè)部IC卡應(yīng)用服務(wù)中心的組織安排下,東信和平等聯(lián)盟理事會成員的產(chǎn)品已通過第三方權(quán)威檢測機(jī)構(gòu)的物理測試以及建設(shè)部的交易功能測試。
(三)產(chǎn)品成本上可行
由于建設(shè)事業(yè)IC卡的發(fā)行量一般都比較大,各地在大規(guī)模發(fā)行建設(shè)事業(yè)IC卡時,卡片的成本必然是發(fā)行單位必須重點(diǎn)考慮的因素,尤其是一些經(jīng)濟(jì)不太發(fā)達(dá)的城市。
之前建設(shè)事業(yè)IC卡普遍采用邏輯加密卡,一個很重要的原因就是CPU卡的成本相對邏輯加密卡比較高。
隨著芯片工藝和技術(shù)的發(fā)展,芯片的成本在不斷降低,非接觸CPU卡的成本也相應(yīng)的不斷下降。雖然CPU卡的成本比邏輯加密卡的還是略高,但和以前相比,成本的差距已經(jīng)不是那么不可逾越。
伴隨建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用功能的不斷拓寬,以及項目運(yùn)營模式的不斷完善,項目的增值點(diǎn)也不斷增多,卡片成本的影響在收益增加的條件下會越來越小。
三、建設(shè)事業(yè)IC卡升級的兼容性問題
各地發(fā)行的建設(shè)事業(yè)IC卡從邏輯加密卡升級到CPU卡,都不可避免的面臨一個同樣的問題:原有的系統(tǒng)軟件和機(jī)具如果同時全面升級,建設(shè)費(fèi)用和建設(shè)周期都難以承受,而且已經(jīng)發(fā)放的邏輯加密卡也需要一個比較長的過渡期來實現(xiàn)更換。
基于上述原因,建設(shè)部在推廣非接觸CPU卡的同時,也要求各廠家在卡片COS的設(shè)計上實現(xiàn)CPU卡片模擬邏輯加密卡交易。
卡片實現(xiàn)兼容的方式一般包括以下兩種,下面對兩種方式的大概原理和安全性進(jìn)行介紹:
1、錢包同步方式
類似于CPU錢包的一種電子錢包,本身并不存儲金額。對復(fù)合錢包進(jìn)行消費(fèi)、充值或讀取余額時,復(fù)合錢包根據(jù)Ka和Kb來對邏輯加密卡的相應(yīng)錢包地址發(fā)送相應(yīng)指令,然后根據(jù)邏輯加密卡返回的數(shù)值返給機(jī)具。并計算和返回CPU錢包的應(yīng)該返回的TAC和MAC2。
其支持的指令集和CPU錢包完全一致。也就是說,對CPU機(jī)具來說,無論是復(fù)合錢包還是CPU錢包,其消費(fèi)流程和消費(fèi)指令都是一樣的。
在發(fā)行卡片的時候,需要在應(yīng)用目錄中,同時建立復(fù)合錢包和CPU錢包,在邏輯加密卡和CPU兼容期間,機(jī)具對卡片發(fā)送CPU指令,只是復(fù)合錢包響應(yīng)。到以后全部機(jī)具都升級到CPU之后,需要關(guān)閉復(fù)合錢包。此時需要有一個轉(zhuǎn)換指令來保證復(fù)合錢包的錢正確轉(zhuǎn)到了CPU錢包中。
這種方案的優(yōu)點(diǎn)是:CPU錢包和邏輯加密卡的錢包永遠(yuǎn)是一致的;避免了CPU錢包和邏輯加密卡錢包不是真正意義上的同步。缺點(diǎn)是:其實CPU復(fù)合錢包維護(hù)的是邏輯加密卡錢包,有安全隱患。
2、錢包不同步方式
類似于CPU錢包的一種電子錢包,本身存儲金額。對復(fù)合錢包進(jìn)行消費(fèi)、充值或讀取余額時,復(fù)合錢包在更新自身金額的同時并根據(jù)Ka和Kb來對邏輯加密卡的相應(yīng)錢包地址發(fā)送相應(yīng)指令,然后根據(jù)自身數(shù)值返給機(jī)具,并計算和返回CPU錢包的應(yīng)該返回的TAC和MAC2。Ka和Kb可放在Key文件中,作特殊的應(yīng)用標(biāo)識即可。
其支持的指令集和CPU錢包完全一致。也就是說,對CPU機(jī)具來說,無論是復(fù)合錢包還是CPU錢包,其消費(fèi)流程和消費(fèi)指令都是一樣的。
邏輯加密卡的錢包不支持充值,即采用CPU卡方式充值。[這部分是最關(guān)鍵的,也是邏輯加密卡的主要被攻擊點(diǎn)之一]同時邏輯加密卡錢包中的金額不得大于CPU錢包中的金額。
在發(fā)行卡片的時候,需要在應(yīng)用目錄中建立復(fù)合錢包,在邏輯加密卡和CPU兼容期間,機(jī)具對卡片發(fā)送CPU指令,只是復(fù)合錢包響應(yīng)。到以后全部機(jī)具都升級到CPU之后,需要取消邏輯加密卡的錢包和復(fù)合錢包的掛鉤。
這種方案的缺點(diǎn)是:CPU錢包和邏輯加密卡的錢包不總是一致的。在CPU消費(fèi)后,兩者是一致的,在邏輯加密卡消費(fèi)后,邏輯加密卡的錢包金額小于CPU錢包金額。
優(yōu)點(diǎn)是:安全級別比上一種方案高,而且不允許邏輯加密卡充值,所以充值方面的安全級別類似于CPU卡。
非接觸式CPU卡是具備更高安全性和更強(qiáng)大功能的產(chǎn)品,必然會在建設(shè)事業(yè)領(lǐng)域逐步替代邏輯加密卡成為主流產(chǎn)品。近兩年,非接觸CPU卡產(chǎn)品的推廣和應(yīng)用也取得了卓越成效。一方面,建設(shè)部在標(biāo)準(zhǔn)制定和產(chǎn)品符合性測試等工作組織上取得了實質(zhì)性的進(jìn)展;另一方面,一些試點(diǎn)城市也陸續(xù)開始實施應(yīng)用建設(shè)事業(yè)非接觸式 CPU卡,還有許多城市在新的一卡通項目上規(guī)劃采用非接觸式CPU卡產(chǎn)品??傊珻PU卡替代邏輯加密卡已成為建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用發(fā)展的必然趨勢。
本文作者:東信和平智能卡股份有限公司 陳向榮 雷迭生