基于智能卡的嵌入式網絡加密安全系統設計

摘 要：針對C／S模式中傳統的用戶層網絡通信方式效率低，安全性差的問題，全面考慮了系統整體的安全保密性能，提出了核22層實現方案。采用客戶身份認證、數據完整性驗證、傳輸信息加密安全策略，在智能卡的硬件支持和嵌入式uClmux平臺下基于microwindowsGUI和TinyWidgets控件集設計實現加密系統。

　　引 言

　　金融安全支付系統是專門針對金融領域應用需求，實現小型化、便捷、安全的自助交易的軟硬件平臺，能夠為多種應用提供高速安全服務，解決目前交易信息在傳輸過程中存在的各種安全問題，實現金融信息的安全交易。基于該嵌入式系統的網絡安全加密系統就是為了保證客戶端的某些重要的數據信息在與銀行服務器通信過程中能夠安全地傳輸。

　　1 智能卡基礎

　　1．1 內部結構及特點

　　智能卡又稱為Ic卡，英文名稱為smart card或Integrated CircuitCard。根據卡中使用的集成電路的不同可以分為存儲器卡、邏輯加密卡、CPU卡和射頻卡。由于CPU卡中集成了微處理器CPU、存儲單元(包括隨機存儲器RAM、程序存儲器ROM(FLASH)、用戶數據存儲器EEPR0M)以及芯片操作系統COS(chipoperating system)，從而構成一個完整的計算機系統。

　　它不僅具有數據存儲功能，同時還具有命令處理和數據安全保護等功能，因此安全性大大增強，從而得到了廣泛的應用，成為智能卡中的主流產品?。本系統所采用的CPU卡，其芯片內核為ASIC硬件實現，安全度非常高，符合ISO／IEC 7816智能卡標準，符合《中國金融集成電路(Ic)卡規范》。其內部結構(如圖1所示)，智能卡具有以下特點 ：① 自身的物理安全機制和COS的安全體系為CPU卡提供了雙重的安全保證；② 自帶操作系統的CPU卡對計算機網絡系統要求較低，可實現脫機操作；③ 可實現真正意義上的一卡多應用，每個應用之間相互獨立，并受控于各自的密鑰管理系統；④ 存儲容量大，可提供1K~64K字節的數據存儲空間；⑤使用壽命長，數據存儲時間可達l0年以上。

　　1．2 主要功能

　　智能卡具有以下功能：①身份認證：對持卡人、卡終端和卡片3方的合法身份做認證；②支付和結算工具：電子錢包和電子存折的支付手段，可避免攜帶大量現金和找零的不便，提高交易效率；③ 安全模塊：使用相應的密鑰實現加密、解密以及交易處理，從而完成與用戶卡之間的安全認證；④數據載體：CPU卡可作為個人檔案或重要數據的安全載體，數據可至少保存l0年以上。

　　1．3 工作原理

　　智能卡安全體系包括3部分：安全狀態、安全屬性以及安全機制。安全狀態是指智能卡當前所處的安全級別，即當前安全狀態寄存器的值。安全屬性又稱為訪問權限，即在進行某種操作時要求安全狀態寄存器的值是什么。安全機制從廣義上說是卡片支持的各種安全模式，從狹義上說是安全狀態實現轉移所采用的方法和手段。一種安全狀態通過上述安全機制轉移到另一種狀態，把該安全狀態與某個安全屬性相比較，如果一致，則表明能夠執行該屬性對應的命令；如果不一致，則相關命令不能被執行，從而達到了安全控制的目的 。這就是智能卡安全體系的基本工作原理。

　　智能卡主要是對由客戶端發出的信息進行加密和對由服務器端傳來的信息進行解密。該智能卡支持多種對稱密碼體制，它還存儲著客戶端主密鑰和客戶端ID號，通過它可以對文件傳輸過程中產生的各種敏感信息進行加密，對用戶的身份進行認證，以保證信息的安全性和完整性。

　　在密鑰管理方面，智能卡根據注入其中的客戶端ID號，利用Diversify密鑰分散算法生成客戶端主密鑰。在與密碼服務器進行通信時，服務器取得其ID號，同樣利用密鑰分散算法生成客戶端主密鑰，再利用客戶端主密鑰加密附帶工作密鑰的簽到回應報文傳回客戶端，客戶端的智能卡解密得到工作密鑰，利用工作密鑰調用相應算法完成加解密及消息完整性驗證“】。