門禁系統(tǒng)采用的門禁卡分為兩類：125KHZ的低頻只讀卡、13.56MHZ的高頻讀寫卡。125KHZ的低頻只讀卡，與普通磁卡類似，明碼格式，無需要破解，安徽合肥道閘用通用編程器可仿制卡號，這是一種早期的技術(shù)，安全性差，屬于淘汰技術(shù)，通常用于安全性要求不高的小區(qū)，不適用于涉密單位、高保安場所。常用的13.56MHZ的高頻讀寫卡，可以理解為帶口令的U盤，由口令來保護(hù)卡類數(shù)據(jù)，安全級別中等，通常用來做為小額電子錢包、身份識別卡。近兩年來國際上被破解的Mifare1卡屬于此類的一種，并且破解方式已公開，因此采用Mifare1門禁系統(tǒng)存在安全隱患。

此次解密風(fēng)波引起了業(yè)界的思考，新建的門禁系統(tǒng)如何提高安全性呢?已建的采用Mifare1卡門禁系統(tǒng)有什么升級方案嗎?

1卡片安全性規(guī)劃及實(shí)施

　非接觸IC卡的種類及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)

在討論如何消除目前的隱患前，安徽破胎器我們先總結(jié)一下非接觸IC卡的技術(shù)總體現(xiàn)狀。非接觸IC卡已取代磁卡，成為自動識別卡片的主流。非接觸IC卡按照頻率，可以劃分為以下幾類。

125KHZ的低頻只讀卡，出現(xiàn)在1979年，這些低頻卡的ID號存儲介質(zhì)是EEPROM，具有電擦寫功能，可反復(fù)多次寫入，因此ID號極易偽造，且無相關(guān)的國際標(biāo)準(zhǔn)。

超高頻915MHZ、微波卡2.5GHZ是近幾年的新產(chǎn)品，讀卡最大距離達(dá)10m。相關(guān)ISO/IEC18000國際標(biāo)準(zhǔn)沒有最終完成。

13.56MHZ高頻讀寫卡，比125KHZ的低頻卡傳輸速率快100倍，是應(yīng)用最廣泛的，誕生于1993年，此后不斷發(fā)展，產(chǎn)品線不斷豐富。根據(jù)讀卡距離不同，分為兩個標(biāo)準(zhǔn)，ISO/IEC14443標(biāo)準(zhǔn)、ISO/IEC15693。ISO/IEC14443最大距離為10cm，ISO/IEC15693標(biāo)準(zhǔn)非接觸IC卡最大距離為100cm。

ISO/IEC14443由于問世較早，且由于城市公交的大規(guī)模采用，芯片、讀卡機(jī)具發(fā)展成熟，從而同時(shí)成為門禁卡的選型主流。符合ISO/IEC14443的Mifare1卡由于采用偽隨機(jī)數(shù)來用于三重認(rèn)證、48位密鑰長度也過短，導(dǎo)致該卡加密算法被破解。因此新的非接觸CPU卡需要在隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生機(jī)理、密鑰長度、加密算法上加以提升。而13.56MHZ通訊頻率、以及ISO/IEC14443的通訊協(xié)議將繼續(xù)被采用。

三、支持國家密碼局密碼算法的非接觸式芯片

Mifare1卡風(fēng)靡全球、各行各業(yè)爭相采用的普及程度是該芯片廠家始料未及的。盡管芯片廠家推出了有關(guān)升級芯片，但由于價(jià)格、技術(shù)普及等因素沒有被大部分市場接受。為了保證我國智能卡市場健康有序的發(fā)展，在國家密碼管理局的支持和組織下，早在2007年，我國就開展了我國自主產(chǎn)權(quán)的、專門應(yīng)用于RFID市場的密碼算法研制工作，取得成功。該密碼算法也得到我國眾多集成電路芯片廠商的極力推崇和遵循，成功推出了相關(guān)產(chǎn)品。

早期電子門鎖系統(tǒng)投入應(yīng)用的非接觸IC卡技術(shù)多為邏輯加密卡，比如最為著名的Philips公司（現(xiàn)NXP）的Mifare1卡片。非接觸邏輯加密卡技術(shù)以其低廉的成本，簡明的交易流程，較簡單的系統(tǒng)架構(gòu)，迅速得到了用戶的青睞，并得到了快速的應(yīng)用和發(fā)展。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，截至去年年底，國內(nèi)各領(lǐng)域非接觸邏輯加密卡的發(fā)卡量已經(jīng)達(dá)到數(shù)億張。

隨著非接觸邏輯加密卡不斷應(yīng)用的過程，安徽路障機(jī)非接觸邏輯加密卡技術(shù)的不足之處也日益暴露，難以滿足更高的安全性和更復(fù)雜的多應(yīng)用的需求。特別是2008年10月，互聯(lián)網(wǎng)上公布了破解MIFARE CLASSIC IC芯片（以下簡稱M1芯片）密碼的方法，不法分子利用這種方法可以很低的經(jīng)濟(jì)成本對采用該芯片的各類“一卡通”、門禁卡進(jìn)行非法充值或復(fù)制，帶來很大的社會安全和經(jīng)濟(jì)安全的隱患。目前國內(nèi)80%的門禁產(chǎn)品均是采用原始IC卡的UID號或ID卡的ID號去做門禁卡，根本沒有去進(jìn)行加密認(rèn)證或開發(fā)專用的密鑰，其安全隱患遠(yuǎn)遠(yuǎn)比Mifare卡的破解更危險(xiǎn)，非法破解的人士只需采用的是專業(yè)的技術(shù)手段就可以完成破解過程，導(dǎo)致目前國內(nèi)大多數(shù)門禁產(chǎn)品都不具備安全性，原因之一是因?yàn)樵缙陂T禁產(chǎn)品的設(shè)計(jì)理論是從國外引進(jìn)過來的，國內(nèi)大部分廠家長期以來延用國外做法，采用ID和IC卡的只讀特性進(jìn)行身份識別使用，很少關(guān)注卡與機(jī)具間的加密認(rèn)證，缺少鑰匙體系的設(shè)計(jì)；而ID卡是很容易可復(fù)制的載體，導(dǎo)致所有的門禁很容易幾乎可以在瞬間被破解復(fù)制；這才是我們國內(nèi)安防市場最大的災(zāi)難。

因此，非接觸CPU卡智能卡技術(shù)正成為一種技術(shù)上更新?lián)Q代的選擇。

1.1安全的卡片選型

為回避MF1卡可能帶來的系統(tǒng)風(fēng)險(xiǎn)，本系統(tǒng)全面采用非接觸式CPU卡片，基于IS014443 Type A國際標(biāo)準(zhǔn)的非接觸式CPU卡片技術(shù)，可實(shí)現(xiàn)向下兼容MF1卡，同時(shí)提升已存在安全風(fēng)險(xiǎn)的MF1加密信息技術(shù)，對所有機(jī)具進(jìn)行加密處理，全面兼容已有的MF1卡片

非接觸CPU卡：也稱智能卡，卡內(nèi)的集成電路中帶有微處理器CPU、存儲單元（包括隨機(jī)存儲器RAM、程序存儲器ROM（FLASH）、用戶數(shù)據(jù)存儲器EEPROM）以及芯片操作系統(tǒng)COS。裝有COS的CPU卡相當(dāng)于一臺微型計(jì)算機(jī)，不僅具有數(shù)據(jù)存儲功能，同時(shí)具有命令處理、數(shù)據(jù)加密和安全保護(hù)等功能。

1.2非接觸CPU卡的特點(diǎn)

芯片和COS的安全技術(shù)為CPU卡提供了雙重的安全保證，自帶操作系統(tǒng)的CPU卡對計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)要求較低，可實(shí)現(xiàn)脫機(jī)操作；可實(shí)現(xiàn)真正意義上的一卡多應(yīng)用，每個應(yīng)用之間相互獨(dú)立，并受控于各自的密鑰管理系統(tǒng)。存儲容量大，可提供1K-64K字節(jié)的數(shù)據(jù)存儲。

非接觸CPU卡加密算法和隨機(jī)數(shù)發(fā)生器與安裝在讀寫設(shè)備中的密鑰認(rèn)證卡(SAM卡)相互發(fā)送認(rèn)證的隨機(jī)數(shù)，卡片擁有獨(dú)立的CPU處理器和芯片操作系統(tǒng)，可以更靈活地支持各種不同的應(yīng)用需求，更安全的設(shè)計(jì)交易流程。與非接觸邏輯加密卡系統(tǒng)相比，非接觸CPU卡系統(tǒng)顯得更為復(fù)雜，需要進(jìn)行更多的系統(tǒng)改造，比如密鑰管理、交易流程、PSAM卡以及卡片個人化等。密鑰通常分為充值密鑰（ISAM卡），減值密鑰（PSAM卡），身份認(rèn)證密鑰（SAM卡）。

1.3卡片密鑰設(shè)計(jì)

密鑰管理系統(tǒng)（Key Management System），也簡稱KMS，是IC項(xiàng)目安全的核心。如何進(jìn)行密鑰的安全管理，貫穿著IC卡應(yīng)用的整個生命周期。 刷卡擺閘

1.3.1非接觸CPU卡認(rèn)證機(jī)制

非接觸CPU卡通過內(nèi)外部認(rèn)證的機(jī)制，例如像建設(shè)部定義的電子錢包的交易流程，高可靠的滿足不同的業(yè)務(wù)流程對安全和密鑰管理的需求。對電子錢包圈存可以使用圈存密鑰，消費(fèi)可以使用消費(fèi)密鑰，清算可以使用TAC密鑰，更新數(shù)據(jù)可以使用卡片應(yīng)用維護(hù)密鑰，卡片個人化過程中可以使用卡片傳輸密鑰、卡片主控密鑰、應(yīng)用主控密鑰等，真正做到一鑰一用。

1.3.2非接觸CPU卡的密鑰實(shí)現(xiàn)方式

硬密鑰：在終端機(jī)具中安裝SAM卡座，所有的認(rèn)證數(shù)據(jù)都由安裝在終端機(jī)中的SAM卡進(jìn)行運(yùn)算的，這樣在終端機(jī)具維修時(shí)，只要取出SAM卡座中的SAM卡，這臺終端機(jī)具就是“空的”了。所以所有的銀行設(shè)備都采用SAM卡的認(rèn)證模式。

非接觸CPU卡加密算法和隨機(jī)數(shù)發(fā)生器與安裝在讀寫設(shè)備中的密鑰認(rèn)證卡(SAM卡)相互發(fā)送認(rèn)證的隨機(jī)數(shù)，可以實(shí)現(xiàn)以下功能：

(1) 通過終端設(shè)備上SAM卡實(shí)現(xiàn)對卡的認(rèn)證。

(2) 通過ISAM卡對非接觸CPU卡進(jìn)行充值操作，實(shí)現(xiàn)安全的儲值。

(3) 通過PSAM卡對非接觸CPU卡進(jìn)行減值操作，實(shí)現(xiàn)安全的扣款.

(4) 非接觸CPU卡與終端設(shè)備上的SAM卡的相互認(rèn)證，實(shí)現(xiàn)對卡終端的認(rèn)證。

(5) 在終端設(shè)備與非接觸CPU卡中傳輸?shù)臄?shù)據(jù)是加密傳輸。

(6) 通過對非接觸CPU卡發(fā)送給SAM卡的隨機(jī)數(shù)MAC1，刷卡翼閘SAM卡發(fā)送給非接觸CPU的隨機(jī)數(shù)MAC2和由非接觸CPU卡返回的隨機(jī)數(shù)TAC，可以實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)傳輸驗(yàn)證的計(jì)算。而MAC1、MAC2和TAC就是同一張非接觸CPU卡每次傳輸?shù)倪^程中都是不同的，因此無法使用空中接收的辦法來破解非接觸CPU卡的密鑰。

1.3.3 加密標(biāo)準(zhǔn)

新系統(tǒng)的加密算法采用國家密碼管理局RFID專用密碼算法SM1該算法是密鑰長度為128位的非公開算法，知識產(chǎn)權(quán)屬于國家密碼管理局，國內(nèi)用戶免費(fèi)使用。門禁系統(tǒng)SAM卡、用戶卡的密鑰由用戶發(fā)卡機(jī)構(gòu)自行掌握，保證機(jī)卡分離，與機(jī)具廠商無關(guān)，確保系統(tǒng)安全。

工作密鑰加解密算法采用國家密碼管理局RFID專用密碼算法SM1加密算法

個人識別碼（PIN）加密算法采用標(biāo)準(zhǔn)：ISO 9564：1991 銀行業(yè)務(wù)—個人識別號的管理于安全。

報(bào)文認(rèn)證碼（MAC）算法符合規(guī)范中采用ANSI X3.92:1981 數(shù)據(jù)加密算法。

1.3.4非接觸CPU卡門禁系統(tǒng)采用國密算法

采用國密算法的非接觸CPU卡門禁系統(tǒng)，對于傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)設(shè)計(jì)，該設(shè)計(jì)主要做了兩點(diǎn)創(chuàng)新：

1、發(fā)卡密鑰系統(tǒng)

國密卡發(fā)卡流程大體可分為三個步驟：(1)卡結(jié)構(gòu)建立;(2)密鑰寫入;(3)個人化處理。

(1)卡結(jié)構(gòu)建立;應(yīng)對卡片結(jié)構(gòu)進(jìn)行統(tǒng)一規(guī)劃，包括主文件、密鑰文件、公共信息基本信息文件、個人基本信息文件、應(yīng)用文件、記錄文件、目錄文件等。

(2)密鑰寫入;包括發(fā)卡單位主密鑰、專項(xiàng)應(yīng)用子密鑰、管理性密鑰等。密鑰發(fā)卡中心集中寫入后的初始化卡分發(fā)給各發(fā)卡單位。

(3)個性化處理;發(fā)卡單位根據(jù)自己的發(fā)卡單位主密鑰，進(jìn)行本單位個人基本信息文件、應(yīng)用文件裝入，并且表面打印照片、姓名等，這樣完成個人化處理的卡片，就可發(fā)給持卡人。

2、讀卡器新增SAM卡

根據(jù)發(fā)卡密鑰系統(tǒng)制作相應(yīng)的SAM卡，由SAM卡完成讀卡器與卡片的信息交換。

對于新建門禁系統(tǒng)可以直接采用該方案。對已建的門禁系統(tǒng)則需要更換舊讀卡器、舊卡片，門禁軟件需要增加與新的發(fā)卡密鑰系統(tǒng)的接口。門禁控制器原則上可以保留。以上采用國密算法的非接觸CPU卡門禁系統(tǒng)，目前已成功應(yīng)用于有關(guān)部委的新建與改造門禁一卡通系統(tǒng)。

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