金融IC卡的密鑰管理

    隨著金融電子化的發(fā)展，金融IC卡將逐步取代磁條卡，成為人們?nèi)粘ＯM(fèi)的結(jié)算工具。IC卡比磁條卡具有更安全、交易成本低、使用方便等優(yōu)勢 IC卡具有保密性好、文件管理安全等特點(diǎn)，適應(yīng)未來更為復(fù)雜的業(yè)務(wù)需求，為醫(yī)保、社保等領(lǐng)域提供服務(wù)。金融IC卡的密鑰管理系統(tǒng)是IC卡管體制使發(fā)卡行和持卡人得到安全保障。本文旨在探討金融IC卡的密鑰管理機(jī)制。

    一、密鑰的類型

    根據(jù)《中國金融集成電路(IC)卡規(guī)范》，全國共建立三級密鑰管理系統(tǒng)。人民銀行總行建立一級密鑰管理系統(tǒng)，各商業(yè)銀行總行和人民銀行各中心支行建立二級密鑰管理系統(tǒng)，商業(yè)銀行地區(qū)分行建立三級密鑰管理系統(tǒng)，分級負(fù)責(zé)生成不同級別的密鑰管理系統(tǒng)、維護(hù)不同級別的密鑰管理系統(tǒng)。

    根據(jù)密鑰級別的不同，在密鑰管理系統(tǒng)中的密鑰可分為三大類：公共密鑰、分行專有密鑰、管理密鑰。

    1．公共密鑰是指由人民銀行總行生成的全國消費(fèi)主密鑰和各商業(yè)銀行總行生成的行內(nèi)公共密鑰，安全存放在各總行的母卡中。全國消費(fèi)主密鑰是由人民銀行總行生成和維護(hù)的公共密鑰，簡稱為GPK。人民銀行通過其一級密鑰管理系統(tǒng)向各二級密鑰管理系統(tǒng)分散，用于金融IC卡的消費(fèi)／取現(xiàn)交易。

    2．分行專有密鑰臺商業(yè)銀行地區(qū)分行生成和維護(hù)，安全存放在分行的母卡中。分行生成其他交易使用的主密鑰，包括部分IC卡片的維護(hù)密鑰。在金融IC卡應(yīng)用中，分行專有的普通密鑰有7種，分別用于圈存、圈提、修改密碼和PIN維護(hù)等操作 如圈存主密鑰MLK、圈提主密鑰MULK、修改主密鑰MUK、簽名主密鑰MTK、重裝PIN主密鑰MRPK、解鎖PIN 主密鑰MPUK、應(yīng)用維護(hù)主密鑰MAMK。分行還可以選擇生成其他應(yīng)用的主密鑰。

    3．管理密鑰分為認(rèn)證密鑰和保護(hù)密鑰。認(rèn)證密鑰用于對卡片做外部認(rèn)證，出廠密鑰、洗卡密鑰、認(rèn)證密鑰是位于卡片密鑰文件的同一位置的卡片不同階段的密鑰．一般記為ADMK 認(rèn)證密鑰還包括出廠認(rèn)證密鑰PRDK、密鑰卡管理主密鑰、分行密鑰卡認(rèn)證密鑰、PSAM卡認(rèn)證密鑰等。

    保護(hù)密鑰(傳輸密鑰)是用來對主密鑰進(jìn)行加密保護(hù)，輸入到卡片或輸出到另一張卡片。保護(hù)密鑰分導(dǎo)人密鑰和導(dǎo)出密鑰兩種。導(dǎo)人密鑰保存在金融IC卡標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用下的導(dǎo)人密鑰文件，導(dǎo)出密鑰保存在金融IC卡標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)用下的導(dǎo)出密鑰文件。所有保護(hù)密鑰都用外層的認(rèn)證密鑰加密保護(hù)進(jìn)人卡片中，保護(hù)密鑰也稱傳輸密鑰。傳輸密鑰被傳遞給下一級機(jī)構(gòu)或安全設(shè)備，下一級機(jī)構(gòu)利用該密鑰進(jìn)行主密鑰的導(dǎo)出，傳遞密鑰可以通過卡片也可以通過信封傳遞。如分行發(fā)卡傳遞密鑰TK1。

    三級密鑰系統(tǒng)中有些密鑰是由一級、二級密鑰系統(tǒng)產(chǎn)生、傳遞而來。在傳遞過程中必須經(jīng)過一定的運(yùn)算，這個(gè)過程稱為密鑰的分散。

    二、密鑰的分散

    人總行生成的主密鑰是消費(fèi)／取現(xiàn)主密鑰，稱為根密鑰，標(biāo)志為G*K。分行生成和使用的密鑰稱為主密鑰或稱為分行專有密鑰，標(biāo)志為M*K。用戶卡使用的經(jīng)過主密鑰分散的密鑰稱為用戶卡密鑰，標(biāo)志為D*K。用戶卡交易過程中使用的過程密鑰標(biāo)志為S*K。由G*K到M*K、D*K的過程就是密鑰的分散過程。

    1．公共密鑰的分散

    人總行將消費(fèi)／取現(xiàn)根密鑰(GPK)根據(jù)各商業(yè)銀行特征號和人行中心支行地區(qū)號進(jìn)行分散，傳遞給二級密鑰機(jī)構(gòu) 各商業(yè)銀行總行的二級密鑰機(jī)構(gòu)根據(jù)地區(qū)分行號、人行二級密鑰機(jī)構(gòu)根據(jù)各商業(yè)銀行特征號進(jìn)行分散，生成三級密鑰系統(tǒng)的分行消費(fèi)／取現(xiàn)主密鑰(MPK) 分散過程標(biāo)志為MPK=DIVERSIFY(GPK，IPI)。各商業(yè)銀行分行的其他專有密鑰由分行獨(dú)立生成，如圖1所示。

    ① 人總行將消費(fèi)／取現(xiàn)根密鑰(GPK)根據(jù)各商業(yè)銀行特征號進(jìn)行分散。
    ②人總行將消費(fèi)／取現(xiàn)根密鑰(GPK)根據(jù)人行中心支行地區(qū)號進(jìn)行分散。
    ③各商業(yè)銀行總行的二級密鑰機(jī)構(gòu)根據(jù)地區(qū)分行號進(jìn)行分散
    ④人行二級密鑰機(jī)構(gòu)根據(jù)各商業(yè)銀行特征號進(jìn)行分散。

    2．用戶卡密鑰的分散

    用戶卡的消費(fèi)／取現(xiàn)密鑰(DPK)用分行的消費(fèi)／取現(xiàn)主密鑰(MPK)根據(jù)卡片應(yīng)用序列號(ASN)分散生成，即DPK=DI—VERSIFY(MPK，ASN) 用戶卡的其他密鑰DLK、DTK、DULK、DUK、DRPK、DPUK、DAMK 用相應(yīng)的分行專有密鑰MLK、MTK、MULK、MUK 、M RPK 、MPUK、MAMK分散生成。

    消費(fèi)／取現(xiàn)過程密鑰(SPK)由用戶卡中的消費(fèi)／取現(xiàn)密鑰生成，標(biāo)志為SPK=SESSION(DPK，DA—TA)。

    3．密鑰的傳遞

    在不同級別的密鑰管理系統(tǒng)中，密鑰用密鑰卡來承載。密鑰卡保證密鑰在總行密鑰管理系統(tǒng)內(nèi)、總行和分行、分行和用戶卡之間進(jìn)行安全的傳遞。

    密鑰的傳遞過程就是密鑰卡密鑰的導(dǎo)人和導(dǎo)出過程。在密鑰卡里的密鑰文件結(jié)構(gòu)如圖2所示。

    導(dǎo)人密鑰文件里存放著導(dǎo)人密鑰，導(dǎo)人密鑰是用來對輸人的主密鑰密文進(jìn)行解密的，導(dǎo)出密鑰文件里存放著導(dǎo)出密鑰，導(dǎo)出密鑰是用來對輸出的主密鑰進(jìn)行加密的。進(jìn)人導(dǎo)人密鑰文件的導(dǎo)人密鑰和進(jìn)人導(dǎo)出密鑰文件的導(dǎo)出密鑰必須用管理密鑰文件的管理密鑰加密。

    主密鑰進(jìn)入主密鑰文件必須用導(dǎo)人密鑰加密，導(dǎo)出主密鑰時(shí)，卡片會用導(dǎo)出密鑰對該主密鑰加密。為了保證主密鑰正確無誤地寫人，密文需要附加簽名段，簽名的算法根據(jù)金融IC卡規(guī)范中定義的安全報(bào)文格式。

    卡片中預(yù)設(shè)有計(jì)數(shù)器，限制主密鑰的導(dǎo)出次數(shù)．同時(shí)卡片受PIN保護(hù)。

    三、密鑰卡的生成

    密鑰管理系統(tǒng)用于生成各種主密鑰，制作各種密鑰卡。下面以三級密鑰系統(tǒng)為基礎(chǔ)，介紹密鑰卡的生成和控制。

    1．生成分行專有密鑰

    如圖3所示，密鑰生成系統(tǒng)由密鑰生成卡來實(shí)現(xiàn)其算法，主密鑰生成卡相當(dāng)于一個(gè)密鑰生成器，由主管人員輸入種子A和種子B，主密鑰生成卡便會產(chǎn)生一些“強(qiáng)度較高”的主密鑰作為分行專有的主密鑰 同樣的種子對不同的主密鑰生成卡產(chǎn)生的主密鑰是不一樣的，主密鑰生成卡、種子A和種子B應(yīng)該分開安全保存。

    密鑰系統(tǒng)在生成銀行主密鑰的時(shí)候，每個(gè)主密鑰會生成多個(gè)版本和多個(gè)索引。以用戶卡的使用期為10年計(jì)，若每個(gè)版本的使用期為2年，則密鑰系統(tǒng)會生成五個(gè)版本的主密鑰在母卡A和母卡B中。某一個(gè)版本密鑰的使用周期為2年。在發(fā)卡母卡、用戶卡中只有其中一個(gè)版本的密鑰，是當(dāng)前使用周期內(nèi)的密鑰版本，每2年更新一次。

    總控卡的主密鑰由分行母卡A和分行母卡B導(dǎo)入，它含有分行的全部密鑰?？偪乜ㄓ糜谏上到y(tǒng)其它控制卡，由總控員掌握，該主密鑰有輸出次數(shù)控制。

    2．將密鑰導(dǎo)入二級密鑰機(jī)構(gòu)

    提供的發(fā)卡母卡中，合并消費(fèi)／取現(xiàn)根密鑰MPK，形成分行發(fā)卡母卡如圖4所示，分行發(fā)卡母卡是由二級密鑰管理中心發(fā)行的，一般不能導(dǎo)出。只能由總控卡和操作員卡一起，將本行生成的其他專有密鑰的某一個(gè)版本注入發(fā)卡母卡。發(fā)卡員利用分行發(fā)卡母卡和分行發(fā)卡控制卡來發(fā)行用戶卡。

    用戶卡的密鑰由發(fā)卡系統(tǒng)導(dǎo)入，其密鑰由發(fā)卡母卡上的主密鑰分散而成。

    3． 生成PSAM 卡和HSAM密鑰傳遞卡

    如圖5所示，總控卡和操作員卡一起，導(dǎo)出HSAM控制卡和PSAM控制卡。HSAM 控制卡、PSAM控制卡是總控卡的子卡?？偪貑T持有HSAM控制卡，將密鑰導(dǎo)入加密機(jī)，HSAM控制卡的主密鑰只能導(dǎo)出一次；操作員持有PSAM控制卡，將分行的M K導(dǎo)入PSAM卡，PSAM控制卡的主密鑰導(dǎo)出次數(shù)和PSAM卡數(shù)有關(guān)。

    加密機(jī)和PSAM卡中則存在多個(gè)版本的密鑰，這樣它可以對不同版本的用戶卡進(jìn)行進(jìn)行交易密鑰效驗(yàn)。

    四、密鑰的更換

    在實(shí)際運(yùn)行的過程中，IC卡密鑰的安全相當(dāng)重要。為保證密鑰的可靠性，發(fā)卡母卡的密鑰每2年更換一個(gè)版本，同時(shí)用戶卡每隔2年必須做展期交易，已驗(yàn)證用戶卡的密鑰版本是否在有限期內(nèi)。

    為保證銀行密鑰的安全，在IC卡交易系統(tǒng)中，密碼的效驗(yàn)都通過加密機(jī)來進(jìn)行。密碼是存放在加密機(jī)中的，如果因意外因素導(dǎo)致密鑰泄露，必須更換已泄露的交易主密鑰。為保證已經(jīng)發(fā)出的用戶卡在更換交易主密鑰后能繼續(xù)使用，密鑰管理系統(tǒng)采用了交易密鑰多個(gè)索引的辦法。對于每一個(gè)版本的某一個(gè)密鑰，其實(shí)也有多組，由多個(gè)索引值來區(qū)分。對某一版本的一個(gè)用戶卡，每一個(gè)交易密鑰有多個(gè)索引。正常時(shí)使用第一索引的密鑰，異靜隋況下(如密鑰泄露)啟用下一個(gè)索引。此機(jī)制保證在異常情況下更換密鑰時(shí)，不需收回已發(fā)出的用戶卡，而只需將應(yīng)用系統(tǒng)(包括PSAM)中的密鑰更新為新的索引。

    五、結(jié)束語

    密鑰管理系統(tǒng)是金融IC卡管理的核心部分。隨著人總行在北京、上海、長沙等地金融IC卡試點(diǎn)工作的開展，各地的三綴密鑰系統(tǒng)將逐漸建立，IC卡密鑰的安全體系也會更加完善。