常见卡片与国密CPU卡应用于门禁系统比对.doc

采用国密非接触IC卡门禁系统的技术方案

门禁系统现状及存在问题
非接触IC卡的种类及相关标准
国密非接触IC卡密钥系统
国密非接触IC卡发行机制
国密非接触IC卡门禁系统方案

门禁系统现状及存在问题

门禁系统采用的门禁卡分为两类：125KHZ的低频只读卡、13.56MHZ的高频读写卡。
125KHZ的低频只读卡，与普通磁卡类似，明码格式，无需要破解，用通用编程器可仿制卡号。早期技术，安全性差。属于淘汰技术，通常用于安全性要求不高的小区，不适用于涉密单位。而部机关采用的门禁卡正是此卡。
13.56MHZ的高频读写卡，属于卡，可以理解为带口令的U盘，由口令来保护卡类数据，安全级别中等，通常用来做为小额电子钱包、身份识别卡。此次被破解的Mifare 1卡属于此类的一种，在也有采用。
因此门禁系统存在安全隐患！

非接触IC卡的种类及相关标准
在讨论如何消除目前的隐患前，我们先总结一下非接触IC卡的技术总体现状。非接触IC卡已彻底取代磁卡，成为自动识别卡片的主流。非接触IC卡按照频率，可以划分为四类。如表所示。
125KHZ的低频只读卡，出现在1979年，这些低频卡的ID号存储介质是EEPROM，具有电擦写功能，可反复多次写入，因此ID号极易伪造，且无相关的国际标准。
超高频、微波卡是近几年的新产品，读卡最大距离达10m。相关ISO/IEC 18000国际标准没有最终完成。
13.56MHZ高频读写卡，是应用最广泛的，诞生于1993年，此后不断发展，产品线不断丰富。
根据读卡距离不同，分为两个标准，ISO/IEC 14443标准、ISO/IEC 15693。ISO/IEC 14443最大距离为10cm，ISO/IEC 15693标准非接触IC卡最大距离为100cm。非接触IC卡工作频率为，比通常125KHZ的低频卡传输速率快100倍。
ISO/IEC 14443根据信号调制方式不同，分别有TYPE A、TYPE B两个分支，分为3DES卡、国密卡两大类。
Mifare卡是符合ISO/IEC 14443 TYPE A的卡，存储空间为1K字节。

频率
读写状态
读写距离
国际标准
生产商
低频
125K
RO
60cm(2m)
无
HID、Indala、EM
134K
RO R/W
60cm(2m)
无
TI、Atmel
高频
13.56M
R / W
10cm
ISO/IEC 14443
TYPE A
3DES卡
Philips 、 infineon、Legic、华虹、复旦微电子
国密卡
华虹、华大、大唐、复旦微电子
TYPE B
3DES卡
Samsung、OTI、 Motorola、清华
国密卡
清华
100cm
ISO/IEC 15693 3DES卡
Legic、Philips、TI、infineon
超高频
433M
ISO/IEC18000、EPC(制定中)
915M
微波
2.5G

鉴于目前已Mifare 1 为代表的ISO/IEC 14443 TYPE A的卡已被破解，并且破解方式已公开。哪我们如何面对呢？从上表中我们可以发现，将来可以选择的卡片还有四种：
ISO/IEC 14443 TYPE B的卡、
ISO/IEC 15693卡、
ISO/IEC 14443 TYPE A 国密卡、
ISO/IEC 14443 TYPE B 国密卡。
我国居民身份证采用的是ISO/IEC 14443 TYPE B标准加密卡，ISO/IEC 15693卡也有部分用户。这两类卡尽管至今还没有公开破解，但加密机理、强度与Mifare 1 为代表的ISO/IEC 14443 TYPE A的卡是同等级的。只不过ISO/IEC 14443 TYPE A的卡问世最早，并且由已philip为代表的一些大企业推动，市场占有率最高，目标大，容易遭到攻击。
因此长远的来看，我们可能的选项仅是TYPE A或TYPE B协议的国密卡。

国密非接触IC卡密钥系统

我们选择国密卡，是因为它的安全性高，那么国密卡的加密优势何在呢？我们知道，卡中的数据被读写前，必须先经过安全认证，安全认证的方式有两种：一是通过口令进行安全认证；一是通过密钥进行安全认证。

通过口令进行安全认证的方式是：如果读写设备发来的密码口令与IC卡中存储的密码口令相同，IC卡向读写设备返回密码认证通过的结果，并打开IC卡数据与外部进行交换的权限。如果密码不同，则返回错误结果，IC卡数据与外部进行交换的权限被关闭。
卡中使用的就是这种认证方式，密码口令认证的方式比较简单实用，是一种常用的安全认证手段。其最大的缺陷在于因为它本身没有运算功能，只能采用固定的硬件逻辑电路和不公开的算法实现数据的保护，然而口令是静态的，进行认证的口令在线路上进行了传输，非法设备比较容易破译，而这个过程是无法阻止的。Mifare 1的卡被破解的事实，说明了不是不容易破，而是你的目标太小了，别人不愿意做而已。
与密码认证过程相比，密钥认证增加了两个内容，一是引入了密钥的概念，增加了加密运算过程；二是增加了产生随机数的过程，有了这两个过程，就可以有效地保证密钥认证过程被非法跟踪后，仍然能够保证认证过程的安全性。
　　 国密非接触IC卡采用的就是密钥认证方式。密钥是发卡人事先设置到读写设备（内置SAM卡）和IC卡中的，它在认证过程中只参与运算，但不在线路中进行传输，这样非法跟踪是不可能截获到密钥的；由于有随机数的概念，这样每次进行密钥认证虽然使用的是相同的密钥，但经过加密运算产生的密码也是随机的，无规律可循的，这样非法跟踪截获到的密码无法在下次进行认证时使用，只要不知道密钥，非法设备就无法再向密码认证那样模拟安全认证的过程，也就不能非法与IC卡进行数据交换。
国密非接触IC卡是目前密码学最好的技术，从而成为未来高数据安全需求场所下非接触IC卡的不二之选。
因此从目前的要求、技术的发展看，我们只能选择非接触国密卡，同时还要选择自己的密钥系统。

国密非接触IC卡发行机制
国密卡发卡流程大体可分为三个步骤：（ 1）卡结构建立； （ 2）密钥写入 ； （ 3）个 人化处理 。
（ 1）卡结构建立；
发卡机构应对卡片结构进行统一规划，包括主文件、密钥文件、公共信息基本信息文件、个人基本信息文件、应用文件、记录文件、目录文件等。
（ 2）密钥写入
卡片主控密钥是对整个卡片的访问起控制作用的密钥，初始卡片主控密钥由卡片生产商写入，主要用于对卡片进行测试，交客户后，由发卡方替换为发卡方的卡片主控密钥。
卡片主控密钥替换后，总发卡机构根据卡结构规划，装入共享主密钥（用于各发卡单位发出的卡互联互通）、发卡单位主密钥、专项应用子密钥、管理性密钥等。密钥发卡中心集中写入后的初始化卡分发给各发卡单位。
（ 3）个人化处理
各发卡单位收到初始化卡，根据自己的发卡单位主密钥，进行本单位个人基本信息文件、应用文件装入并且表面打印照片、姓名等，这样完成个人化处理的卡片，就可发给持卡人。

国密非接触IC卡门禁系统建议方案
国密非接触IC卡门禁系统系统图如图所示。
门禁系统由中心服务器、发卡中心、制卡中心、门禁管理计算机、门禁控制器、国密非接触IC卡读卡器、电锁、出门按钮、电源组成、网络通讯器、相关软件组成。
中心服务器集中存放门禁系统的全部数据，包括持卡人信息、权限、进出记录、操作员权限、记录等；
发卡中心完成卡片初始化、密钥装入等；
制卡中心完成卡片个人化处理；
门禁管理计算机完成持卡人的权限分配、实时监控等日常管理。

国密CPU卡工作原理
非接触CPU卡加密算法和随机数发生器与安装在读写设备中的密钥认证卡(SAM卡)相互发送认证的随机数MAC1，SAM卡发送给非接触CPU的随机数MAC2和由非接触CPU卡返回的随机数TAC，可以实现数据传输验证的计算。而MAC1、MAC2和TAC就是同一张非接触CPU卡每次传输的过程中都是不同的，因此无法使用空中接收的办法来破解非接触CPU卡的密钥。