如何成功实施非接触CPU卡项目

文章出处：http://www.singbon.com 作者：中国一卡通网 收编   人气： 发表时间：2011年09月27日

    引言 

    随着非接触IC卡技术在国内的逐步推广，非接触应用以其快捷方便的操作方式，日益深入人心，并逐渐成为公共交通、城市通卡建设的首选技术。 

    早期投入应用的非接触IC卡技术多为逻辑加密卡，比如最为著名的Philips公司（现NXP）的Mifare 1卡片。非接触逻辑加密卡技术以其低廉的成本，简明的交易流程，较简单的系统架构，迅速得到了用户的青睐，并得到了快速的应用和发展。据不完全统计，截至去年年底，国内各领域非接触逻辑加密卡的发卡量已经达到数亿张。

    随着非接触逻辑加密卡不断应用的过程，非接触逻辑加密卡技术的不足之处也日益暴露，难以满足更高的安全性和更复杂的多应用的需求。因此，非接触CPU卡技术正成为一种技术上更新换代的选择。 

    一、 系统架构的变化改造

    非接触CPU卡与非接触逻辑加密卡相比，拥有独立的CPU处理器和芯片操作系统，所以可以更灵活的支持各种不同的应用需求，更安全的设计交易流程。但同时，与非接触逻辑加密卡系统相比，非接触CPU卡的系统显得更为复杂，需要进行更多的系统改造，比如密钥管理、交易流程、PSAM卡以及卡片个人化等。

    1.1 密钥管理和认证机制

    众所周知，密钥管理系统（Key Management System），也简称KMS，是IC项目安全的核心。如何进行密钥的安全管理，贯穿着IC卡应用的整个生命周期。非接触逻辑加密卡的安全认证依赖于每个扇区独立的KEYA和KEYB的校验，可以通过扇区控制字对KEYA和KEYB的不同安全组合，实现扇区数据的读写安全控制。 

图1-1 MIFARE I卡片扇区访问控制

    由于KEYA和KEYB的校验机制，只能解决卡片对终端的认证，而无法解决终端对卡片的认证，即我们俗称的“伪卡”的风险，所以通常在采用非接触逻辑加密卡的时候，还会使用卡片认证码的机制。

    而非接触CPU卡可以通过内外部认证的机制，以及像建设部定义的电子钱包的交易流程，高可靠的满足不同的业务流程对安全和密钥管理的需求。对电子钱包圈存可以使用圈存密钥，消费可以使用消费密钥，清算可以使用TAC密钥，更新数据可以使用卡片应用维护密钥，卡片个人化过程中可以使用卡片传输密钥、卡片主控密钥、应用主控密钥等，真正做到一钥一用。

    实施非接触CPU卡项目，可以使用密钥版本的机制，即对于不同批次的用户卡，使用不同版本的密钥在系统中并存使用，达到密钥到期自然淘汰过渡的目的，逐步更替系统中所使用的密钥，防止系统长期使用带来的安全风险。

    实施非接触CPU卡项目，还可以使用密钥索引的机制，即对于发行的用户卡，同时支持多组索引的密钥，假如当前使用的密钥被泄漏或存在安全隐患的时候，系统可以紧急激活另一组索引的密钥，而不用回收和更换用户手上的卡片。

    因此，要成功实施非接触CPU卡项目，需要一个完善的密钥管理系统，能支持多种不同用途的密钥，并支持密钥版本和密钥索引的机制。

    1.2 交易流程

    非接触逻辑加密卡的交易流程比较简单，通过认证KEYA或者KEYB，达到操作的安全权限，然后就直接进行交易操作，增加或者减少钱包金额。
    非接触CPU卡的交易分为圈存交易和消费交易等，不同的交易类型，拥有不同的交易流程和安全机制。在非接触CPU卡的交易中，交易数据与交易过程中的相互认证紧紧结合在了一起，使得交易更加安全和严谨。同时，非接触CPU卡也通过卡内自增的交易流水号以及卡片计算的交易TAC码保证了交易的唯一性和可追踪性。 

图1-2 非接触CPU卡消费交易流程示例

    1.3 PSAM卡

    在非接触逻辑加密卡的系统中，PSAM卡主要使用卡片认证密钥和各扇区的KEYA、KEYB密钥来产生非接触逻辑加密卡操作所需要的各扇区的KEYA和KEYB认证码，交易信息不直接参与运算。

    而在非接触CPU卡系统中，PSAM卡通常用来计算和校验消费交易过程中出现的MAC码，同时在计算的过程中，交易时间、交易金额、交易类型等交易信息也都参与运算，使得交易更安全更可靠。某些情况下，非接触CPU卡系统中的PSAM卡还可以用来支持安全报文更新数据时MAC的计算，以及交易TAC的验证。因此，与非接触逻辑加密卡系统相比，非接触CPU卡系统中的PSAM卡支持更广泛的功能，也更为灵活、安全和复杂。通常非接触CPU卡系统的PSAM卡还支持不同的密钥版本。 

图1-3 建设部PSAM卡MAC1计算初始化指令

    1.4 卡片个人化 

    非接触逻辑加密卡的个人化比较简单，主要包括数据和各扇区KEYA、KEYB的更新，在期间所有敏感数据包括KEYA和KEYB都是直接以明文的形式更新。

    而非接触CPU卡的个人化通常可以分为卡片洗卡和卡片个人化两个独立的流程，前者创建卡片文件结构，后者更新个人化数据，并注入相应的密钥。在信息更新和密钥注入的过程中，通常都采用安全报文的方式，保证数据和密钥更新的正确性和安全性。而且密钥注入的次序和相互保护的依存关系，也充分体现了密钥的安全设计，比如卡片主控密钥通常被用来保护导入应用主控密钥，应用主控密钥通常被用来保护导入其他应用密钥，比如消费密钥等。

    因此，要成功实施非接触CPU卡项目，必须和密钥管理系统配合，建立一套安全和完善的卡片个人化系统，并配备相应的HSM硬件加密机或者密钥母卡，来实现个人化流程中密钥的安全存储和运算。

    二、 项目实施中注意事项

    在非接触CPU卡的推广过程中，也发现了一些需要特别注意和着重解决的问题。

    2.1 卡片与机具的兼容性测试

    首当其冲的是卡片与机具的兼容性问题。虽然ISO和众多规范已经定义了非接触CPU卡和机具终端之间的电气特性和数据协议，但是到目前为止国内众多的非接触CPU卡项目的实施经验，无不显示出卡片与机具的兼容性是一个不容忽视的问题。同一种机具，可能会无法支持不同的卡商的卡片；同一个卡商的卡片，可能在这个机具上能正常交易，在另一个机具上就无法使用。甚至，同一张卡片，和同一个机具，做某一种交易能成功，做另一种交易就失败。究其原因，这里面有不同的卡片和机具提供商对规范的不同理解，也有一些是属于项目实施过程中的历史技术原因。

    因此，要成功实施非接触CPU卡项目，大量的深入的全面的现场测试，是克服卡片和机具兼容性问题的不二法门。

    2.2 多应用扩展和开放平台

    采用非接触CPU卡的一个很重要的原因就是非接触CPU卡可以很好的支持多应用扩展，自定义不同的应用交易流程。在多应用扩展的设计阶段，如何尽量符合已有的规范，更开放的适应不同供应商，是非接触CPU卡项目能否长期顺利的推广的重要保障。封闭式的系统，历史已经证明，都往往是短命的，不成功的，无法大范围推广的失败者，这里面即涉及未来供应商的非充分竞争，也影响了供应商对相应产品开发和投入的长期信心。

    2.3 安全性与交易速度的权衡

    安全性和交易速度，是非接触CPU卡项目中老生常谈的两个问题，也几乎是每个非接触CPU卡项目不得不面对的问题。快捷的交易速度，是采用非接触IC卡技术的一个重要原因。但是，片面追求交易速度，甚至以牺牲安全性为代价，又是一个得不偿失的做法。因为，没有可靠的安全性，也就失去了采用IC卡技术尤其是非接触CPU卡技术的意义。而同时，安全性往往又必然要消耗一定的交易时间，降低了交易的速度。因此，对于安全性和交易速度这一对矛盾体，需要系统的设计者，根据实际的业务需要，好好的权衡和把握，找到两者的平衡点。

    在考虑安全性和交易速度的同时，尤其在进行交易速度优化之后，特别需要进行全面的流程测试和异常交易测试，确保交易速度优化不会造成不同交易各个阶段的影响，甚至产生安全漏洞。这方面的教训，是有很多的。

    结论

    因此，要实施非接触CPU卡项目，多方面的考虑系统的实际需求和各种因素，充分做好系统改造的技术认证和规划设计，切实研究实施过程中的诸多技术问题，是项目成功的重要前提和保障。