CN101807994A - 一种ic卡应用数据传输的方法及系统 - Google Patents
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Abstract
为了解决现有技术中IC卡应用数据传输安全性较弱的问题，本发明公开了一种IC卡应用数据传输的方法及系统，该方法包括，第一装置接收第二装置生成的第一随机数，第一装置和第二装置使用非对称加密方式的到密钥因子，根据密钥因子生成的传输安全密钥和第一随机数获得第一过程密钥和第二过程密钥，第二装置使用第二过程密钥和第一公共数据进行加密生成第一认证码并向第一装置发送，第一装置对第一认证码进行认证，第二装置根据第一装置认证通过，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据，正是由于通过生成的过程密钥加密应用数据，安全性得到提高。
Description
技术领域
本发明属于数据通信技术领域，特别涉及一种IC卡应用数据传输的方法及系统。
背景技术
目前，我国大部分城市应用了不同规模的公共事业IC卡系统，发卡量不断增多，绝大多数的IC卡应用系统都选择非接触式逻辑加密卡，其应用范围已覆盖公交、地铁、出租、轮渡、自来水、燃气、风景园林及小额消费等领域。但是，很多IC卡应用的安全性都很差，如使用逻辑加密卡的一卡通应用。虽然逻辑加密卡具有防止对卡中信息随意改写功能，当对逻辑加密卡进行操作时必须首先核对卡中密码，只有核对正确，卡中送出正确的状态码应答时，才能对卡进行的操作，由于只进行一次认证，且无其它的安全保护措施，其安全性能很低。更为糟糕的是，在逻辑加密卡的圈存过程中，密钥会以明文形式传输，这样就很容易导致敏感数据的泄露，被第三方非法窃取，给IC卡应用系统带来安全隐患，导致密码的泄露和伪卡的产生。可见在现有的很多IC卡应用中，向IC卡中写入敏感数据或关键数据时，安全性得不到保证，安全性较弱。
发明内容
为了解决现有技术中IC卡应用数据传输安全性较弱的问题，本发明实施例提供了一种IC卡应用数据传输的方法，包括：
第一装置接收第二装置生成并发送的第一随机数和第二装置的公钥；
第一装置生成密钥因子，向第二装置发送由第二装置的公钥加密的密钥因子；
第一装置根据密钥因子和第一随机数获得第一过程密钥；
第二装置通过自身的私钥解密得到密钥因子，根据密钥因子和第一随机数获得第二过程密钥；
第二装置使用第二过程密钥对第一公共数据进行加密生成第一认证码并向第一装置发送；
第一装置使用第一过程密钥和第一公共数据对第一认证码进行认证；
第二装置根据第一认证码认证通过，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
同时本发明实施例还提供一种IC卡应用数据传输的系统，包括：
第一装置，用于接收第二装置生成并发送的第一随机数和第二装置的公钥，并生成密钥因子，向第二装置发送由第二装置的公钥加密的密钥因子，第一装置使用密钥因子和第一随机数获得第一过程密钥，使用第一过程密钥和第一公共数据对第一认证码进行认证；
第二装置，用于通过自身的私钥解密得到密钥因子，使用密钥因子和第一随机数获得第二过程密钥，使用第二过程密钥对第一公共数据进行加密生成第一认证码并向第一装置发送，根据第一认证码认证通过，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
由本发明提供的具体实施方案可以看出，正是通过生成的过程密钥加密应用数据，安全性得到提高。
附图说明
图1为本发明提供的第一实施例系统结构图；
图2为本发明提供的第一实施例方法流程图；
图3为本发明提供的第二实施例方法流程图；
图4为本发明提供的第三实施例方法流程图；
图5为本发明提供的第四实施例系统结构图。
具体实施方式
为了解决现有技术中IC卡应用数据传输安全性较弱的问题的问题，本发明第一实施例是一种IC卡应用数据传输的方法，该方法应用的系统，如图1所示，包含IC卡10和服务器20两个部分，服务器向IC卡发送的应用APDU指令要经过了加密和认证码MAC校验，这样保证数据的传输安全性，APDU指令到达IC卡后，首先解密并校验MAC，然后在IC卡中的APDU指令的安全性由卡片COS保证，以同样的方式保证卡片返回状态字及响应数据的安全性。在服务器向IC卡应用下发APDU指令前，首先由服务器和IC卡交互产生过程密钥，之后的数据传输都在过程密钥的加密下进行。
发卡前要对卡片做个人化操作，向IC卡写入卡片传输安全密钥，传输安全密钥是通过主密钥对卡片信息(如卡片应用序列号)进行密钥分散而得出的。该方法流程图如图2所示，包括以下步骤：
步骤101：服务器端生成一个随机数A。
步骤102：服务器端把随机数A和服务器端公钥放入一条APDU指令中，下发到IC卡。这条APDU同时指示建立安全连接的过程开始。即这条APDU为协商密钥APDU。
步骤103：IC卡生成一个随机数B和密钥因子，密钥因子也是一个随机数。
步骤104：IC卡使用随机数A+随机数B+密钥因子计算过程密钥。密钥计算过程为使用密钥因子对随机数A和随机数B加密。
步骤105：IC卡使用服务器端公钥对密钥因子进行加密，使用RSA算法。
步骤106：IC卡把随机数B和加密后的密钥因子作为密钥协商APDU响应传给服务器端。
步骤107：服务器端使用服务器私钥对加密后的密钥因子进行解密得到密钥因子。
步骤108：服务器端使用随机数A+随机数B+密钥因子计算过程密钥。计算方法和IC卡生成过程密钥一致，即利用密钥因子对随机数A和随机数B加密。
步骤109：服务器使用过程密钥对一些共用数据DATA1计算认证码MAC1，把MAC1值封装在一条APDU指令中，这条指令叫认证APDU。这条认证APDU用来认证协商密钥过程是否被篡改和安全通道是否已经成功建立。
步骤110：服务器端发送认证APDU。
步骤111：IC卡从认证APDU得到MAC1，并使用自己生成的过程密钥和同样的数据DATA1认证MAC1的正确性，如果认证正确，IC卡使用过程密钥对同样的数据DATA1计算MAC2，并把MAC2封装入认证APDU的响应中。如果认证失败，就在认证APDU响应中返回错误状态码。认证MAC1的正确性具体可以是，IC卡使用自己生成的过程密钥加密DATA1得到一个MAC3，比较MAC3和MAC1来认证MAC1的正确性。或者IC卡使用自己生成的过程密钥解密MAC1得到DATA3，比较DATA3和DATA1来认证MAC1的正确性。
步骤112：IC卡发送认证APDU响应。
步骤113：服务器收到认证APDU响应中的状态码为正确，则标志服务器可以使用过程密钥开始工作。并且服务器校验MAC2，具体为使用自己生成的过程密钥和同样的数据DATA2认证MAC2的正确性，如果校验正确，就说明密钥协商过程成功结束。如果校验失败，则说明协商密钥过程出错或者被第三方非法篡改，服务器发起复位操作重新执行步骤101。
第二实施例是一种IC卡应用数据传输的方法，该方法流程图如图3所示，包括以下步骤：
步骤201：IC卡生成一个随机数B。但之前要根据收到的服务器端发送的APDU指令，根据该APDU指令IC卡生成随机数B。
步骤202：IC卡把随机数B和IC卡公钥放入一条APDU指令中，上传到服务器。这条APDU为协商密钥APDU。在执行本方法时，要在IC卡发卡的时候预置一对公私钥。
步骤203：服务器端生成一个随机数A和密钥因子，密钥因子也是一个随机数。
步骤204：服务器端使用随机数A+随机数B+密钥因子计算过程密钥。密钥计算过程为使用密钥因子对随机数A和随机数B加密。
步骤205：服务器端使用IC卡公钥对密钥因子进行加密，使用RSA算法。
步骤206：服务器端把随机数A和加密后的密钥因子作为密钥协商APDU响应传给IC卡。
步骤207：IC卡使用IC卡私钥对加密后的密钥因子进行解密得到密钥因子。
步骤208：IC卡使用随机数A+随机数B+密钥因子计算过程密钥。
步骤209：IC卡使用过程密钥对一些共用数据DATA1计算认证码MAC2，把MAC2值封装在一条APDU指令中，这条指令叫认证APDU。这条认证APDU用来认证协商密钥过程是否被篡改和安全通道是否已经成功建立。
步骤210：IC卡发送认证APDU。
步骤211：服务器端从认证APDU得到MAC2，并使用自己生成的过程密钥和同样的数据DATA1认证MAC2的正确性，如果认证正确，服务器端使用过程密钥对同样的数据DATA1计算MAC1，并把MAC1封装入认证APDU的响应中。如果认证失败，就在认证APDU响应中返回错误状态码。
步骤212：服务器端发送认证APDU响应。
步骤213：IC卡收到认证APDU响应中的状态码为正确，则标志IC卡可以使用过程密钥开始工作。并且IC卡校验MAC1，具体为使用自己生成的过程密钥和同样的数据DATA1认证MAC1的正确性，如果校验正确，就说明密钥协商过程成功结束。如果校验失败，则说明协商密钥过程出错或者被第三方非法篡改，IC卡通知服务器发起复位操作重新执行步骤201。
第三实施例是一种IC卡应用数据传输的方法，以使用逻辑加密卡电子钱包的一卡通网络圈存为例说明IC应用传输安全性的实施方式。
一卡通网络圈系统包括作为IC卡10的一卡通11、作为服务器20的网上充值系统21以及银行服务器30，圈存流程如图4所示：
步骤301：一卡通和网上充值系统协商过程密钥及验证过程密钥正确性。本步骤具体的实施可依据步骤101-步骤112，也可依据步骤201-步骤212。
步骤302：用户向网上充值系统发起圈存请求。
步骤303：由网上充值系统向银行服务器发起扣款请求，并接收银行服务器返回的扣款响应。
步骤304：当网上充值系统收到扣款成功的响应后，网上充值系统向一卡通发起经过程密钥加密的双向认证请求，一卡通解密后向网上充值系统发送经过程密钥加密的钱包双向认证的响应数据。
步骤305：网上充值系统解密经过程密钥加密的钱包双向认证的响应数据确定完成双向认证。
步骤306：网上充值系统下发经过程密钥加密的圈存写卡指令，电子钱包解密，执行圈存写卡指令，并将经过程密钥加密的结果通知到网上充值系统。
在实施传输安全性改造时，首先需要改造一卡通卡片，其次要改造网上充值系统。
原有一卡通卡片上有电子钱包应用，在实施本实施例时，需要增加传输安全模块，这个模块可以是一个软件模块、一个独立应用或者是一个安全芯片及其他软硬件模块，网络圈存时首先由网上充值系统和传输安全模块协商过程密钥，之后所有的指令，包括双向认证、圈存写卡都是由过程密钥加密后发送给传输安全模块，由传输安全模块解密后发送给电子钱包应用。电子钱包应用使用原有电子钱包应用，所以电子钱包的所有业务流程都和之前相同，只有在需要数据安全传输的时候协商过程密钥，然后将原有的指令数据加密封装发送给传输安全模块，由安全传输模块发送给电子钱包应用即可。
网上充值系统需要在原有的圈存流程开始前增加和卡片安全传输模块协商过程密钥的过程，协商过程密钥成功后将原有的卡片指令使用过程密钥加密下发给卡片即可。
本发明第四实施例是一种IC卡应用数据传输的系统，如图5所示，包括：
第一装置401，用于接收第二装置生成并发送的第一随机数和第二装置的公钥，并生成密钥因子，向第二装置发送由第二装置的公钥加密的密钥因子，第一装置使用密钥因子和第一随机数获得第一过程密钥，使用第一过程密钥和第一公共数据对第一认证码进行认证；
第二装置402，通过自身的私钥解密得到密钥因子，使用密钥因子和第一随机数获得第二过程密钥，使用第二过程密钥对第一公共数据进行加密生成第一认证码并向第一装置发送，根据第一认证码认证通过，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
进一步，第一装置401，还用于生成第二随机数并向第二装置发送第二随机数，使用密钥因子、第二随机数和第一随机数获得第一过程密钥；
第二装置402，还用于通过自身的私钥解密得到密钥因子，使用密钥因子、第二随机数和第一随机数获得第二过程密钥。
进一步，第一装置401，还用于当第一认证码认证通过，使用第一过程密钥对第二公共数据进行加密生成第二认证码并向第二装置发送；
第二装置402，具体用于根据第二过程密钥和第二公共数据对第二认证码进行认证通过以及第一装置发送的第一认证码认证通过的响应信息，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
进一步，第一装置401为IC卡，第二装置402为服务器。
进一步，第一装置401为服务器，第二装置402为IC卡。
进一步，第二装置402，还用于根据第一认证码认证未通过，禁止向第一装置401发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (12)
1.一种IC卡应用数据传输的方法，其特征在于，包括：
第一装置接收第二装置生成并发送的第一随机数和第二装置的公钥；
第一装置生成密钥因子，向第二装置发送由第二装置的公钥加密的密钥因子；
第一装置使用密钥因子和第一随机数获得第一过程密钥；
第二装置通过自身的私钥解密得到密钥因子，使用密钥因子和第一随机数获得第二过程密钥；
第二装置使用第二过程密钥对第一公共数据进行加密生成第一认证码并向第一装置发送；
第一装置使用第一过程密钥和第一公共数据对第一认证码进行认证；
第二装置根据第一认证码认证通过，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，
第一装置接收第二装置生成并发送的第一随机数和第二装置的公钥步骤之后还包括：第一装置生成第二随机数并向第二装置发送第二随机数；
第一装置使用密钥因子、第二随机数和第一随机数获得第一过程密钥；
第二装置通过自身的私钥解密得到密钥因子，使用密钥因子、第二随机数和第一随机数获得第二过程密钥。
3.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第一装置使用第一过程密钥和同样的公共数据对第一认证码进行认证步骤后还包括：
当第一认证码认证通过，第一装置使用第一过程密钥对第二公共数据进行加密生成第二认证码并向第二装置发送；
第二装置根据第一认证码认证通过，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据具体为：
第二装置根据第二过程密钥和第二公共数据对第二认证码进行认证通过以及第一装置发送的第一认证码认证通过的响应信息，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
4.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第一装置为IC卡，第二装置为服务器。
5.如权利要求2所述的方法，其特征在于，第一装置为服务器，第二装置为IC卡。
6.如权利要求1所述的方法，其特征在于，第二装置根据第一认证码认证未通过，禁止向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
7.一种IC卡应用数据传输的系统，其特征在于，包括：
第一装置，用于接收第二装置生成并发送的第一随机数和第二装置的公钥，并生成密钥因子，向第二装置发送由第二装置的公钥加密的密钥因子，第一装置使用密钥因子和第一随机数获得第一过程密钥，使用第一过程密钥和第一公共数据对第一认证码进行认证；
第二装置，用于通过自身的私钥解密得到密钥因子，使用密钥因子和第一随机数获得第二过程密钥，使用第二过程密钥对第一公共数据进行加密生成第一认证码并向第一装置发送，根据第一认证码认证通过，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
8.如权利要求6所述的系统，其特征在于，第一装置，还用于生成第二随机数并向第二装置发送第二随机数，使用密钥因子、第二随机数和第一随机数获得第一过程密钥；
第二装置，还用于通过自身的私钥解密得到密钥因子，使用密钥因子、第二随机数和第一随机数获得第二过程密钥。
9.如权利要求7所述的系统，其特征在于，第一装置，还用于当第一认证码认证通过，使用第一过程密钥对第二公共数据进行加密生成第二认证码并向第二装置发送；
第二装置，具体用于根据第二过程密钥和第二公共数据对第二认证码进行认证通过以及第一装置发送的第一认证码认证通过的响应信息，向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
10.如权利要求8所述的系统，其特征在于，第一装置为IC卡，第二装置为服务器。
11.如权利要求8所述的系统，其特征在于，第一装置为服务器，第二装置为IC卡。
12.如权利要求7所述的系统，其特征在于，第二装置，还用于根据第一认证码认证未通过，禁止向第一装置发送通过第二过程密钥加密的IC卡应用数据。
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