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WO2014139408A1 - 一种终端主密钥tmk安全下载方法及系统 - Google Patents

一种终端主密钥tmk安全下载方法及系统 Download PDF

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Publication number
WO2014139408A1
WO2014139408A1 PCT/CN2014/073220 CN2014073220W WO2014139408A1 WO 2014139408 A1 WO2014139408 A1 WO 2014139408A1 CN 2014073220 W CN2014073220 W CN 2014073220W WO 2014139408 A1 WO2014139408 A1 WO 2014139408A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
key
terminal
random number
authentication
module
Prior art date
Application number
PCT/CN2014/073220
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
孟陆强
苏文龙
彭建忠
Original Assignee
福建联迪商用设备有限公司
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Priority claimed from CN2013100846735A external-priority patent/CN103220271A/zh
Priority claimed from CN2013100843972A external-priority patent/CN103237004A/zh
Priority claimed from CN2013100846538A external-priority patent/CN103237005A/zh
Priority claimed from CN2013100846716A external-priority patent/CN103220270A/zh
Application filed by 福建联迪商用设备有限公司 filed Critical 福建联迪商用设备有限公司
Publication of WO2014139408A1 publication Critical patent/WO2014139408A1/zh

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    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
    • G06Q—INFORMATION AND COMMUNICATION TECHNOLOGY [ICT] SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES; SYSTEMS OR METHODS SPECIALLY ADAPTED FOR ADMINISTRATIVE, COMMERCIAL, FINANCIAL, MANAGERIAL OR SUPERVISORY PURPOSES, NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
    • G06Q20/00—Payment architectures, schemes or protocols
    • G06Q20/08—Payment architectures
    • G06Q20/20—Point-of-sale [POS] network systems
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • H04L9/321—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials involving a third party or a trusted authority
    • G—PHYSICS
    • G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
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    • H04L9/0816—Key establishment, i.e. cryptographic processes or cryptographic protocols whereby a shared secret becomes available to two or more parties, for subsequent use
    • H04L9/0819—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s)
    • H04L9/0825—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s) using asymmetric-key encryption or public key infrastructure [PKI], e.g. key signature or public key certificates
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
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    • H04L9/083—Key transport or distribution, i.e. key establishment techniques where one party creates or otherwise obtains a secret value, and securely transfers it to the other(s) involving central third party, e.g. key distribution center [KDC] or trusted third party [TTP]

Definitions

  • the present invention relates to the field of electronic payment, and in particular, to a method and system for securely downloading a terminal master key TMK.
  • Bank card (BANK Card) is becoming more and more popular as a payment instrument.
  • the usual bank card payment system includes a point of sale terminal (Point Of Sale, POS), POS Acquiring System (POSP), PIN PAD and Hardware Encryption (Hardware and Security) Module, HSM).
  • the POS terminal can accept the bank card information, has the communication function, and accepts the instructions of the teller to complete the financial transaction information and the related information exchange device; the POS acquiring system performs centralized management on the POS terminal, including parameter downloading, key downloading, accepting, Processing or forwarding the transaction request of the POS terminal, and sending back the transaction result information to the POS terminal, which is a centralized management and transaction processing system; the password keyboard (PIN) PAD) is a security device that securely stores keys related to various financial transactions and encrypts PINs.
  • the hardware encryption machine (HSM) is a peripheral hardware device that encrypts transmitted data and is used for encryption of PINs. Decrypt, verify the correctness of the message and file source, and store the key.
  • Personal identification number (Personal Identification Number, PIN), which is the personal information, is the data information identifying the legality of the cardholder's identity in online transactions. It is not allowed to appear in plain text in any part of the computer and network system; terminal master key (Terminal) Master Key, TMK), when the POS terminal works, the master key for encrypting the work key is encrypted and stored in the system database; the POS terminal is widely used in bank card payment occasions, such as vendor shopping, hotel accommodation, etc. The lack of modern means of payment has been integrated into the various situations of people's lives. Bank cards, especially debit cards, generally have a PIN set by the cardholder.
  • the POS terminal In the process of payment, the POS terminal not only sends the track information of the bank card, but also the cardholder to input the PIN for the card issuing bank to verify.
  • the legality of the cardholder’s identity ensures the security of the payment of the bank card and protects the property of the cardholder.
  • it In order to prevent the PIN from being leaked or cracked, it is required to securely encrypt the PIN from the terminal to the issuing bank during the entire information exchange process. It is not allowed to appear in the clear text in any part of the computer network system, so the input PIN is currently accepted.
  • the POS terminal requires a key management system.
  • TMK terminal master key
  • WK work key
  • TMK encrypts WK.
  • Each POS terminal has a unique TMK, which must be secure, ensure that it can only be written to the device and participate in calculations, and cannot be read.
  • TMK is a key root key. If TMK is intercepted, the work key is easier. Being cracked will seriously threaten the security of bank card payments. Therefore, whether the TMK can be safely downloaded to the POS terminal becomes the key to the security of the entire POS terminal.
  • the download of the terminal master key must be controlled in the security room of the management center to manually download the terminal master key.
  • the maintenance center has a large workload; after the equipment leaves the factory, it needs to be transported to the security center of the management center to download the key to be deployed to the merchant, and the transportation cost increases; in order to concentrate the download of the key, a large amount of manpower and working time are required, and the maintenance cost is large. , long maintenance period and other issues.
  • a method for securely downloading a terminal master key TMK includes the steps of: S1, a process in which a KMS system transmits a public key Pu to a POS terminal; and S2, a process in which the POS terminal encrypts the transmission key TK by using the public key Pu and uploads it to the KMS system.
  • Step S3 the POS terminal downloads the process of the master key TMK encrypted by the transmission key TK from the KMS system; wherein the specific steps of the step S1 include: S11, the KMS system calls the hardware encryption machine to generate the public key Pu And the private key Pr; S12, the operation terminal and the KMS system perform mutual authentication through the CA center; S13, after the authentication is passed, the KMS system sends the public key Pu to the POS terminal through the operation terminal and stores it in the password keyboard; Step S2 specifically includes: S21.
  • the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to generate a symmetric transmission key TK, where the transmission key TK includes a transmission encryption key TEK and a transmission authentication key AUK; S22, and the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to use the public key Pu.
  • the transmission key TK includes a transmission encryption key TEK and a transmission authentication key AUK; S22, and the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to use the public key Pu.
  • the encrypted transmission key TK generates a transmission key ciphertext Ctk_Pu;
  • S23 the operation terminal transmits the transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the KMS
  • the S24 and the KMS system store the terminal serial number SN and the transmission key ciphertext Ctk_Pu in the KMS database in association with each other;
  • the step S3 specifically includes: S31, the POS terminal sets the terminal serial number SN And downloading the master key application to send to the KMS system;
  • S32 the KMS system receives the terminal serial number SN sent by the POS terminal After downloading the master key request, querying the transmission key ciphertext Ctk_Pu corresponding to the terminal serial number SN;
  • S33 the KMS system calls the hardware encryption machine to decrypt the transmission key ciphertext Ctk_Pu using the private key Pr to obtain the transmission key TK;
  • S34 After obtaining the transmission key TK, the KMS system calls the hardware encryption machine to
  • the KMS system calls the hardware encryption machine to use the transmission encryption key TEK to encrypt the terminal master key TMK to generate the master.
  • the key ciphertext Ctmk_tk and the master key ciphertext Ctmk_tk are sent to the POS terminal; S36, the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to decrypt the master key ciphertext Ctmk_tk using the transport encryption key TEK to obtain the terminal master key TMK and the terminal master key TMK is stored in the PIN pad.
  • a terminal master key TMK security download system includes a hardware encryption machine, a POS terminal, an operation terminal, a CA center, and a KMS system; the POS terminal includes a TK generation module, a first TK upload module, and a master key download request module.
  • the CA center includes a CA authentication module; the public and private key issuing module is used to invoke a hardware encryption machine to generate a public key Pu.
  • the CA authentication module is used for the operation terminal and the KMS system to perform mutual authentication through the CA center;
  • the public and private key issuance module is configured to send the public key Pu to the POS terminal through the operation terminal and store it in the operation terminal after the authentication is passed.
  • the TK generating module is configured to invoke a cryptographic keyboard to generate a symmetric transmission key TK, the transmission key TK includes a transmission encryption key TEK and a transmission authentication key AUK; and the first TK uploading module is used to invoke a cryptographic keyboard.
  • the encrypted transport key TK generates a transport key ciphertext Ctk_Pu;
  • the second TK upload module is configured to send the transport key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the KMS
  • the TK receiving module is configured to store the terminal serial number SN and the transport key ciphertext Ctk_Pu in the KMS database in association;
  • the master key download request module is configured to use the terminal serial number SN And downloading the master key request to send to the KMS system;
  • the request response module is used when the KMS system receives the terminal serial number SN sent by the POS terminal And after downloading the master key application, querying the transmission key ciphertext Ctk_Pu corresponding to the terminal serial number SN;
  • the request response module is configured to invoke the hardware encryption machine to decrypt the transmission key ciphertext Ctk_Pu using the private key Pr to obtain the transmission key TK;
  • the authentication A module and the two-way authentication B module are used to invoke the hardware encryption
  • the machine uses the transport encryption key TEK to encrypt the terminal master key TMK to generate the master key ciphertext Ctmk_tk and sends the master key ciphertext Ctmk_tk to the POS terminal; the TMK receiving module is used to invoke the cryptographic keyboard to decrypt the primary key using the transport encryption key TEK.
  • the key ciphertext Ctmk_tk obtains the terminal master key TMK and stores the terminal master key TMK in the PIN pad.
  • the invention has the beneficial effects that the present invention uploads the transmission key TK through the POS terminal, encrypts the terminal master key TMK by the TK, and downloads it to the PIN terminal of the POS terminal, thereby realizing the POS terminal remote download terminal master key TMK.
  • the POS terminal is prevented from being distributed to the merchant by centrally downloading the master key, thereby reducing the logistics cost and the centralized download and maintenance cost.
  • collecting and uploading TK through the operation terminal improves the time efficiency of TK collection and uploading, and also strengthens the process control of TK collection and uploading, which effectively ensures the legality of uploading TK.
  • the identity authentication between the operation terminal and the KMS system is performed through the CA center, thereby ensuring that both sides of the data transmission are legal, thereby effectively preventing the pseudo terminal from stealing the terminal master key TMK.
  • FIG. 1 is a structural block diagram of a terminal master key TMK secure download system according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a structural block diagram of the two-way authentication A module of FIG. 1;
  • FIG. 3 is a structural block diagram of the bidirectional authentication B module of FIG. 1;
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for securely downloading a terminal master key TMK according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 5 is a specific flow chart of step S1 in Figure 4.
  • FIG. 6 is a specific flow chart of step S2 in Figure 4.
  • FIG. 7 is a detailed flow chart of step S3 of Figure 4.
  • 10 POS terminal; 20: operation terminal; 30: KMS system; 40: CA center; 50: hardware encryption machine; 101: TK generation module; 102: first TK upload module; 103: master key download request module; 104: TMK receiving module; 105: two-way authentication A module; 201: a second TK uploading module; 301: public and private key issuing module; 302: TK receiving module; 303: request response module; 304: two-way authentication B module; 305: TMK sending module; 401: CA authentication module; 1051: first random number generating unit; 1052: first data transceiving unit; 1053: first encrypting and decrypting unit; 1054: first judging unit; 3041: second random number generating unit; 3042: second data transceiving unit; 3043: second encrypting and decrypting unit; 3044: second judging unit.
  • AUK Authentication Key Abbreviation, the authentication key, used for mutual authentication between PINPAD and the key management system KMS;
  • CA Center The so-called CA (Certificate Authority) Center, which uses PKI (Public Key) Infrastructure) Public Key Infrastructure Technology, which provides network identity authentication services, is responsible for issuing and managing digital certificates, and is an authoritative and impartial third-party trust organization that acts like a company that issues documents in real life.
  • PKI Public Key
  • HSM High Security Machine, high security device, which is a hardware encryption machine in this system
  • KMS system Key Management System, key management system for managing terminal master key TMK;
  • MAK short for Mac Key, which is the MAC calculation key.
  • MTMS full name Material Tracking Management System, material traceability management system, mainly used in factory production;
  • PIK short name of Pin Key, that is, Pin encryption key, which is a kind of work key
  • PINPAD password keyboard
  • PK Short for Protect Key, the protection key, negotiated with the customer to determine the 24-byte symmetric key.
  • MTMS/TCS Encrypted transmission of TK with KMS;
  • POS Short for Point Of Sale, which is the sales terminal
  • SNpinpad the serial number of the PIN pad. When PINPAD is built-in, it is the same as the serial number SNpos of the POS terminal.
  • SN the serial number of the POS terminal
  • TEK Transmission Encrypt The abbreviation of Key, that is, transmission encryption key, 24-byte symmetric key, used for encrypted transmission of TMK between PINPAD and key management system KMS;
  • TK Transmission The abbreviation of Key, that is, the transmission key.
  • the transport key is composed of a transport encryption key TEK and a mutual authentication key AUK;
  • TMS Terminal Management System Abbreviation, that is, terminal management system, used to complete POS terminal information management, software and parameter configuration, remote download, terminal operation status information collection management, remote diagnosis and other functions;
  • TMK Terminal Master
  • the abbreviation of Key that is, the terminal master key, is used for encrypted transmission of the work key between the POS terminal and the payment acquiring system;
  • Security room A room with a high security level for storing servers. This room requires authentication before it can enter.
  • Smart IC card It is a CPU card.
  • the integrated circuit in the card includes a central processing unit CPU, a programmable read-only memory EEPROM, a random access memory RAM, and an in-card operating system COS (Chip) which is solidified in a read-only memory ROM. Operating System), the data in the card is divided into external reading and internal processing.
  • Symmetric key Both parties that send and receive data must use the same key to encrypt and decrypt the plaintext.
  • Symmetric key encryption algorithms mainly include: DES, 3DES, IDEA, FEAL, BLOWFISH, and so on.
  • Asymmetric Key An asymmetric encryption algorithm requires two keys: a public key (Private key) and a private key (Public key) Key). The public key and the private key are a pair. If the data is encrypted with the public key, only the corresponding private key can be used for decryption; if the data is encrypted with the private key, only the corresponding public key can be used. Decrypt. Because encryption and decryption use two different keys, this algorithm is called an asymmetric encryption algorithm.
  • the basic process of asymmetric information exchange for asymmetric encryption is: Party A generates a pair of keys and exposes one of them as a public key to other parties; Party B, which obtains the public key, uses the key to perform confidential information.
  • Party A After encryption, it will be sent to Party A; Party A will decrypt the encrypted information with another private key saved by Party A.
  • Party A may use Party B's public key to encrypt the confidential information and then send it to Party B; Party B then uses its own private key to decrypt the encrypted information.
  • the main algorithms are RSA, Elgamal, backpack algorithm, Rabin, D-H, ECC (elliptic curve encryption algorithm).
  • RSA An asymmetric key algorithm.
  • the RSA public key encryption algorithm was in 1977 by Ron Rivest, Adi Shamirh Developed by Len Adleman (Massachusetts Institute of Technology, USA).
  • the RSA is named after the name of the three of them.
  • RSA It is currently the most influential public key encryption algorithm, it can resist all the password attacks known so far, and has been recommended by ISO as the public key data encryption standard.
  • RSA The algorithm is based on a very simple theory of numbers: it is easy to multiply two large prime numbers.
  • the RSA algorithm is the first algorithm that can be used for both encryption and digital signatures, and is easy to understand and operate.
  • RSA It is the most widely studied public key algorithm. It has been tested by various attacks for more than 30 years from the present to the present, and it is gradually accepted as one of the best public key solutions.
  • TDES Triple-DES DES is a symmetric encryption algorithm with a key of 8 bytes. TDES is based on DES The encryption algorithm whose key is 16 bytes or 24 bytes. TDES/3DES is the abbreviation of English TripleDES (ie triple data encryption standard), DES is English Data Acronym for Encryption Standard. DES is a symmetric key encryption algorithm, that is, the encryption algorithm with the same data encryption key and decryption key. DES by IBM The company was developed and made public in the 1970s and subsequently adopted by the US government and recognized by the US National Bureau of Standards and the American National Standards Institute (ANSI). TDES/3DES is DES A pattern of encryption algorithms that uses three 64-bit keys to encrypt data three times. Is a safer variant of DES.
  • the present invention adopts a new master key downloading scheme, and randomly generates a TK (Transmission) through a POS terminal. Key, transport key), save the generated TK in the PIN terminal of the POS terminal, and transfer the TK to the KMS (Key Management) through various transmission modes required in various application scenarios.
  • the KMS system uses the TK to encrypt the terminal master key TMK, and sends the encrypted terminal master key ciphertext to the POS terminal, and the POS terminal receives the TK to the master key.
  • the text is decrypted to obtain the terminal master key TMK, and the terminal master key TMK is saved in the password keyboard.
  • the terminal master key TMK is encrypted by TK, so that the TMK can be remotely transmitted, and the secure download of the TMK is facilitated.
  • the TK generated by the POS terminal is collected by the operation terminal, and the operation terminal is responsible for transmitting the TK to the KMS system.
  • the TK can be conveniently collected by the operation terminal (such as one-key acquisition, etc.) and TK acquisition. Permission management.
  • the terminal master key there may be aft of the terminal master key through the pseudo operation terminal when uploading the TK and downloading the terminal master key TMK.
  • TMK therefore, requires a terminal master key TMK secure download scheme that can authenticate the delivery of two-way identity when transmitting the TK or TMK.
  • the terminal master key TMK security download system includes a hardware encryption machine 50, a POS terminal 10, an operation terminal 20, a CA center 40, and a KMS system 20;
  • the POS terminal 10 includes a TK generation module 101, a first TK upload module 102,
  • the operation terminal 20 includes a second TK uploading module 201
  • the KMS system 30 includes a public-private key issuing module 301, a TK receiving module 302,
  • the CA center 40 includes a CA authentication module 401.
  • the public key issuing module 301 is configured to invoke the hardware encryptor 50 to generate the public key Pu and the private key Pr;
  • the CA authentication module 401 is configured to perform bidirectional authentication by the CA terminal 30 and the KMS system 30 through the CA center 40;
  • the public key issuing module 301 is configured to send the public key Pu to the POS terminal 10 through the operation terminal 20 and store it in the PIN pad after the authentication is passed;
  • the TK generating module 101 is configured to invoke a cryptographic keyboard to generate a symmetric transmission key TK, where the transmission key TK includes a transmission encryption key TEK and a transmission authentication key AUK;
  • the first TK uploading module 102 is configured to invoke a cryptographic keyboard to encrypt the transmission key TK using the public key Pu. Generating a transmission key ciphertext Ctk_Pu;
  • the second TK uploading module 201 is configured to send the transport key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the KMS system;
  • the TK receiving module 302 is configured to store the terminal serial number SN and the transport key ciphertext Ctk_Pu in the KMS database in association with each other;
  • the master key download request module 103 is configured to send the terminal serial number SN and the download master key request to the KMS system 30;
  • the request response module 303 is configured to receive the terminal serial number SN sent by the POS terminal 10 when the KMS system 30 receives the SN And after downloading the master key application, query the transmission key ciphertext Ctk_Pu corresponding to the terminal serial number SN;
  • the request response module 303 is configured to invoke the hardware encryption machine 50 to decrypt the transmission key ciphertext Ctk_Pu using the private key Pr to obtain the transmission key TK;
  • the two-way authentication A module 105 and the two-way authentication B module 304 are used to invoke the hardware encryption machine 50 to perform mutual authentication with the POS terminal 10 using the authentication key AUK after the KMS system 30 obtains the transmission key TK;
  • the TMK sending module 305 is configured to, when the two-way authentication is passed, invoke the hardware encryption machine 50 to use the transmission encryption key TEK to encrypt the terminal master key TMK to generate the master key ciphertext Ctmk_tk and send the master key ciphertext Ctmk_tk to the POS terminal 10;
  • the TMK receiving module 104 is configured to call the cryptographic keyboard to decrypt the master key ciphertext Ctmk_tk using the transport encryption key TEK to obtain the terminal master key TMK and store the terminal master key TMK in the PIN pad.
  • the operation terminal 20 further includes an operator card and an administrator card;
  • the CA authentication module 401 is further configured to generate an operator card certificate and an administrator card certificate, and is configured to store the operator card certificate in the operator card and store the administrator card certificate in the management card;
  • the operator card and the administrator card are used when the operation terminal 20 reads the operator card and the administrator card inserted in the operation terminal, and passes the CAC 40 to legalize the operator certificate and the administrator certificate. Authorization operates the operation terminal 20.
  • the operation card is restricted by the operator card and the administrator, so that only the operator holding the operator card can collect the transmission key TK of the POS terminal 10 under the authorization of the administrator, thereby ensuring the transmission density.
  • the key TK will not be collected arbitrarily, effectively guaranteeing the true validity of the uploaded TK.
  • the operation terminal 20 further includes a packaging module, where the packaging module is configured to package the received transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN and use an operator card to sign;
  • the KMS system 30 further includes a verification module, and the verification module is configured to verify the signature of the packaging module when receiving the transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN transmitted by the TK collection unit. Legitimacy, and for storing the terminal sequence number SN and the transport key ciphertext Ctk_Pu in the SN-Key_KMS database when the check is legal.
  • the packet transmission module packs and signs the collected transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN, and can trace back to which operator operation the TK information is generated, so it can be judged according to the validity of verifying the signature. Whether the uploaded transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN are legal, strengthens the collection and transmission management of the transmission key TK, and prevents the pseudo terminal from uploading the pseudo transmission key TK.
  • FIG. 2 is a structural block diagram of the bidirectional authentication A module of FIG. 1
  • FIG. 3 is a structural block diagram of the bidirectional authentication B module of FIG. 1
  • the two-way authentication A module 105 includes a first random number generating unit 1051, a first data transceiving unit 1052, a first encryption and decryption unit 1053, and a first judging unit 1054
  • the bidirectional authentication B module 304 includes a second random number generating unit. 3041.
  • the first random number generating unit 1051 is configured to generate a first random number Rnd1; the first data transceiving unit 1052 is configured to send the generated first random number Rnd1 to the KMS system 30; and the second data transceiving unit 3042 is configured to receive the first random number The number Rnd1; the second random number generating unit 3041 is configured to generate a random number second Rnd2 when receiving the first random number Rnd1; the second encryption and decryption unit 3043 is configured to invoke hardware encryption when receiving the first random number Rnd1
  • the machine 50 encrypts the first random number Rnd1 by using the transmission authentication key AUK to obtain the first random number ciphertext Crnd1; the second data transceiving unit 3042 is configured to send the first random number ciphertext Crnd1 and the second random number Rnd2 to the POS terminal 10. ;
  • the first encryption/decryption unit 1053 is configured to decrypt the received first random number ciphertext Crnd1 using the transmission authentication key AUK to obtain the third random number Rnd1' when receiving the first random number ciphertext Crnd1 and the second random number Rnd2.
  • the first determining unit 1054 is configured to determine whether the third random number Rnd1' is consistent with the first random number Rnd1;
  • the first encryption and decryption unit 1053 is configured to generate a second random number ciphertext by using the transmission authentication key AUK to encrypt the second random number Rnd2 when the first determining unit determines that the third random number Rnd1' is consistent with the first random number Rnd1. Crnd2; the first data transceiver unit 1052 is configured to send the second random number ciphertext Crnd2 to the KMS system 30;
  • the second encryption/decryption unit 3043 is configured to, when receiving the second random number ciphertext Crnd2, invoke the hardware encryption machine 50 to decrypt the received second random number ciphertext Crnd2 using the transmission authentication key AUK to obtain the fourth random number Rnd2',
  • the second determining unit 3044 is configured to determine whether the fourth random number Rnd2' is consistent with the second random number Rnd2, and when determining that the fourth random number Rnd2' is consistent with the second random number Rnd2, confirm that the KMS system 30 and the POS terminal 10 are The two-way authentication passed.
  • FIG. 4 is a flowchart of a method for securely downloading a terminal master key TMK according to an embodiment of the present invention. The method includes the following steps:
  • the POS terminal downloads the process of the master key TMK encrypted by the transmission key TK from the KMS system.
  • step S1 specifically includes the following steps:
  • the KMS system calls the hardware encryption machine to generate the public key Pu and the private key Pr;
  • the operation terminal and the KMS system perform mutual authentication through the CA center;
  • the KMS system After the authentication is passed, the KMS system sends the public key Pu to the POS terminal through the operation terminal and stores it in the password keyboard.
  • step S2 specifically includes the following steps:
  • the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to generate a symmetric transmission key TK, and the transmission key TK includes a transmission encryption key TEK and a transmission authentication key AUK;
  • the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to generate the transmission key ciphertext Ctk_Pu using the public key Pu encryption transmission key TK;
  • the operation terminal sends the transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the KMS system.
  • the KMS system stores the terminal serial number SN and the transmission key ciphertext Ctk_Pu in the KMS database in association with each other;
  • step S3 specifically includes the following steps:
  • the POS terminal sends the terminal serial number SN and the download master key request to the KMS system.
  • the KMS system receives the terminal serial number SN sent by the POS terminal. And after downloading the master key application, query the transmission key ciphertext Ctk_Pu corresponding to the terminal serial number SN;
  • the KMS system calls the hardware encryption machine to decrypt the transmission key ciphertext Ctk_Pu using the private key Pr to obtain the transmission key TK;
  • the SMS and the KMS system call the hardware encryption machine to perform mutual authentication with the POS terminal by using the authentication key AUK;
  • the KMS system invokes the hardware encryption machine to generate the master key ciphertext Ctmk_tk by using the transport encryption key TEK to encrypt the terminal master key TMK and send the master key ciphertext Ctmk_tk to the POS terminal;
  • the POS terminal invokes the cryptographic keyboard to decrypt the master key ciphertext Ctmk_tk using the transport encryption key TEK to obtain the terminal master key TMK and store the terminal master key TMK in the PIN pad.
  • the operation terminal and the KMS system perform mutual authentication through the CA center; after the authentication is passed, the KMS system sends the public key Pu to the POS terminal through the operation terminal and stores it in the password keyboard.
  • the KMS system sends the public key Pu and KMS identification information to the CA center.
  • the CA center uses the root certificate corresponding private key to sign the public key Pu and KMS system identification information, generates a digital certificate Crt_kms and sends the Crt_kms to the KMS system, and the KMS system stores The Crt_kms;
  • the KMS system sends the digital certificate Crt_kms to the operation terminal;
  • the operation terminal verifies the legality of the work certificate Crt_kms by using the root certificate HsmRCRT pre-installed on the burning chip.
  • the operation terminal sends the transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the KMS.
  • the system also includes the steps of authorizing the operator card and the administrator card to operate the operation terminal, including:
  • the operation terminal reads the operator card and the administrator card inserted in the operation terminal, and authenticates the operator certificate and the administrator certificate through the CA center, and allows the operation terminal to operate after the authentication is passed.
  • the operation terminal sends the transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the KMS system.
  • the method further includes:
  • the POS terminal sends the transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the operation terminal;
  • the operation terminal packages the received transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN and signs with the operator card, and sends the signed transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal serial number SN to the KMS system;
  • the KMS system stores the terminal serial number SN and the transport key ciphertext Ctk_Pu in association with the KMS. "In the database” also includes:
  • the KMS system first checks the validity of the signature when receiving the transmission key ciphertext Ctk_Pu and the terminal sequence number SN. If it is legal, the terminal sequence number SN and the transmission key ciphertext Ctk_Pu are stored in association with the SN-Key_KMS database.
  • the “KMS system obtains the transmission key TK and then invokes the hardware encryption machine to use the authentication key AUK to perform mutual authentication with the POS terminal”, and specifically includes:
  • the POS terminal generates a first random number Rnd1 and sends the first random number Rnd1 to the KMS system;
  • the KMS system After receiving the first random number Rnd1, the KMS system generates a random number second Rnd2, and calls the hardware encryptor to encrypt the first random number Rnd1 by using the authentication key AUK to obtain the first random number ciphertext Crnd1, and the first random number ciphertext Crnd1 and the first Two random numbers Rnd2 are sent to the POS terminal;
  • the POS terminal decrypts the received first random number ciphertext Crnd1 using the authentication key AUK to obtain a third random number Rnd1', and determines whether the third random number Rnd1' is consistent with the first random number Rnd1:
  • the POS terminal encrypts the second random number Rnd2 using the authentication key AUK to generate the second random number ciphertext Crnd2, and sends the second random number ciphertext Crnd2 to the KMS system. ;
  • the KMS system calls the hardware encryptor to decrypt the received second random number ciphertext Crnd2 using the authentication key AUK to obtain the fourth random number Rnd2', and determines whether the fourth random number Rnd2' is consistent with the second random number Rnd2;
  • the original Chiha value of TK is calculated when the transmission key TK is generated, and the Chia value of TK is first checked each time the TK is stored, transmitted, or used, and TK can be used when the check is passed.
  • TK By verifying the Chia value of TK, it is possible to prevent the storage device from being abnormal and causing the stored data to be incorrect, and to determine whether the key is correct.
  • the invention has the beneficial effects that the present invention uploads the transmission key TK through the POS terminal, encrypts the terminal master key TMK by the TK, and downloads it to the PIN terminal of the POS terminal, thereby realizing the POS terminal remote download terminal master key TMK.
  • the POS terminal is prevented from being distributed to the merchant by centrally downloading the master key, thereby reducing the logistics cost and the centralized download and maintenance cost.
  • collecting and uploading TK through the operation terminal improves the time efficiency of TK collection and uploading, and also strengthens the process control of TK collection and uploading, which effectively ensures the legality of uploading TK.
  • the master key TMK of the present invention is generated by the KMS system, thus facilitating subsequent maintenance and management of the master key TMK by the KMS system. Further, when the POS terminal uploads the TK and the next, the identity authentication between the operation terminal and the KMS system is performed through the CA center, thereby ensuring that both sides of the data transmission are legal, thereby effectively preventing the pseudo terminal from stealing the terminal master key TMK.

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Abstract

本发明公开一种终端主密钥TMK安全下载方法及系统，包括步骤：KMS系统与操作终端通过CA中心进行身份认证，认证通过后将公私钥对的私钥Pu通过操作终端发送给POS终端；POS终端产生TK，并通过操作终端将TK传输给KMS系统，KMS系统使用TK中的认证密钥AUK与POS终端进行身份认证，认证通过后将TMK加密后传送给POS终端。本发明的有益效果为：通过上传TK，由TK加密TMK后进行下载，实现POS终端远程下载TMK；通过操作终端上传TK提高了TK上传的时间效率；通过CA中心对操作终端与KMS系统的身份认证加强了TK的安全传输。

Description

一种终端主密钥TMK安全下载方法及系统
技术领域
本发明涉及电子支付领域，尤其涉及一种终端主密钥TMK安全下载方法及系统。
背景技术
银行卡（BANK Card）作为支付工具越来越普及，通常的银行卡支付系统包括销售点终端（Point Of Sale，POS）、POS收单系统（POSP）、密码键盘（PIN PAD）和硬件加密机（Hardware and Security Module，HSM）。其中POS终端能够接受银行卡信息，具有通讯功能，并接受柜员的指令完成金融交易信息和有关信息交换的设备；POS收单系统对POS终端进行集中管理，包括参数下载，密钥下载，接受、处理或转发POS终端的交易请求，并向POS终端回送交易结果信息，是集中管理和交易处理的系统；密码键盘（PIN PAD）是对各种金融交易相关的密钥进行安全存储保护，以及对PIN进行加密保护的安全设备；硬件加密机（HSM）是对传输数据进行加密的外围硬件设备，用于PIN的加密和解密、验证报文和文件来源的正确性以及存储密钥。个人标识码（Personal Identification Number，PIN），即个人密码，是在联机交易中识别持卡人身份合法性的数据信息，在计算机和网络系统中任何环节都不允许以明文的方式出现；终端主密钥（Terminal Master Key，TMK），POS终端工作时，对工作密钥进行加密的主密钥，加密保存在系统数据库中；POS终端广泛应用于银行卡支付场合，比如厂商购物、酒店住宿等，是一种不可或缺的现代化支付手段，已经融入人们生活的各种场合。银行卡，特别是借记卡，一般都由持卡人设置了PIN，在进行支付过程中，POS终端除了上送银行卡的磁道信息等资料外，还要持卡人输入PIN供发卡银行验证持卡人的身份合法性，确保银行卡支付安全，保护持卡人的财产安全。为了防止PIN泄露或被破解，要求从终端到发卡银行整个信息交互过程中，全程对PIN进行安全加密保护，不允许在计算机网络系统的任何环节，PIN以明文的方式出现，因此目前接受输入PIN的POS终端都要求配备密钥管理体系。
POS终端的密钥体系分成二级：终端主密钥（TMK）和工作密钥（WK）。其中TMK对WK进行加密保护。每台POS终端拥有唯一的TMK，必须要有安全保护，保证只能写入设备并参与计算，不能读取；TMK是一个很关键的根密钥，如果TMK被截取，工作密钥就比较容易被破解，将严重威胁银行卡支付安全。所以能否安全下载TMK到POS终端，成为整个POS终端安全性的关键。
为防范密钥泄露风险，终端主密钥的下载必须控制在管理中心的安全机房进行，通过人工集中下载终端主密钥。从而带来维护中心机房工作量大；设备出厂后需要运输到管理中心安全机房下载密钥才能部署到商户，运输成本上升；为了集中下装密钥，需要大量的人手和工作时间，维护成本大、维护周期长等问题。
发明内容
为解决上述技术问题，本发明采用的一个技术方案是：
一种终端主密钥TMK安全下载方法，包括步骤：S1、KMS系统将公钥Pu下传至POS终端的流程；S2、POS终端使用公钥Pu加密传输密钥TK并上传至KMS系统的流程；S3、POS终端从KMS系统下载经过传输密钥TK加密的主密钥TMK的流程；其中，步骤S1具体步骤包括：S11、KMS系统调用硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr；S12、操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；S13、认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；步骤S2具体包括：S21、POS终端调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；S22、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成传输密钥密文Ctk_Pu；S23、操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统；S24、KMS系统将终端序列号SN 和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS 数据库中；步骤S3具体包括：S31、POS 终端将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统；S32、KMS系统接收到POS 终端发送的终端序列号SN 和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；S33、KMS系统调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；S34、KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；S35、如果认证通过，KMS系统调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；S36、POS终端调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
本发明的另一技术方案是：
一种终端主密钥TMK安全下载系统，包括硬件加密机、POS终端、操作终端、CA中心以及KMS系统；所述POS终端包括TK产生模块、第一TK上传模块、主密钥下载请求模块、双向认证A模块、TMK接收模块，所述操作终端包括第二TK上传模块，所述KMS系统包括公私钥下发模块、TK接收模块、请求响应模块、双向认证B模块、TMK发送模块，所述CA中心包括CA认证模块；公私钥下发模块用于调用硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr；CA认证模块用于操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；公私钥下发模块用于当所述认证通过后，将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；TK产生模块用于调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；第一TK上传模块用于调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成传输密钥密文Ctk_Pu；第二TK上传模块用于将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统；TK接收模块用于将终端序列号SN 和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS 数据库中；主密钥下载请求模块用于将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统；请求响应模块用于当KMS系统接收到POS 终端发送的终端序列号SN 和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；请求响应模块用于调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；双向认证A模块和双向认证B模块用于当KMS系统获得传输密钥TK后，调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；TMK发送模块用于当双向认证通过时，调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；TMK接收模块用于调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
本发明的有益效果为：本发明通过POS终端上传传输密钥TK，由TK对终端主密钥TMK进行加密后下载至POS终端的密码键盘内，从而实现了POS终端远程下载终端主密钥TMK，避免了POS终端通过集中下载主密钥后再布放到商户，减少了物流成本和集中下载维护成本。并且通过操作终端采集和上传TK，提高了TK的采集和上传的时间效率，同时也加强了TK采集与上传的过程控制，有效保证了上传TK的合法性。进一步地，在POS终端上传TK和下时通过CA中心进行操作终端与KMS系统双方的身份认证，确保了数据传输双方为合法身份，有效防止了伪终端窃取终端主密钥TMK。
附图说明
图1是本发明一实施方式中一种终端主密钥TMK安全下载系统的结构框图；
图2是图1中双向认证A模块的结构框图；
图3是图1中双向认证B模块的结构框图；
图4是本发明一实施方式中一种终端主密钥TMK安全下载方法的方法流程图；
图5是图4中步骤S1的具体流程图；
图6是图4中步骤S2的具体流程图；
图7是图4中步骤S3的具体流程图。
主要元件符号说明：
10：POS终端； 20：操作终端； 30：KMS系统；40：CA中心；50：硬件加密机； 101：TK产生模块； 102：第一TK上传模块； 103：主密钥下载请求模块； 104：TMK接收模块； 105：双向认证A模块； 201：第二TK上传模块； 301：公私钥下发模块； 302：TK接收模块； 303：请求响应模块； 304：双向认证B模块； 305：TMK发送模块； 401：CA认证模块；1051：第一随机数产生单元； 1052：第一数据收发单元； 1053：第一加解密单元； 1054：第一判断单元； 3041：第二随机数产生单元； 3042：第二数据收发单元； 3043：第二加解密单元； 3044：第二判断单元。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、构造特征、所实现目的及效果，以下结合实施方式并配合附图详予说明。
首先，对本发明涉及的缩略语和关键术语进行定义和说明：
AUK：Authentication Key 的简称，即认证密钥，用于PINPAD与密钥管理系统KMS之间的双向认证；
CA中心：所谓CA（Certificate Authority）中心，它是采用PKI（Public Key Infrastructure）公开密钥基础架构技术，专门提供网络身份认证服务，负责签发和管理数字证书，且具有权威性和公正性的第三方信任机构，它的作用就像我们现实生活中颁发证件的公司，如护照办理机构；
HSM：High Security Machine的简称，高安全设备，在该系统中为硬件加密机；
KMS系统：Key Management System，密钥管理系统，用于管理终端主密钥TMK；
MAK：Mac Key的简称，即MAC计算密钥， 与客户协商确定24字节对称密钥，用于MTMS系统与KMS系统之间TK的MAC值计算；
MTMS：全称Material Tracking Management System，物料追溯管理系统，主要在工厂生产时使用；
PIK：Pin Key的简称，即Pin加密密钥，是工作密钥的一种；
PINPAD：密码键盘；
PK：Protect Key 的简称，即保护密钥，与客户协商确定，24字节对称密钥。用于MTMS/TCS 与KMS之间TK的加密传输；
POS：Point Of Sale 的简称，即销售终端
SNpinpad：密码键盘的序列号，PINPAD是内置时，和POS终端序列号SNpos一致；
SN：POS终端的序列号；
TEK：Transmission Encrypt Key的简称，即传输加密密钥，24字节对称密钥，用于PINPAD与密钥管理系统KMS之间TMK的加密传输；
TK：Transmission Key的简称，即传输密钥。传输密钥是由传输加密密钥TEK和双向认证密钥AUK组成的；
TMS：Terminal Management System 的简称，即终端管理系统，用于完成POS终端信息管理、软件与参数配置、远程下载、终端运行状态信息收集管理、远程诊断等功能；
TMK：Terminal Master Key的简称，即终端主密钥，用于POS终端和支付收单系统之间工作密钥的加密传输；
安全房：具有较高安全级别，用于存放服务器的房间，该房间需要身份认证后才能进去。
智能IC卡：为CPU卡，卡内的集成电路包括中央处理器CPU、可编程只读存储器EEPROM、随机存储器RAM和固化在只读存储器ROM中的卡内操作系统COS(Chip Operating System)，卡中数据分为外部读取和内部处理部分。
对称密钥：发送和接收数据的双方必须使用相同的密钥对明文进行加密和解密运算。对称密钥加密算法主要包括：DES、3DES、IDEA、FEAL、BLOWFISH等。
非对称密钥：非对称加密算法需要两个密钥：公开密钥（私钥Public key）和私有密钥（公钥Private key）。公开密钥与私有密钥是一对，如果用公开密钥对数据进行加密，只有用对应的私有密钥才能解密；如果用私有密钥对数据进行加密，那么只有用对应的公开密钥才能解密。因为加密和解密使用的是两个不同的密钥，所以这种算法叫作非对称加密算法。非对称加密算法实现机密信息交换的基本过程是：甲方生成一对密钥并将其中的一把作为公用密钥向其它方公开；得到该公用密钥的乙方使用该密钥对机密信息进行加密后再发送给甲方；甲方再用自己保存的另一把专用密钥对加密后的信息进行解密。甲方可以使用乙方的公钥对机密信息进行加密后再发送给乙方；乙方再用自己的私匙对加密后的信息进行解密。主要算法有RSA、Elgamal、背包算法、Rabin、D-H、ECC（椭圆曲线加密算法）。
RSA：一种非对称密钥算法。RSA公钥加密算法是1977年由Ron Rivest、Adi Shamirh 和Len Adleman 在（美国麻省理工学院）开发的。RSA 取名来自开发他们三者的名字。RSA 是目前最有影响力的公钥加密算法，它能够抵抗到目前为止已知的所有密码攻击，已被 ISO 推荐为公钥数据加密标准。RSA 算法基于一个十分简单的数论事实：将两个大素数相乘十分容易。RSA 算法是第一个能同时用于加密和数字签名的算法，也易于理解和操作。RSA 是被研究得最广泛的公钥算法，从提出到现在的三十多年里，经历了各种攻击的考验，逐渐为人们接受，普遍认为是目前最优秀的公钥方案之一。
TDES Triple-DES：DES是一种对称加密算法，密钥是8字节。TDES是基于DES 的加密算法，其密钥是16 字节或者24 字节。TDES/3DES 是英文TripleDES的缩语（即三重数据加密标准），DES 则是英文Data Encryption Standard（数加密标准）的缩语。DES 是一种对称密钥加密算法，即数据加密密钥与解密密钥相同的加密算法。DES 由IBM 公司在20 世纪70 年代开发并公开，随后为美国政府采用，并被美国国家标准局和美国国家标准协会 (ANSI)承认。TDES/3DES 是DES 加密算法的一种模式，它使用3条64 位的密钥对数据进行三次加密。是DES 的一个更安全的变形。
为解决背景技术中存在的技术问题，本发明采用一种新的主密钥下载方案，通过POS终端随机产生TK（Transmission Key，传输密钥），将产生后的TK保存于POS终端的密码键盘中，并将TK通过各种应用场景下所需的传输方式传送至KMS（Key Management System,密钥管理系统，用于管理终端主密钥TMK）中。
当POS终端申请下载终端主密钥TMK时，KMS系统使用TK加密终端主密钥TMK，并将加密后的终端主密钥密文发送给POS终端，POS终端接收后用TK对主密钥密文进行解密，得到终端主密钥TMK，并将终端主密钥TMK保存在密码键盘里。
如此，通过TK加密终端主密钥TMK，使TMK能够进行远程传输，方便TMK的安全下载。
在某些场景下，采用操作终端采集POS终端产生的TK，并由操作终端负责将TK传输给KMS系统，采用操作终端采集TK可以方便TK的采集操作（可以实现一键采集等）和TK采集的权限管理。但是，在上传所述TK和下载终端主密钥TMK时可能会存在通过伪操作终端窃取终端主密钥 TMK，因此需要一种能够在传输所述TK或TMK时认证收送双向身份的终端主密钥TMK安全下载方案。
下面就对本发明克服上述问题的技术方案进行详细说明。
如图1所示，是本实施方式一种终端主密钥TMK安全下载系统的结构框图， 该终端主密钥TMK安全下载系统，包括硬件加密机50、POS终端10、操作终端20、CA中心40以及KMS系统20；所述POS终端10包括TK产生模块101、第一TK上传模块102、主密钥下载请求模块103、双向认证A模块105、TMK接收模块104，所述操作终端20包括第二TK上传模块201，所述KMS系统30包括公私钥下发模块301、TK接收模块302、请求响应模块303、双向认证B模块304、TMK发送模块305，所述CA中心40包括CA认证模块401。
公私钥下发模块301用于调用硬件加密机50产生公钥Pu 和私钥Pr；
CA认证模块401用于操作终端20与KMS系统30通过CA中心40进行双向认证；
公私钥下发模块301用于当所述认证通过后，将公钥Pu通过操作终端20发送至POS终端10并存储在密码键盘中；
TK产生模块101用于调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；
第一TK上传模块102用于调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成传输密钥密文Ctk_Pu；
第二TK上传模块201用于将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统；
TK接收模块302用于将终端序列号SN 和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS 数据库中；
主密钥下载请求模块103用于将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统30；
请求响应模块303用于当KMS系统30接收到POS 终端10发送的终端序列号SN 和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；
请求响应模块303用于调用硬件加密机50使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；
双向认证A模块105和双向认证B模块304用于当KMS系统30获得传输密钥TK后，调用硬件加密机50使用认证密钥AUK与POS终端10进行双向认证；
TMK发送模块305用于当双向认证通过时，调用硬件加密机50使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端10；
TMK接收模块104用于调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
其中，所述操作终端20还包括有操作员卡和管理员卡；
所述CA认证模块401还用于产生操作员卡证书和管理员卡证书，并用于将操作员卡证书存储在操作员卡里以及将管理员卡证书存储在管理卡里；
所述操作员卡和管理员卡用于当操作终端20读取插在操作终端上的操作员卡和管理员卡，通过CA中心40对操作员证书和管理员证书进行合法性认证通过时，授权对操作终端20进行操作。
通过所述操作员卡和管理员对操作终端进行操作限制，因此只有持有操作员卡的的操作人员在管理员授权的情况下才能采集POS终端10的传输密钥TK，从而确保了传输密钥TK不会被随意采集，有效保证上传的TK的真实有效性。
其中，所述操作终端20还包括打包模块，所述打包模块用于对接收到的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包并使用操作员卡进行签名；
所述KMS系统30的还包括校验模块，所述校验模块用于当接收到所述TK采集单元传输的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN时，校验所述打包模块的签名的合法性，并且用于当所述校验合法时，将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在SN-Key_KMS数据库。
通过所述打包模块对采集的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包和签名可以追溯该TK信息是由哪位操作员操作产生的，因此可以根据验证所述签名的合法性来判断上传的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN是否是合法的，加强了对传输密钥TK的采集传输管理，防止伪终端上传伪传输密钥TK。
请参阅图2和图3，其中，图2为图1中双向认证A模块的结构框图，图3为图1中双向认证B模块的结构框图。所述双向认证A模块105包括第一随机数产生单元1051、第一数据收发单元1052、第一加解密单元1053以及第一判断单元1054，所述双向认证B模块304包括第二随机数产生单元3041、第二数据收发单元3042、第二加解密单元3043以及第二判断单元3044。
第一随机数产生单元1051用于产生第一随机数Rnd1；第一数据收发单元1052用于将产生的第一随机数Rnd1发送至KMS系统30；第二数据收发单元3042用于接收第一随机数Rnd1；第二随机数产生单元3041用于在接收到第一随机数Rnd1时，产生随机数第二Rnd2；第二加解密单元3043用于在接收到第一随机数Rnd1时，调用硬件加密机50使用传输认证密钥AUK加密第一随机数Rnd1获得第一随机数密文Crnd1；第二数据收发单元3042用于将第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2发送给POS终端10；
第一加解密单元1053用于在接收到第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2时，使用传输认证密钥AUK解密接收到的第一随机数密文Crnd1获得第三随机数Rnd1’；第一判断单元1054用于判断第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1是否一致；
第一加解密单元1053用于当所述第一判断单元判定第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1一致时，使用传输认证密钥AUK加密第二随机数Rnd2生成第二随机数密文Crnd2；第一数据收发单元1052用于将第二随机数密文Crnd2发送给KMS系统30；
第二加解密单元3043用于在接收到第二随机数密文Crnd2时，调用硬件加密机50使用传输认证密钥AUK解密接收到的第二随机数密文Crnd2获得第四随机数Rnd2’，第二判断单元3044用于判断第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2是否一致，并当判定第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2一致时，确认KMS系统30与POS终端10之间的双向认证通过。
请参阅图4 ，为本发明一实施方式中一种终端主密钥TMK安全下载方法的方法流程图，该方法包括步骤：
S1、KMS系统将公钥Pu下传至POS终端的流程；
S2、POS终端使用公钥Pu加密传输密钥TK并上传至KMS系统的流程；
S3、POS终端从KMS系统下载经过传输密钥TK加密的主密钥TMK的流程。
请参阅图5，为步骤S1的具体流程图，所述步骤S1具体包括步骤：
S11、KMS系统调用硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr；
S12、操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；
S13、认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；
请参阅图6，为步骤S2的具体流程图，所述步骤S2具体包括步骤：
S21、POS终端调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；
S22、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成传输密钥密文Ctk_Pu；
S23、操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统；
S24、KMS系统将终端序列号SN 和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS 数据库中；
请参阅图7，为步骤S3的具体流程图；所述步骤S3具体包括步骤：
S31、POS 终端将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统；
S32、KMS系统接收到POS 终端发送的终端序列号SN 和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；
S33、KMS系统调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；
S34、KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；
S35、如果认证通过，KMS系统调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；
S36、POS终端调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
其中，所述“操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中”具体包括：
KMS系统将公钥Pu和KMS标识信息发给CA中心，CA中心使用根证书对应私钥对公钥Pu和KMS系统标识信息进行签名，生成数字证书Crt_kms并将Crt_kms发送给KMS系统，KMS系统存储所述Crt_kms；
KMS系统将数字证书Crt_kms发送至操作终端；
操作终端使用烧片预装的根证书HsmRCRT验证工作证书Crt_kms的合法性。
其中，所述“操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统”还包括授权操作员卡和管理员卡对操作终端进行操作的步骤，具体包括：
针对操作员卡和管理员卡分别产生公私钥对；
将产生的公钥发给CA中心，分别生成操作员卡证书和管理员卡证书；
将操作员卡证书存储在操作员卡里以及将管理员卡证书存储在管理卡里；
操作终端读取插在操作终端上的操作员卡和管理员卡，通过CA中心对操作员证书和管理员证书进行合法性认证，并当认证通过后允许对操作终端进行操作。
其中，所述“操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统”还包括：
POS终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发给操作终端；
操作终端对接收到的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包并使用操作员卡进行签名，以及将经过签名的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；
所述“KMS系统将终端序列号SN 和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS 数据库中”还包括：
KMS系统接收到传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN时先校验签名的合法性，如果合法，将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在SN-Key_KMS数据库。
其中，所述“KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证”具体包括：
POS终端产生第一随机数Rnd1并将第一随机数Rnd1发送至KMS系统；
KMS系统接收第一随机数Rnd1后产生随机数第二Rnd2，调用硬件加密机使用认证密钥AUK加密第一随机数Rnd1获得第一随机数密文Crnd1，将第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2发送给POS终端；
POS终端使用认证密钥AUK解密接收到的第一随机数密文Crnd1获得第三随机数Rnd1’，判断第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1是否一致：
如果第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1一致，POS终端使用认证密钥AUK加密第二随机数Rnd2生成第二随机数密文Crnd2，并将第二随机数密文Crnd2发送给KMS系统；
KMS系统调用硬件加密机使用认证密钥AUK解密接收到的第二随机数密文Crnd2获得第四随机数Rnd2’，判断第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2是否一致；
如果第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2一致，KMS系统与POS终端认证通过。
在本发明中，传输密钥TK产生时计算TK的原始希哈值，当每次存储、传输或使用TK时先校验TK的希哈值，当检验通过后才可以使用TK。通过校验TK的希哈值可以防止存储设备异常导致存储的数据错误，确定密钥是否正确。
本发明的有益效果为：本发明通过POS终端上传传输密钥TK，由TK对终端主密钥TMK进行加密后下载至POS终端的密码键盘内，从而实现了POS终端远程下载终端主密钥TMK，避免了POS终端通过集中下载主密钥后再布放到商户，减少了物流成本和集中下载维护成本。并且通过操作终端采集和上传TK，提高了TK的采集和上传的时间效率，同时也加强了TK采集与上传的过程控制，有效保证了上传TK的合法性。进一步地，本发明主密钥TMK是由KMS系统生成的，因此方便KMS系统对主密钥TMK的后续维护和管理。进一步地，在POS终端上传TK和下时通过CA中心进行操作终端与KMS系统双方的身份认证，确保了数据传输双方为合法身份，有效防止了伪终端窃取终端主密钥TMK。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (1)

  1. 1、一种终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，包括步骤：
    S1、KMS系统将公钥Pu下传至POS终端的流程；
    S2、POS终端使用公钥Pu加密传输密钥TK并上传至KMS系统的流程；
    S3、POS终端从KMS系统下载经过传输密钥TK加密的主密钥TMK的流程；
    其中，步骤S1具体步骤包括：
    S11、KMS系统调用硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr；
    S12、操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；
    S13、认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；
    步骤S2具体包括：
    S21、POS终端调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；
    S22、POS终端调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成传输密钥密文Ctk_Pu；
    S23、操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统；
    S24、KMS系统将终端序列号SN 和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS 数据库中；
    步骤S3具体包括：
    S31、POS 终端将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统；
    S32、KMS系统接收到POS 终端发送的终端序列号SN 和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；
    S33、KMS系统调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；
    S34、KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；
    S35、如果认证通过，KMS系统调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；
    S36、POS终端调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
    根据权利要求1 所述的终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；认证通过后，KMS系统将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中”具体包括：
    KMS系统将公钥Pu和KMS标识信息发给CA中心，CA中心使用根证书对应私钥对公钥Pu和KMS系统标识信息进行签名，生成数字证书Crt_kms并将Crt_kms发送给KMS系统，KMS系统存储所述Crt_kms；
    KMS系统将数字证书Crt_kms发送至操作终端；
    操作终端使用烧片预装的根证书HsmRCRT验证工作证书Crt_kms的合法性。
    3、根据权利要求1 所述的终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统”还包括授权操作员卡和管理员卡对操作终端进行操作的步骤，具体包括：
    针对操作员卡和管理员卡分别产生公私钥对；
    将产生的公钥发给CA中心，分别生成操作员卡证书和管理员卡证书；
    将操作员卡证书存储在操作员卡里以及将管理员卡证书存储在管理卡里；
    操作终端读取插在操作终端上的操作员卡和管理员卡，通过CA中心对操作员证书和管理员证书进行合法性认证，并当认证通过后允许对操作终端进行操作。
    4、根据权利要求3所述的终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“操作终端将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统”还包括：
    POS终端将传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发给操作终端；
    操作终端对接收到的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包并使用操作员卡进行签名，以及将经过签名的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN发送至KMS系统；
    所述“KMS系统将终端序列号SN 和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS 数据库中”还包括：
    KMS系统接收到传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN时先校验签名的合法性，如果合法，将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在SN-Key_KMS数据库。
    5、根据权利要求1所述的一种终端主密钥TMK安全下载方法，其特征在于，所述“KMS系统获得传输密钥TK后调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证”具体包括：
    POS终端产生第一随机数Rnd1并将第一随机数Rnd1发送至KMS系统；
    KMS系统接收第一随机数Rnd1后产生随机数第二Rnd2，调用硬件加密机使用认证密钥AUK加密第一随机数Rnd1获得第一随机数密文Crnd1，将第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2发送给POS终端；
    POS终端使用认证密钥AUK解密接收到的第一随机数密文Crnd1获得第三随机数Rnd1’，判断第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1是否一致：
    如果第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1一致，POS终端使用认证密钥AUK加密第二随机数Rnd2生成第二随机数密文Crnd2，并将第二随机数密文Crnd2发送给KMS系统；
    KMS系统调用硬件加密机使用认证密钥AUK解密接收到的第二随机数密文Crnd2获得第四随机数Rnd2’，判断第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2是否一致；
    如果第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2一致，KMS系统与POS终端认证通过。
    6、一种终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，包括硬件加密机、POS终端、操作终端、CA中心以及KMS系统；所述POS终端包括TK产生模块、第一TK上传模块、主密钥下载请求模块、双向认证A模块、TMK接收模块，
    所述操作终端包括第二TK上传模块，
    所述KMS系统包括公私钥下发模块、TK接收模块、请求响应模块、双向认证B模块、TMK发送模块，
    所述CA中心包括CA认证模块；
    公私钥下发模块用于调用硬件加密机产生公钥Pu 和私钥Pr；
    CA认证模块用于操作终端与KMS系统通过CA中心进行双向认证；
    公私钥下发模块用于当所述认证通过后，将公钥Pu通过操作终端发送至POS终端并存储在密码键盘中；
    TK产生模块用于调用密码键盘产生对称传输密钥TK，所述传输密钥TK包括传输加密密钥TEK和传输认证密钥AUK；
    第一TK上传模块用于调用密码键盘使用公钥Pu 加密传输密钥TK 生成传输密钥密文Ctk_Pu；
    第二TK上传模块用于将传输密钥密文Ctk_Pu 和终端序列号SN发送至KMS 系统；
    TK接收模块用于将终端序列号SN 和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在KMS 数据库中；
    主密钥下载请求模块用于将终端序列号SN 和下载主密钥申请发送至KMS 系统；
    请求响应模块用于当KMS系统接收到POS 终端发送的终端序列号SN 和下载主密钥申请后，查询与终端序列号SN对应的传输密钥密文Ctk_Pu；
    请求响应模块用于调用硬件加密机使用私钥Pr解密传输密钥密文Ctk_Pu获得传输密钥TK；
    双向认证A模块和双向认证B模块用于当KMS系统获得传输密钥TK后，调用硬件加密机使用认证密钥AUK与POS终端进行双向认证；
    TMK发送模块用于当双向认证通过时，调用硬件加密机使用传输加密密钥TEK加密终端主密钥TMK生成主密钥密文Ctmk_tk并将主密钥密文Ctmk_tk发送至POS终端；
    TMK接收模块用于调用密码键盘使用传输加密密钥TEK解密主密钥密文Ctmk_tk获得终端主密钥TMK并将终端主密钥TMK存储在密码键盘中。
    7、根据权利要求6所述的终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，所述操作终端还包括有操作员卡和管理员卡；
    所述CA认证模块还用于产生操作员卡证书和管理员卡证书，并用于将操作员卡证书存储在操作员卡里以及将管理员卡证书存储在管理卡里；
    所述操作员卡和管理员卡用于当操作终端读取插在操作终端上的操作员卡和管理员卡，通过CA中心对操作员证书和管理员证书进行合法性认证通过时，授权对操作终端进行操作。
    8、根据权利要求7所述的终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，所述操作终端还包括打包模块，所述打包模块用于对接收到的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN进行打包并使用操作员卡进行签名；
    所述KMS系统的还包括校验模块，所述校验模块用于当接收到所述TK采集单元传输的传输密钥密文Ctk_Pu和终端序列号SN时，校验所述打包模块的签名的合法性，并且用于当所述校验合法时，将终端序列号SN和传输密钥密文Ctk_Pu关联地存储在SN-Key_KMS数据库。
    9、根据权利要求6所述的终端主密钥TMK安全下载系统，其特征在于，所述双向认证A模块包括第一随机数产生单元、第一数据收发单元、第一加解密单元以及第一判断单元，所述双向认证B模块包括第二随机数产生单元、第二数据收发单元、第二加解密单元以及第二判断单元；
    第一随机数产生单元用于产生第一随机数Rnd1；第一数据收发单元用于将产生的第一随机数Rnd1发送至KMS系统；第二数据收发单元用于接收第一随机数Rnd1；第二随机数产生单元用于在接收到第一随机数Rnd1时，产生随机数第二Rnd2；第二加解密单元用于在接收到第一随机数Rnd1时，调用硬件加密机使用传输认证密钥AUK加密第一随机数Rnd1获得第一随机数密文Crnd1；第二数据收发单元用于将第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2发送给POS终端；
    第一加解密单元用于在接收到第一随机数密文Crnd1和第二随机数Rnd2时，使用传输认证密钥AUK解密接收到的第一随机数密文Crnd1获得第三随机数Rnd1’；第一判断单元用于判断第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1是否一致；
    第一加解密单元用于当所述第一判断单元判定第三随机数Rnd1’与第一随机数Rnd1一致时，使用传输认证密钥AUK加密第二随机数Rnd2生成第二随机数密文Crnd2；第一数据收发单元用于将第二随机数密文Crnd2发送给KMS系统；
    第二加解密单元用于在接收到第二随机数密文Crnd2时，调用硬件加密机使用传输认证密钥AUK解密接收到的第二随机数密文Crnd2获得第四随机数Rnd2’，第二判断单元用于判断第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2是否一致，并当判定第四随机数Rnd2’与第二随机数Rnd2一致时，确认KMS系统与POS终端之间的双向认证通过。
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