金融IC卡的密鑰管理方案

　隨著(zhù)金融電子化的發(fā)展，金融IC卡將逐步取代磁條卡，成為人們日常消費的結算工具。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)，適應未來(lái)更為復雜的業(yè)務(wù)需求，為醫保、社保等領(lǐng)域提供服務(wù)。金融IC卡的密鑰管理系統是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卡的密鑰管理機制。

　　一、密鑰的類(lèi)型

　　根據《中國金融集成電路（IC）卡規范》，全國共建立三級密鑰管理系統。人民銀行總行建立一級密鑰管理系統，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，商業(yè)銀行地區分行建立三級密鑰管理系統，分級負責生成不同級別的密鑰管理系統、維護不同級別的密鑰管理系統。

　　根據密鑰級別的不同，在密鑰管理系統中的密鑰可分為三大類(lèi)：公共密鑰、分行專(zhuān)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主密鑰和各商業(yè)銀行總行生成的行內公共密鑰，安全存放在各總行的母卡中。全國消費主密鑰是由人民銀行總行生成和維護的公共密鑰，簡(jiǎn)稱(chēng)為GPK。人民銀行通過(guò)其一級密鑰管理系統向各二級密鑰管理系統分散，用于金融IC卡的消費／取現交易。

　　2．分行專(zhuān)有密鑰臺商業(yè)銀行地區分行生成和維護，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卡片的維護密鑰。在金融IC卡應用中，分行專(zhuān)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、應用維護主密鑰MAMK。分行還可以選擇生成其他應用的主密鑰。

　　3．管理密鑰分為認證密鑰和保護密鑰。認證密鑰用于對卡片做外部認證，出廠(chǎng)密鑰、洗卡密鑰、認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 認證密鑰還包括出廠(chǎng)認證密鑰PRDK、密鑰卡管理主密鑰、分行密鑰卡認證密鑰、PSAM卡認證密鑰等。

　　保護密鑰（傳輸密鑰）是用來(lái)對主密鑰進(jìn)行加密保護，輸入到卡片或輸出到另一張卡片。保護密鑰分導人密鑰和導出密鑰兩種。導人密鑰保存在金融IC卡標準應用下的導人密鑰文件，導出密鑰保存在金融IC卡標準應用下的導出密鑰文件。所有保護密鑰都用外層的認證密鑰加密保護進(jìn)人卡片中，保護密鑰也稱(chēng)傳輸密鑰。傳輸密鑰被傳遞給下一級機構或安全設備，下一級機構利用該密鑰進(jìn)行主密鑰的導出，傳遞密鑰可以通過(guò)卡片也可以通過(guò)信封傳遞。如分行發(fā)卡傳遞密鑰TK1。

　　三級密鑰系統中有些密鑰是由一級、二級密鑰系統產(chǎn)生、傳遞而來(lái)。在傳遞過(guò)程中必須經(jīng)過(guò)一定的運算，這個(gè)過(guò)程稱(chēng)為密鑰的分散。

　　二、密鑰的分散

　　人總行生成的主密鑰是消費／取現主密鑰，稱(chēng)為根密鑰，標志為G*K。分行生成和使用的密鑰稱(chēng)為主密鑰或稱(chēng)為分行專(zhuān)有密鑰，標志為M*K。用戶(hù)卡使用的經(jīng)過(guò)主密鑰分散的密鑰稱(chēng)為用戶(hù)卡密鑰，標志為D*K。用戶(hù)卡交易過(guò)程中使用的過(guò)程密鑰標志為S*K。由G*K到M*K、D*K的過(guò)程就是密鑰的分散過(guò)程。

　　1．公共密鑰的分散

　　人總行將消費／取現根密鑰（GPK）根據各商業(yè)銀行特征號和人行中心支行地區號進(jìn)行分散，傳遞給二級密鑰機構 各商業(yè)銀行總行的二級密鑰機構根據地區分行號、人行二級密鑰機構根據各商業(yè)銀行特征號進(jìn)行分散，生成三級密鑰系統的分行消費／取現主密鑰（MPK） 分散過(guò)程標志為MPK=DIVERSIFY（GPK，IPI）。

　�、� 人總行將消費／取現根密鑰（GPK）根據各商業(yè)銀行特征號進(jìn)行分散。

　�、谌丝傂袑⑾M／取現根密鑰（GPK）根據人行中心支行地區號進(jìn)行分散。

　�、鄹魃虡I(yè)銀行總行的二級密鑰機構根據地區分行號進(jìn)行分散。

　�、苋诵卸壝荑�機構根據各商業(yè)銀行特征號進(jìn)行分散。

　　2．用戶(hù)卡密鑰的分散

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

　　消費／取現過(guò)程密鑰（SPK）由用戶(hù)卡中的消費／取現密鑰生成，標志為SPK=SESSION（DPK，DA—TA）。

　　3．密鑰的傳遞

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

　　密鑰的傳遞過(guò)程就是密鑰卡密鑰的導人和導出過(guò)程。在密鑰卡里的密鑰文件結構如圖2所示。

　　導人密鑰文件里存放著(zhù)導人密鑰，導人密鑰是用來(lái)對輸人的主密鑰密文進(jìn)行解密的，導出密鑰文件里存放著(zhù)導出密鑰，導出密鑰是用來(lái)對輸出的主密鑰進(jìn)行加密的。進(jìn)人導人密鑰文件的導人密鑰和進(jìn)人導出密鑰文件的導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人密鑰加密，導出主密鑰時(shí)，卡片會(huì )用導出密鑰對該主密鑰加密。為了保證主密鑰正確無(wú)誤地寫(xiě)人，密文需要附加簽名段，簽名的算法根據金融IC卡規范中定義的安全報文格式。

　　卡片中預設有計數器，限制主密鑰的導出次數．同時(shí)卡片受PIN保護。

　　三、密鑰卡的生成

　　密鑰管理系統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為基礎，介紹密鑰卡的生成和控制。

　　1．生成分行專(zhuān)有密鑰

　　密鑰生成系統由密鑰生成卡來(lái)實(shí)現其算法，主密鑰生成卡相當于一個(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(huì )產(chǎn)生一些“強度較高”的主密鑰作為分行專(zhuān)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應該分開(kāi)安全保存。

　　密鑰系統在生成銀行主密鑰的時(shí)候，每個(gè)主密鑰會(huì )生成多個(gè)版本和多個(gè)索引。以用戶(hù)卡的使用期為10年計，若每個(gè)版本的使用期為2年，則密鑰系統會(huì )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(hù)卡中只有其中一個(gè)版本的密鑰，是當前使用周期內的密鑰版本，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導入，它含有分行的全部密鑰�？偪乜ㄓ糜谏上到y其它控制卡，由總控員掌握，該主密鑰有輸出次數控制。

　　2．將密鑰導入二級密鑰機構

　　提供的發(fā)卡母卡中，合并消費／取現根密鑰MPK，形成分行發(fā)卡母卡，分行發(fā)卡母卡是由二級密鑰管理中心發(fā)行的，一般不能導出。只能由總控卡和操作員卡一起，將本行生成的其他專(zhuān)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(lái)發(fā)行用戶(hù)卡。

　　用戶(hù)卡的密鑰由發(fā)卡系統導入，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

　　總控卡和操作員卡一起，導出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，將密鑰導入加密機，HSAM控制卡的主密鑰只能導出一次；操作員持有PSAM控制卡，將分行的M K導入PSAM卡，PSAM控制卡的主密鑰導出次數和PSAM卡數有關(guān)。

　　加密機和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(hù)卡進(jìn)行進(jìn)行交易密鑰效驗。

　　四、密鑰的更換

　　在實(shí)際運行的過(guò)程中，IC卡密鑰的安全相當重要。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(hù)卡每隔2年必須做展期交易，已驗證用戶(hù)卡的密鑰版本是否在有限期內。

　　為保證銀行密鑰的安全，在IC卡交易系統中，密碼的效驗都通過(guò)加密機來(lái)進(jìn)行。密碼是存放在加密機中的，如果因意外因素導致密鑰泄露，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(hù)卡在更換交易主密鑰后能繼續使用，密鑰管理系統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(lái)區分。對某一版本的一個(gè)用戶(hù)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(hù)卡，而只需將應用系統（包括PSAM）中的密鑰更新為新的索引。

　　五、結束語(yǔ)

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

金融IC卡的密鑰管理方案