基于分布式密钥的移动支付安全卡

文章出处：http://www.nexussmartsolutions.com 作者：孙德超，孙荣高，潘铁军   人气： 发表时间：2011年09月29日

    1 引 言 


    移动支付方兴未艾，安全问题成为其应用的关键瓶颈。因为手机的加密能力有限，不能满足金融安全的要求，通过外部加密卡来增强加密能力有望解决这一难题。大部分手机都具有访问外部设备的能力，随着技术的发展，这种趋势日渐明显，红外、蓝牙和数据线几乎成为手机的标准配置，USB的支持也在增加。同时，由于SIM卡克隆机的出现，单纯靠SIM卡和手机本身进行安全防护也在经受严峻的考验，通过外部eKey进行密钥分布式存储大大增强了安全系数，手机、SIM卡和eKey交叉校验也大大提高了移动支付的安全性。 

    目前移动支付的加密大多是通过SIM卡的加密功能实现，基于短消息的小额支付。这种方案需要更换SIM卡等复杂流程，而且短消息的时延性和不可靠性等诸多缺点使该项业务推广受阻。随着手机本身能力的增强，利用JAVA和WAP技术，通过HTTPS和WAP本身的安全机制支持移动支付的方式也正在应用，但因为手机的加密能力有限，一般只能完成64位加密强度，仅用于小额消费。国外正在研究一种能提高手机本身加密能力的SIM卡，但因为标准不一和技术难度过大而进展缓慢。另外，通过增加外部芯片来增强安全性能的方法也得到了应用，如卫易的MTT(移动POS机)，但MTr直接改变了手机的结构，使手机变得庞大而只能作为移动POS，从而失去了小巧方便的特性。本文正是针对该缺点，通过插拔式外部设备eKey来增强手机的 安全功能，尽量不改变手机本身的结构和配置，使移动支付的业务更容易开展。

    2 基于eKey的移动支付方案 

    在移动支付过程中，虽然无线传输信道有自己的加密能力，但在应用层进行加密也是不可缺少的，比如银行系统使用PKI机制进行安全防护，它只能 与通过PKI机制下的加密数据进行对接，因此应用层数据一定要使用PKI的加密机制。考虑到短消息的时延性和不可靠性，依靠非结构化补充数据业务(Unstructured Supplementary Service Data，USSD)可解决该问题。USSD是一种基于GSM网络的新型交互式数据业务，它是在GSM的短消息系统技术基础上推出的新业务。USSD业务主要包括补充业务(如呼叫禁止、呼叫转移)和非结构补充业务(如移动银行业务)两类。虽然USSD、SMS和WAP都属于电路承载型的业务，但它的优点表现在以下几方面：

    (1)它们所使用的电路信道各不相同：通话状态下，USSD和SMS使用相同的信令信道l1]1SDCCH，数据传输速率大约为600 bps；而非通话状态时，USSD使用FACCH信令信道，数据传输速率大约为I kbps，比SMS传输速率高；
    (2)USSD在会话过程中一直保持无线连接，提供透明管道，不进行存储转发；而SMS在物理承载层没有会话通道，只是一个存储转发系统，用户完成一次查询需要进行多次会话过程。因此，uSSD每次消息发送不需要重新建立信道，就响应时间而言，USSD比短消息的响应速度快。WAP与USSD类似，交互中保持一个会话过程，但由于WAP服务器和Internet速度等因素的影响，其目前的响应速度比SMS还慢；
    (3)USSD和WAP都可以在服务器端对服务内容进行相应的调整，尤其是USSD可以在服务器端方便地修改菜单，使运营商可以迅速针对市场需求情况的变化做出反应；而以SMS平台为基础的STK卡则无法随时修改菜单选项，在业务开拓方面要稍微麻烦一些。 

    通过以上分析，USSD为移动支付提供了简易而廉价的解决手段，USSD和访问外部设备是大多数手机支持的功能，基本不用改变手机的任何配置，便于实施。我们采用USSD作为eKcy的无线传输方式，系统的整体结构如图I所示。手机将移动信息通过串口发送移动支付数据给eKey(对于没有问外部设备(如串口)能力的手机目前不能支持，只能通过更换STK卡来实现)。eKey通过和手机、服务器、第三方认证中心等进行认证后，对数据进行加密，通过手机发送给银行服务器，服务器通过加密机解密数据，完成移动支付操作，类似于网上银行，不过这里采用的是无线方式。

    图1 移动支付方案 

    3 eKey的设计和实现 

    3．1 硬件设计 

    eKey定位为手机的数据加密卡，要求体积一定要小巧灵活，便于插拔，另外，考虑到移动支付的安全性，eKey一定要实现3DES 128位或RSA 1 024位的加密能力，达到网上银行同样的加密级别。同时，低成本解决方案和电源管理也是必须要考虑的问题。通过分析，考虑到非对称加密RSA 1 024位加密的主要功能在于传递3DES的密钥，在实验阶段，假设银行内部的安全机制是充分的，即使在发行阶段，也可以由用户亲自到银行来领取加密卡以保证3DES的密钥的传递保密性。

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