華東師范大學(xué)：升級一卡通安全策略

文章出處：http://5052h112.com 作者：華東師范大學(xué)信息化辦公室   人氣： 發(fā)表時間：2011年11月14日

　　M1卡破譯后的安全性

　　M1卡破譯后，校園一卡通系統(tǒng)的安全性是否真的不堪一擊？校園卡還安全嗎？校園卡中的錢還安全嗎？校園卡用戶顧慮重重。

　　先讓我們來做一個假設(shè)，校園卡被破解之后到底能干什么？當(dāng)校園卡密碼破解后，如果沒有加密，校園卡相應(yīng)區(qū)域的數(shù)據(jù)就可以讀取。這樣，破解人員可以輕松地了解卡片的相關(guān)信息。但是，一般的應(yīng)用系統(tǒng)都應(yīng)該或者說肯定對這些信息，至少是敏感信息(比如錢包區(qū))進行了加密處理。也就是說，如果信息加密，或者即使是部分加密，破解者也無法獲取真實的卡片信息。

　　1.復(fù)制校園卡
　　如果信息被加密，校園卡的信息就無法識別，破解校園卡密碼后，只有一件事情可以做，那就是復(fù)制大量的校園卡。如果復(fù)制的校園卡僅僅是消費卡或者說錢包卡，黑客能做的事情還是相當(dāng)有限。校園一卡通系統(tǒng)對每次、每日的消費金額都有限制，這種交易金額的限制使復(fù)制的校園卡變成現(xiàn)存的利益很是有限。

　　2.修改校園卡
　　如果信息沒被加密，校園卡的信息就可以識別，當(dāng)然也就可以進行修改。比如，本來余額是100元錢的校園卡，可以將余額修改成1000元，10000元甚至更多。實際上，將被破譯校園卡的余額修改成大金額，其意義不大，因為存在如下兩個問題：
　　如前面所述，無法快速獲利。
　　這種復(fù)制或修改的校園卡不可能長期使用。
　　一般的校園一卡通應(yīng)用系統(tǒng)，都集成了數(shù)據(jù)自動清算功能，一旦消費數(shù)據(jù)上傳到中心數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)將自動進行清算。根據(jù)清算結(jié)果，發(fā)現(xiàn)異常卡，并將異常校園卡打入黑名單，發(fā)送到消費終端，限制其再次消費。
　　另外一點，如果要實施對校園卡的破譯，并達(dá)到可操作的程度，需具備如下條件：
　　相當(dāng)高的技術(shù)水平，不是一般的黑客和技術(shù)人員能做到的。
　　相當(dāng)?shù)脑O(shè)備成本，并非目前一般讀寫設(shè)備所能完成的。
　　相當(dāng)?shù)臅r間成本。

　　同時要達(dá)到對具體的系統(tǒng)完全有效，還需要對校園一卡通系統(tǒng)有關(guān)的技術(shù)細(xì)節(jié)做比較深入的分析和了解。

　　我們說，一個完善和完備的校園一卡通系統(tǒng)的安全性并不完全依賴于卡片，卡片只是整個系統(tǒng)中的一個環(huán)節(jié)。校園一卡通系統(tǒng)內(nèi)部有一些特別的監(jiān)控和防范措施，能有效監(jiān)控和捕獲系統(tǒng)外卡及卡金額異常等情況，有效提高整個系統(tǒng)的安全性。

    我們認(rèn)為最不安全的因素是忽視了M1卡的缺陷，有的甚至延用了原始密鑰方法，沒有去研發(fā)自己的安全密鑰體系。

    所以說，M1卡破譯后，通過提高安全意識并進行技術(shù)改造，這樣校園一卡通系統(tǒng)的安全就不如我們想象的那么可怕了。校園一卡通系統(tǒng)中的安全防范措施、技術(shù)和管理手段能提高系統(tǒng)的安全性，保證校園一卡通系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行。

    破譯后的應(yīng)對策略

  在介紹應(yīng)對策略之前，先介紹一下M1卡破譯后業(yè)界的響應(yīng)方案。RFID讀取器廠商費格電子聲稱他們有辦法提高Mifare系統(tǒng)安全性。他們通過將卡的序列號和其儲存的數(shù)據(jù)進行連接，并用主程序加密數(shù)據(jù)，來提高克隆卡片的困難程度。這樣一來，即使Mifare經(jīng)典芯片的安全密鑰被人知道了，數(shù)據(jù)也不是直接可讀的。另一種方案來自NXP，即使用一個定制的密匙來給卡上儲存的信息進行加密。每張卡將被加上惟一的密碼。這種方法可以杜絕小偷破解一張卡后可以得到所有卡的密碼，也就是我們常說的一卡一密。

   為了確保校園一卡通系統(tǒng)安全穩(wěn)定地運行，M1卡破譯后，應(yīng)采取積極的應(yīng)對策略，主要從以下兩個方面來考慮：技術(shù)手段和管理手段。

    技術(shù)手段

    1.門禁系統(tǒng)中采用指紋技術(shù)
    M1卡被破譯后，大多數(shù)門禁系統(tǒng)都將失去存在的意義。平時我們電影中看到不法分子復(fù)制一張卡，然后通過門禁，進入密室，只是覺得這是電影中的情景。現(xiàn)在看來，如果沒有相應(yīng)的防范措施，M1卡被破譯后，很容易就能變成現(xiàn)實。在校園一卡通系統(tǒng)中，對于門禁，以前的做法是僅僅使用門禁卡，授權(quán)的校園卡可以打開門禁。M1卡被破譯后，這樣一種方式就存在很大的風(fēng)險。萬一授權(quán)的校園卡被非法復(fù)制，門禁系統(tǒng)就將失去意義。所以，對現(xiàn)有的門禁系統(tǒng)要進行改造，可使用門禁卡加指紋的方式，還可考慮與監(jiān)控系統(tǒng)的聯(lián)動。通過這些輔助的措施，可大大提高門禁系統(tǒng)的安全性。

    2.消費金額控制
    在校園一卡通系統(tǒng)中，系統(tǒng)通過對每張卡每次和每日交易金額的限制，來達(dá)到控制異常卡的消費。消費限額控制有兩級：次消費限額和日消費限額。通過兩次消費限額控制，可以控制用戶每次和每日的交易額。對于復(fù)制卡/修改卡，每次和每日的消費額也同樣受到消費限額的限制。

    3.關(guān)鍵數(shù)據(jù)加校驗碼
    在校園一卡通系統(tǒng)中，卡內(nèi)的關(guān)鍵數(shù)據(jù)，比如說錢包區(qū)，可采用加校驗碼的方式提高其安全性。如果關(guān)鍵數(shù)據(jù)被非法修改，將不能通過讀卡設(shè)備校驗，卡將被拒絕使用。

    4.通過消費明細(xì)發(fā)現(xiàn)異常卡 

    在校園一卡通系統(tǒng)中，每個用戶的每筆消費和充值記錄都有惟一的流水號和相應(yīng)的邏輯關(guān)系，系統(tǒng)通過比較這些邏輯關(guān)系是否相符，可以發(fā)現(xiàn)每一張在用的校園卡是否異常。如果不法分子復(fù)制了一張校園卡，并進行消費，勢必將與正常校園卡的流水號發(fā)生沖突，從而比較容易發(fā)現(xiàn)異常卡。
 
    另外，在校園一卡通系統(tǒng)中，中心數(shù)據(jù)庫中都記錄著每個用戶的消費明細(xì)、消費總額，充值明細(xì)、充值總額和余額，通過自動分析賬目平衡情況，可以及時發(fā)現(xiàn)異常卡片。如果不法分子復(fù)制并修改了一張校園卡，一來我們有校驗碼，非法修改不能通過讀卡設(shè)備的校驗；二來我們的系統(tǒng)賬目就會失去平衡，從而就很容易發(fā)現(xiàn)異常卡。 

    一旦發(fā)現(xiàn)異常卡，有兩種處理辦法，一是在校園卡管理平臺滾動顯示，以便校園卡管理人員及時發(fā)現(xiàn)問題；另外，自動掛失該卡，并產(chǎn)生黑名單發(fā)放到各終端，從而捕獲異常卡，有效防止非法卡在系統(tǒng)中使用。

    5.采用“一卡一密”
    在校園一卡通系統(tǒng)中，校園卡采用一卡一密，并且是一區(qū)一密，卡密鑰與卡片惟一序列號有關(guān)，將會給非法復(fù)制或修改者帶來很大的時間成本。 

    通常的加密算法是：由出廠密鑰(12個“f”)產(chǎn)生用戶單位不同的發(fā)行密鑰，然后由發(fā)行密鑰產(chǎn)生各單位用戶密鑰，單位內(nèi)部各用戶密鑰一致。這種加密算法會造成如下情況的發(fā)生：破譯了校園內(nèi)的一張校園卡，就知道了所有的校園卡的密鑰。

    M1卡破譯后，可采取如下做法：由出廠密鑰(12個“f”)產(chǎn)生用戶單位不同的發(fā)行密鑰，然后由發(fā)行密鑰產(chǎn)生各單位用戶密鑰，各單位用戶密鑰與每張校園卡的全球惟一的序列號、消費應(yīng)用子密鑰以及扇區(qū)標(biāo)識有關(guān)，這樣單位內(nèi)各用戶的校園卡密鑰各不相同，如圖1所示。

    在加密過程中，校園卡的每個扇區(qū)有兩個訪問密鑰：KEYA和KEYB。當(dāng)使用一卡一密的算法時，計算KEYA或者KEYB時，DES算法要使用當(dāng)前校園卡系統(tǒng)主密鑰作為DES算法的KEY使用，DES的輸入加密數(shù)據(jù)因子分別包括：消費應(yīng)用子密鑰、當(dāng)前用戶卡的惟一序列號、訪問扇區(qū)的扇區(qū)標(biāo)識(扇區(qū)編號)。

    由上述算法可以看出，實現(xiàn)一卡一密的關(guān)鍵因素是對每張不同的卡進行卡訪問密鑰計算時，使用了一個與每張卡惟一對應(yīng)的卡序列號；而實現(xiàn)每個扇區(qū)的密鑰都不同的關(guān)鍵因素是把每張卡的惟一序列號和要訪問的扇區(qū)號一起進行密鑰分散，所以每張卡的扇區(qū)訪問密鑰都不一樣，從而提高了校園卡的訪問安全性，使校園卡破解的可能性大大減低。

    正是由于在校園一卡通系統(tǒng)中，可采取上述一些技術(shù)上的安全措施，一旦發(fā)現(xiàn)非法復(fù)制校園卡或?qū)π@卡進行修改，一方面系統(tǒng)可以主動發(fā)現(xiàn)非法卡而拒絕使用，另一方面也可以通過數(shù)據(jù)跟蹤找到相應(yīng)的非法卡，并查找相應(yīng)的責(zé)任人，從而保證校園一卡通系統(tǒng)的整體安全。

    管理手段

    俗話說“三分技術(shù)，七分管理”。管理手段到位，更能有效地防范。可采取了如下一些有效的管理辦法：

    1.加強用戶對校園卡中心的管理，特別是安全保密工作，對校園一卡通系統(tǒng)內(nèi)各服務(wù)器、工作站的登錄及數(shù)據(jù)庫密碼的保密管理。有些管理人員習(xí)慣性地將密碼寫成一個文本文件，然后保存在電腦中，這種方法非常不可取。
    2.加強有關(guān)產(chǎn)品技術(shù)資料的管理，防止技術(shù)資料的泄密。
    3.保證校園一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的暢通，使系統(tǒng)數(shù)據(jù)能及時上傳，從而保證系統(tǒng)及時地處理數(shù)據(jù)，一旦出現(xiàn)問題，能夠得以及時發(fā)現(xiàn)。
    前面介紹的通過流水號和賬目平衡的方法發(fā)現(xiàn)異常卡，如果非法復(fù)制或修改的校園卡是在脫機情況下使用的，系統(tǒng)就無法發(fā)現(xiàn)這些異常卡。所以，一定要保證校園一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的暢通，盡量不要脫機使用。
    4.注意用卡環(huán)境，有效避免卡信息被人看到，防止卡的信息被復(fù)制。
    5.不要一次充太多的錢，這樣即使丟失校園卡也不會造成太大損失。
    6.規(guī)定單筆消費額度和一個工作日的消費額，有效規(guī)避風(fēng)險。

    世界上沒有任何一種技術(shù)是不能被破解的，正如世界上沒有一個保險柜或金庫的門是打不開的一樣。M1卡破譯后，雖然給我們帶來了問題，但也警醒了我們。

    M1卡破譯后，采用安全系數(shù)更高和應(yīng)用更多特性的CPU卡是最好的選擇。但是，大批量升級應(yīng)用系統(tǒng)和更換卡片既需要很大的成本，也需要比較高的技術(shù)，是一個浩大的工程。

    現(xiàn)階段來說，在應(yīng)用系統(tǒng)上下功夫是比較切實的做法。我們認(rèn)為M1卡被破譯并不意味著其將退出歷史舞臺，而是給這個市場提出一個新的安全課題。對校園一卡通系統(tǒng)來說，M1卡的破譯，讓我們更專注內(nèi)部的監(jiān)控和防范措施，更專注于其二次開發(fā)所采用的應(yīng)用系統(tǒng)技術(shù)是否安全，以提高校園一卡通系統(tǒng)的整體安全性。