智能卡安全攻略

文章出處：http://m.compasssalessolutions.com 作者：大明五洲   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月09日

一、 威脅系統(tǒng)安全的人為因素 　　

　　威脅到一卡通系統(tǒng)的安全有外部的客觀環(huán)境，更有人為的惡意破壞。 　　
　　所謂客觀環(huán)境對公交一卡通收費系統(tǒng)的影響，是指由于系統(tǒng)中使用到的各種IC卡、各類設(shè)備廣泛散布于市民的手中和公共交通車輛等環(huán)境中，它們面臨的客觀環(huán)境非常復(fù)雜和惡劣，對IC卡及設(shè)備的干擾、破壞如彎折、腐蝕、靜電、輻射、塵污、溫度、濕度、磁場等因素，可以對IC卡及設(shè)備產(chǎn)生重大影響，嚴重影響系統(tǒng)信息的持久性和準確性。面對這些來源于外部客觀環(huán)境的破壞，我們可以在系統(tǒng)設(shè)計、IC卡制造、機具生產(chǎn)等方面有針對性采取某些特別的措施，通過采用專門的設(shè)計和優(yōu)良的產(chǎn)品，提高系統(tǒng)的抗干擾、抗腐蝕的能力，確保系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)不受影響。如何設(shè)計系統(tǒng)防止外部客觀環(huán)境對系統(tǒng)的損壞的問題不是本文討論的目標。 　　
　　本文要論述的是那些由于人為蓄意侵犯、攻擊而給系統(tǒng)信息的保密性、完整性、真實性、可獲取性和持久性進行破壞的可能性，這些才是系統(tǒng)安全技術(shù)重點防范的主要威脅對象。 　　
　　一個系統(tǒng)的安全性，我們應(yīng)該從以下幾個方面進行考察：
　　 （1） 保密性：防范對未經(jīng)授權(quán)的信息存取的能力；
　　 （2） 完整性：防范對未經(jīng)授權(quán)的信息更改（增、刪、改）的能力；
　　 （3） 真實性：在信息的發(fā)送和接收過程中，對信息真?zhèn)涡缘蔫b別能力；
　　 （4） 可獲取性：防范對未經(jīng)授權(quán)的信息截取的能力；
　　 （5） 持久性：對系統(tǒng)信息長久準確、可靠地保存的能力。 　　

　　我們應(yīng)該清楚：入侵者對系統(tǒng)進行非法攻擊所采取的手段是多種多樣，針對不同的對象他們有不同的做法，各種手段層出不窮、無所不用！因此在公交一卡通系統(tǒng)的建設(shè)中，我們應(yīng)該全方位地考察系統(tǒng)的安全性，包括：
　　 * 對IC卡的攻擊
　　 * POS機安全技術(shù)
　　 * 密碼管理體系
　　 * 數(shù)據(jù)傳輸
　　 * 網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)
　　 * 中心數(shù)據(jù)庫安全技術(shù)
　　 * 行政管理措施

二、 系統(tǒng)安全設(shè)計的原則 　　
　　既然公交一卡通系統(tǒng)對安全性有很高的要求，在系統(tǒng)設(shè)計時，我們就要把系統(tǒng)的安全性放在重要的位置進行考慮。 　　
　　對于公交企業(yè)的用戶們，由于專業(yè)著重點的不同，他們不可能對IC卡、對系統(tǒng)安全技術(shù)都能有透徹的認識，面對琳瑯滿目、鋪天蓋地的廣告，如何才能找到一套既適合自己又安全可靠的系統(tǒng)，確實令人眼花繚亂，我們對公交用戶的這一心情深感理解。通過參與多個地方的公交系統(tǒng)的建設(shè)，通過與眾多的公交企業(yè)和IC卡界的同行進行交流后，我們總結(jié)了一些實際的經(jīng)驗和體會，也總結(jié)出一些簡單可行的方法，在此愿意向公交用戶提出，希望能為他們設(shè)計和建設(shè)系統(tǒng)的安全性提供參考，也希望能幫助他們?nèi)ヨb別和甄選市場上各類的系統(tǒng)或產(chǎn)品。 　　

　　怎樣的系統(tǒng)才有可信賴的安全性？
　　我們認為一套安全的一卡通系統(tǒng)至少要符合如下的基本原則： 　　

　　1、 一定要嚴格遵守國家關(guān)于安全產(chǎn)品的法規(guī) 　　
　　早在1999年，國家總理朱镕基就簽發(fā)了《商用密碼管理條例》，以國家法律條文的形式規(guī)范了商業(yè)密碼及其產(chǎn)品的使用。 　　
　　按照這個條例的規(guī)定，城市公交一卡通收費系統(tǒng)所涉及的安全性能問題屬于商業(yè)密碼管理的范圍，適用于該條例的使用。條例的第三條和第四條明確規(guī)定：
　　第三條　商用密碼技術(shù)屬于國家秘密。國家對商用密碼產(chǎn)品的科研、生產(chǎn)、銷售和使用實行?？毓芾?。
　　第四條　國家密碼管理委員會及其辦公室（以下簡稱國家密碼管理機構(gòu)）主管全國的商用密碼管理工作。 　　
　　由于商用密碼的特殊性，國家立例要對它實行?？貙９堋Ｓ蓢颐艽a管理委員會指定的安全產(chǎn)品和技術(shù)，都是經(jīng)過有關(guān)的專家和權(quán)威人士對其進行詳細、周密、細致的論證后，才能作出“指定專用”的結(jié)論，是具有十分權(quán)威與專業(yè)的認證。這對于一個公交IC卡系統(tǒng)的應(yīng)用者，是具有很好的指導、指引的作用，不但可以從專業(yè)的角度、權(quán)威的角度為我們提供指導與幫助，也免除了用戶面對鋪天蓋地的廣告宣傳的無可適從、無從選擇的擔憂。 　　
　　按照這個條例去行動，不但可以免除我們對產(chǎn)品選擇的憂慮，同時可大大減輕用戶對產(chǎn)品進行考察與論證的工作量，反之，不執(zhí)行國家的這一法規(guī)，不但可能給系統(tǒng)的生存帶來災(zāi)難性的影響，同時系統(tǒng)的使用者還有可能要面對嚴峻的法律。 　　

　　2、 一定要符合建設(shè)部的頒發(fā)的行業(yè)標準 　　
　　隨著IC卡技術(shù)及產(chǎn)品在城市建設(shè)事業(yè)中的應(yīng)用越來越廣泛，為了提高城市管理水平、促進應(yīng)用行業(yè)社會效益、經(jīng)濟效益的增長，規(guī)范建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用市場，建設(shè)部頒發(fā)了在有多個企業(yè)共同參與制訂的關(guān)于建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用的技術(shù)規(guī)范和應(yīng)用規(guī)范，這是建設(shè)部貫徹落實國家對金卡工程提出的統(tǒng)一規(guī)劃、統(tǒng)一標準、統(tǒng)一發(fā)卡、統(tǒng)一管理的原則，同時也是我國建設(shè)事業(yè)方面應(yīng)用IC卡技術(shù)的最權(quán)威的行業(yè)規(guī)范。 　　
　　今年（2002年）6月，建設(shè)部正式頒發(fā)的《建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用》的規(guī)范，是建設(shè)部最新頒布的規(guī)范，她包括了對IC卡片的要求、對終端技術(shù)的要求、對應(yīng)用技術(shù)的要求、對密鑰系統(tǒng)和安全認證技術(shù)的要求等，不但從一些物理特性、應(yīng)用特性上對應(yīng)用進行了規(guī)范，而且從應(yīng)用的安全性上也提出了重要的論述和操作指導，規(guī)定了各類安全的操作流程和安全算法，按照這個規(guī)范去建設(shè)系統(tǒng)，無疑可以嚴格保證我們所建立的系統(tǒng)的安全性。應(yīng)該說這套規(guī)范是全面而實用的，確實對行業(yè)進行IC卡應(yīng)用具有指導性、指示行、實用性，因此作為一卡通用戶的行業(yè)用戶完全可以用此規(guī)范對市場上各種系統(tǒng)和產(chǎn)品進行甄選，也應(yīng)該是判斷各種產(chǎn)品的其中一個重要標準。 　
　　值得注意的是，在建設(shè)部頒發(fā)的規(guī)范中，關(guān)于應(yīng)用系統(tǒng)安全要求（7.3節(jié)）中提出的“安全保密的基本原則”（7.3.1）中指出： 根據(jù)目前我國建設(shè)部所轄行業(yè)的實際情況，建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用安全保密的基本原則是：
　　a) 安全服從于國家利益：任何部門或機構(gòu)在實施安全管理時應(yīng)遵循國家有關(guān)法律、法規(guī)，并接收國家相關(guān)部門的指導、監(jiān)督和檢查。
　　b) 獨立自主：在建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用中，凡涉及安全保密的重要環(huán)節(jié)，所用技術(shù)與產(chǎn)品應(yīng)遵守國家有關(guān)管理部門的規(guī)定。
　　c) 選用成熟技術(shù)：建設(shè)事業(yè)IC卡應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)盡量采用成熟的技術(shù)和產(chǎn)品。 　　

　　在這里，建設(shè)部的規(guī)范以“基本原則”的方式強調(diào)了所建的系統(tǒng)必須符合國家的法律，必須接收國家相關(guān)部門的指導、監(jiān)督和檢查，這不僅體現(xiàn)了國家法律的嚴肅性，更主要的是能在根本上確保系統(tǒng)的安全性。 　　

　　建設(shè)部的規(guī)范關(guān)于系統(tǒng)安全的規(guī)定是多方位的，我們在下面的論述中會逐步提到。 　　

　　3、 符合人民銀行關(guān)于金融方面的標準 　　
　　一卡通系統(tǒng)與經(jīng)濟利益、金融結(jié)算密不可分，有些系統(tǒng)還需要把銀行引入到系統(tǒng)中來。所以這些系統(tǒng)的設(shè)計、卡片的規(guī)劃、機具的應(yīng)用等還必須符合人民銀行的有關(guān)規(guī)范。 　　
　　人民銀行關(guān)于IC卡應(yīng)用的多項規(guī)范，除了是保證各銀行的IC卡系統(tǒng)有統(tǒng)一的操作方式、數(shù)據(jù)信息有統(tǒng)一的交換格式外，更重要的是保證對銀行系統(tǒng)的安全特性有統(tǒng)一的規(guī)定，以確保我國金融系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)有嚴格的、可控制、規(guī)范的安全特性。 　　
　　人民銀行的規(guī)范對建設(shè)事業(yè)單位應(yīng)用IC卡系統(tǒng)有同樣重要的指導與參考作用，事實上，建設(shè)部的規(guī)范是在參考人民銀行的規(guī)范的基礎(chǔ)上，通過增加自己特色的規(guī)定而發(fā)展起來的，兩者沒有沖突。在可能的情況下，特別是在包含金融企業(yè)在內(nèi)的建設(shè)事業(yè)IC卡系統(tǒng)中，我們應(yīng)該共同遵守建設(shè)部、人民銀行制訂的各項標準。換句話說，在對市場上各種系統(tǒng)和產(chǎn)品進行考察時，應(yīng)重點考察它們能否很好遵守建設(shè)部、人民銀行制訂的各項標準。 　　

　　4、 可供參考的其它權(quán)威部門所頒發(fā)的資質(zhì)認證和檢驗證書 　

　　由于一卡通系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)，在有些方面，商密辦、建設(shè)部、人民銀行等方面沒有作出規(guī)范前，我們也可以參考有關(guān)部門、權(quán)威機構(gòu)等所頒發(fā)的資質(zhì)認證和檢驗證書作為補充，以便對市場上各類系統(tǒng)和產(chǎn)品進行甄選，以防有些單位魚目混珠，趁機推銷不良產(chǎn)品。例如信息產(chǎn)業(yè)部、公安部等在系統(tǒng)集成資質(zhì)認證、布線系統(tǒng)、防病毒等方面的認證也是很好的參考，至少可以對某些單位或系統(tǒng)的能力有說明的作用。

三、 卡的安全性 　　

　　在一卡通系統(tǒng)的各行業(yè)中，在用現(xiàn)金付費的場合中，假幣的出現(xiàn)難以杜絕。同樣，在采用IC卡付費時，IC卡作為電子貨幣的載體，大量散發(fā)于廣大市民手中，是破壞者最易攻擊的對象之一，特別是在一個包含有大量應(yīng)用在內(nèi)的一卡通系統(tǒng)中，系統(tǒng)高度的復(fù)雜性會給入侵者提供更多的機會，同樣會引發(fā)假卡的出現(xiàn)。 　　

　　防范對IC卡的攻擊，我們通常要考慮如下幾個方面：
　　1、 芯片的安全技術(shù) 　　防范對IC卡芯片的攻擊，是IC卡芯片安全的基礎(chǔ)，各芯片廠家在設(shè)計時就應(yīng)注意采取各類的安全保護措施，以防范敵手的惡意攻擊和探測，一般較為常用的芯片安全技術(shù)有：
　　 （1） 采用燒斷熔絲的技術(shù)是芯片制造商用于對芯片進行檢測的功能無法再次使用；
　　 （2） 加入特別的技術(shù)，防止對芯片工作中高低電壓變化、頻率變化等多項探測的攻擊；
　　 （3） 加入監(jiān)控技術(shù)，防止對程序、數(shù)據(jù)總線、地址總線等信息的非法截??；
　　 （4） 加入對總線和存儲器的物理保護層；
　　 （5） 隨機數(shù)產(chǎn)生的技術(shù)；
　　 （6） 實施對存儲器的邏輯加密保護，并設(shè)置密碼輸入錯誤計數(shù)器； 　　

　　對于一卡通系統(tǒng)用戶來說，這些技術(shù)雖然是屬于芯片廠家的問題，但我們也應(yīng)該對它們有所了解，掌握芯片安全技術(shù)的發(fā)展動態(tài)，通過比較選擇出最適合自己系統(tǒng)的產(chǎn)品。 　　

　　2、 卡片的軟件安全技術(shù) 　
　　上述提到的芯片安全技術(shù)，是芯片的硬件安全技術(shù)，如果我們采用CPU卡則還可借助卡內(nèi)的操作系統(tǒng)COS（Chip Operation System）,獲取更為完善的安全保護，這是卡片的軟件安全技術(shù)。 　　通過COS我們可以得到如下的安全保護功能：
　　 （1） IC卡與外部讀寫器的相互驗證；
　　 （2） 硬件＋軟件的測試功能；
　　 （3） 隨機數(shù)的產(chǎn)生與應(yīng)用；
　　 （4） 對信息的加密與解密；
　　 （5） 對應(yīng)用程序流程的控制；
　　 （6） 對安全應(yīng)用級別的控制；
　　 （7） 多應(yīng)用的隔離或結(jié)合。 　　
　　 由于有了COS這一軟件的產(chǎn)品，使IC卡的安全控制方式可以是多種多樣、靈活多變，使我們的應(yīng)用更加多姿多彩。當然為了保證應(yīng)用的一致性和安全性，各個行業(yè)的管理部門，會根據(jù)本行業(yè)的特點制定相應(yīng)的COS規(guī)范，如建設(shè)部、人民銀行都有對COS制定自己的規(guī)范，并建立相應(yīng)的檢測和認證部門，對市場上的相關(guān)產(chǎn)品進行檢測和頒證，為用戶的選擇提供權(quán)威的鑒證。 　　
　　在當今的一卡通市場上，由于產(chǎn)品價格、以及設(shè)備、技術(shù)等應(yīng)用的成熟性等原因，目前在公交一卡通系統(tǒng)中作為大量發(fā)到市民手中的用戶卡，還是采用非接觸式的邏輯加密卡，從理論上來說它們的安全保密性雖然不如CPU卡，但如果結(jié)合下面提到的卡片應(yīng)用的安全技術(shù)，加上卡片本身已有的安全措施，同樣可以在一段時間內(nèi)達到安全應(yīng)用的要求。 　　

　　3、 卡片的應(yīng)用安全技術(shù) 　　
　　卡片的應(yīng)用安全技術(shù)也可分為兩種：一種是卡片表面的防偽技術(shù)，另一種是應(yīng)用中的信息安全處理技術(shù)。 　　
　　 （1）卡片表面的防偽技術(shù)：為了進一步提高安全卡片的防偽性，可以在卡基的制造、印刷上采取各種保護措施：
　　　 A、熒光圖象：采用熒光圖象的印刷技術(shù)，使得印刷的圖象可以在紫外光下顯現(xiàn)。 B、微縮曲線：普通看去是一段直線或曲線，但在高倍數(shù)的放大鏡下卻是一段很小的，有一定數(shù)學規(guī)律的，由字母、文字組成的序列曲線。
　　　 C、激光雕刻：利用激光將圖形、文字、簽名、甚至照片等“刻蝕”到卡基內(nèi)，而不是普通的印刷。
　　　 D、偏振光圖象：利用偏振光及材料的印刷技術(shù)，一般看去只是卡片的表面圖象，但在偏振鏡片下，看到的卻是“隱藏”的另一幅圖象。 　　

　　隨著印刷技術(shù)的不斷提高，各種各樣的卡面防偽技術(shù)不斷涌現(xiàn)。在我國以上這些卡片表面印刷技術(shù)已經(jīng)可以在國內(nèi)實現(xiàn)，為卡片的表面防偽也能提供多種選擇。 　　


　　 （2）卡片的信息安全處理技術(shù)：正如前面提到的，由于CPU卡具有較高的智能判斷能力，可以采用完善的驗證技術(shù)確保信息的發(fā)送和接收都可以進行鑒別，防止對卡和POS機具的偽造，保證信息真實性的最佳方法，使系統(tǒng)有較高的安全性，因此CPU卡一定會使用在密鑰管理、發(fā)卡、充值等這些對安全性要求很高的地方。 　　
　　 對于邏輯加密卡除了卡本身具有密碼校驗功能外，卡本身沒有智能的身份驗證功能和技術(shù)，因此在系統(tǒng)設(shè)計時，就需要為它們設(shè)計出一套完善的密碼計算和驗證功能，以保證系統(tǒng)的安全及系統(tǒng)密碼不能外露。正是根據(jù)這些需要，同時也是出于指導和保護行業(yè)所建設(shè)的IC卡應(yīng)用系統(tǒng)，建設(shè)部在頒布的有關(guān)規(guī)范中，嚴格規(guī)定了采用安全存儲模塊進行卡的密碼計算的方法，切實保證了“一卡一密”的實現(xiàn)，為廣大用戶提供了經(jīng)嚴格證明是安全可靠的科學方法計算方法。 　　


　　要執(zhí)行建設(shè)部這一規(guī)范，我們必須具有： 　　
　　A、符合建設(shè)部規(guī)范的安全存儲模塊（或PSAM卡（COS））； 　　
　　B、系統(tǒng)設(shè)計符合建設(shè)部規(guī)范的密鑰管理體系； 　　
　　C、讀寫機具對卡的操作流程符合建設(shè)部規(guī)范的有關(guān)要求。 　

　　值得注意的是：雖然建設(shè)部有嚴格的規(guī)范規(guī)定了卡片密碼的計算方法，但如果在設(shè)計中不能作出全面的考慮，也會給敵手留下可怕的漏洞。

四、 密鑰管理系統(tǒng) 　　
　　我們已經(jīng)看到，在一卡通系統(tǒng)中，我們是依靠密鑰來對信息進行加密保護，因此系統(tǒng)的安全很大程度上是取決于密鑰的安全。密鑰是所有加密系統(tǒng)信息安全的關(guān)鍵，任何疏忽導致密鑰的泄露，都可能給系統(tǒng)帶來難以估量的巨大損失。 　　
　　密鑰管理是一門綜合性的管理技術(shù)，她涉及到密鑰的生成、分配、傳遞、保管、使用、備份、恢復(fù)、吊銷、銷毀、更換等內(nèi)容內(nèi)容。
　　1、一卡通系統(tǒng)對密鑰管理系統(tǒng)的要求 　　
　　根據(jù)一卡通系統(tǒng)的特點，我們可以提出在系統(tǒng)中建設(shè)密鑰管理子系統(tǒng)的原則：
　　 （1） 密鑰與使用人隔離；
　　 （2） 管理嚴密，使用方便；
　　 （3） 出現(xiàn)問題可追溯；
　　 （4） 主密鑰不能出現(xiàn)在傳輸路徑上或保留在未經(jīng)認證的終端設(shè)備中；
　　 （5） 存放的密鑰不能讀出；
　　 （6） 符合建設(shè)部規(guī)范；
　　 （7） 按照中國人民銀行金融規(guī)范進行設(shè)計；
　　 （8） 密鑰的儲存、傳輸?shù)染捎脟苻k指定的商用產(chǎn)品；
　　 （9） 密鑰系統(tǒng)的設(shè)計按照設(shè)計、生產(chǎn)、應(yīng)用互不關(guān)聯(lián)性的原則進行，不但從技術(shù)上確切保證用戶的安全性，更保證了用戶的自主性，使用戶在今后的系統(tǒng)擴展中不再受制于系統(tǒng)開發(fā)商；
　　 （10） 使用已經(jīng)完善的算法體系； 　　

　　2、一卡通系統(tǒng)中的密鑰管理子系統(tǒng)的基本功能
　　 * 密碼生成和注入；
　　 * 密碼分發(fā)和保管；
　　 * 密碼的傳輸；
　　 * 密碼的使用；
　　 * 密碼的選用、控制及更新；
　　 * 密碼的銷毀；

　　3、密鑰的生成 　　

　　盡管密鑰生成已有成熟的理論與基礎(chǔ)，但為了保證密鑰的安全和防止泄露，在密鑰生成時，應(yīng)采取以下措施：
　　a）密鑰生成時，應(yīng)采取多人輪換操作生成的方式，或采用硬件加密的方式；
　　b）要嚴格保證密鑰生成環(huán)境的絕對安全；
　　c）應(yīng)該對參加密鑰生成的人員有嚴格的審查，完全符合系統(tǒng)的安全管理規(guī)定；
　　d）密鑰生成過程必須按照嚴格的操作規(guī)程，逐步進行，對一些需要封存的數(shù)據(jù)，要現(xiàn)場封閉，做好安全移交；
　　e）對于無需重復(fù)生成的密鑰，要使用隨機過程，真正生成不可重復(fù)的密鑰；對于可重復(fù)生成的密鑰，要注意密鑰變換的可重復(fù)性，以便需要之時，保證能重復(fù)生成與原密鑰絕對相同的密鑰。
　　f）對于已經(jīng)生成的密鑰要馬上存放到CPU母卡上，保證不會泄露；
　　g）盡可能是在一個封閉的、有限的環(huán)境中生成密鑰；
　　h）密鑰生成完后，要把所有的臨時結(jié)果全部清除干凈。

　　4、密鑰的傳遞、保管 　　

　　密鑰的傳遞應(yīng)采用層次方式，由上往下，逐級傳遞，亦即由上一級按照特定的方式生成下一級所需的各種子密鑰，密鑰的傳遞和保管依靠CPU卡形式逐級進行。 　　
　　利用CPU卡進行密鑰的傳遞和保管是一項十分成熟的技術(shù)，CPU卡的COS操作系統(tǒng)有非常規(guī)范的對密鑰進行操作的指令系列，使用者只要采用經(jīng)認證的COS系統(tǒng)，相信這一步是容易實現(xiàn)的，但必須注意在密鑰的導出時，必須采用密文方式，以保證密鑰的安全。 　　

　　5、密鑰的控制、選擇、應(yīng)用 　

　　密鑰的正常使用，就是使用者按照系統(tǒng)設(shè)計方案對密碼進行操作，為使用者提供對敏感信息的加解密以及身份認證等多項功能，這些都是通過CPU卡來進行，因此CPU卡COS操作系統(tǒng)仍然是十分重要的安全工具。 　　

　　由于系統(tǒng)的不斷發(fā)展，即便是同樣的操作，使用的密鑰（密種）是可以不同的，這就是密鑰的版本控制，在密鑰管理系統(tǒng)的設(shè)計以及今后的應(yīng)用中，必須考慮這種情況的發(fā)生，應(yīng)該有一套完善、清晰的關(guān)于密鑰版本選擇、應(yīng)用的解決方案。 　　

　　6、密鑰的更新 　　

　　當密鑰的生命周期結(jié)束，或者是系統(tǒng)密鑰被泄露后，系統(tǒng)應(yīng)該有進行密鑰更新的能力，以便保護系統(tǒng)的敏感信息不再被泄露。密鑰的更換必須以不損害持卡人的利益、不影響持卡人正常使用為前提，同樣密鑰的更新過程必須保證不會影響到這個系統(tǒng)的安全性能，這些要求對設(shè)計者來說確實是一個重大挑戰(zhàn)。 　　

　　密鑰的更新可以視作為：一旦發(fā)生密碼泄露的災(zāi)難事件后的應(yīng)急恢復(fù)措施。密鑰的更新有兩種做法：替換和更換。 　　
　　 （1）替換——在考慮到密鑰有可能被破譯或者經(jīng)過一段使用時間以后需要更換等特點，在系統(tǒng)密鑰生成之時，我們就生成多組互不關(guān)聯(lián)的密鑰組，在卡片初始化時預(yù)先安裝于卡內(nèi)，一旦其中一套由于各種原因被停用后，可以馬上啟用另外一套，保證系統(tǒng)能不間斷地運轉(zhuǎn)。當前那一套密鑰在有效使用，是通過卡內(nèi)、設(shè)備中的“密鑰版本標識”來指示，以便它們相互間的認證。替換的過程是簡單的：一旦系統(tǒng)需要更換密碼組，我們需要對所有的POS機中的“密鑰版本標識”進行設(shè)置，經(jīng)過設(shè)置后的設(shè)備，在新舊密碼更替的周期內(nèi)，對前來交易的卡片首先判斷該卡片使用的密碼版本，如果已經(jīng)是新的密碼版本，就繼續(xù)操作；如果卡片仍然使用的是舊的密碼版本，在確認該卡片的合法性后，馬上對卡片的“密鑰版本標識”進行更新，然后再按新的密碼體系對卡片進行操作，密碼的更換就是這樣在用戶的不知不覺中進行了替換。 　　
　　（2）更換——停止現(xiàn)行的密碼的使用，重新生成新的密鑰組，再重新下載到各設(shè)備、卡片中。這一過程的最大難點是新密鑰是如何才能安全傳輸?shù)礁髟O(shè)備和卡片中，這里涉及的是密碼的安全傳輸，和密碼更改真實性的確認。特別是對于那些大型的系統(tǒng)，為了實現(xiàn)快速的密鑰更換，有可能需要采用網(wǎng)絡(luò)進行新密鑰的傳輸方式，為保證密鑰傳遞的安全，就必須引入非對稱性密鑰的加密算法（如RSA、ECC等），使得操作者能對發(fā)送或接收者身份的進行確認，同時又能確保信息自身的保密性，實現(xiàn)真實性、完整性的控制。 　　
　　更換密鑰對于CPU卡作為票卡的情況來說是容易的，但對于邏輯加密卡作為票卡的情況來說，把密鑰的更換工作放于普通的車載收費機中去實現(xiàn)是不安全的（理由與上述的分段收費的情況類似），它只能在充值點這種安全的環(huán)境中才能實現(xiàn)，這與上面所說的不影響持卡人的使用的前提是矛盾的。因此采用更換的方法影響面很廣，應(yīng)慎重考慮。

五、 設(shè)備安全性 　　

　　在公交一卡通系統(tǒng)中，各類IC卡設(shè)備，特別是車載類POS機設(shè)備，分散于各輛汽車上，流動性大，是破壞者最易于攻擊的另一個目標，為了保證其安全為了保證其安全，系統(tǒng)在設(shè)計時除了對信息處理有嚴格安全規(guī)范外，在設(shè)備的結(jié)構(gòu)上，電路控制板上也應(yīng)采取相應(yīng)的措施：
　?。?） 按照建設(shè)部的規(guī)范，我們必須采用安全性能極高的安全存儲模塊（SAM卡或模塊），它必須是符合建設(shè)部、中國人民銀行的規(guī)范，同時應(yīng)該是得到這些部門認證的。
　　（2） 機器內(nèi)數(shù)據(jù)的存放是一式兩份，最大限度地保證機器的數(shù)據(jù)的完整性。
　　（3） 存放于機器內(nèi)的數(shù)據(jù)最好是被加密的，以防被盜；
　　（4） 存放于機器內(nèi)的數(shù)據(jù)一定是有校驗碼，以確保數(shù)據(jù)的不可更改性；
　?。?） 機器在執(zhí)行完任一操作后，都應(yīng)忠實地把情況記錄下來，以便必要時能對機器的使用情況進行追蹤；
　?。?） 對于初始化機、售卡充值機：它們除了有上述的性能外，在對使用人員的控制上，還應(yīng)加入“操作員身份證卡”的方法，即每個合法的操作員均有一張CPU卡作身份驗證，里面放置該人員的信息、密碼，操作時只有經(jīng)過驗證是合法的CPU卡才能從中獲得進門的密鑰；該CPU卡同時還存有對售卡充值金額等方面進行適當限制的信息，防止身份證的惡性“丟失”，每張CPU身份證卡，要定期到控制中心進行“更新”確認。
　?。?） 所有設(shè)備的工作流程要按建設(shè)部的規(guī)范實施。
　?。?） 設(shè)備應(yīng)有較大的黑名單數(shù)據(jù)容量。

　　六、 系統(tǒng)的其它安全性

　　　1、網(wǎng)絡(luò)安全
　　?。?） 任何在網(wǎng)上傳輸?shù)男畔⒍际且鸭用艿模到y(tǒng)實現(xiàn)了應(yīng)用層的保護。
　　?。?） PC機與IC卡讀寫器間的通訊有嚴格的接口規(guī)范，它們之間具有動態(tài)的識別、加密傳輸功能，實現(xiàn)了包傳輸?shù)募用?，任何偵聽、加插、偽造的操作都是無效的。這些措施也是金融IC卡進行身份驗證和數(shù)據(jù)保密傳遞的技術(shù)。
　　?。?） 傳輸信息與校驗信息一起傳送，可防止信息的非授權(quán)更改。
　　?。?） 管理中心在收到信息后，要在數(shù)據(jù)庫中檢查正確后才能入庫，防止信息的重復(fù)投遞。 　　　（5） 身份權(quán)限的控制：實行嚴格的密碼管理制度，每個在系統(tǒng)上工作的人員都有自己的編號和密碼，該密碼對任何人（包括上級人員）均保密。本系統(tǒng)密碼對系統(tǒng)開發(fā)者（供貨商）也是保密的
　　?。?） 訪問權(quán)限的控制：通過嚴格的安全體系保證系統(tǒng)上的開發(fā)者、使用者、發(fā)行者之間互相絕緣，各有獨立密碼系統(tǒng)不被別人竊取。
　　?。?） 路由控制：網(wǎng)絡(luò)管理中應(yīng)配備防火墻，路由控制等多重控制，因而任何想通過這些關(guān)卡進入網(wǎng)絡(luò)中心是極其不易的。
　　?。?） 網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)的傳輸采用“下取”的方式：即從各數(shù)據(jù)匯集點收集到的數(shù)據(jù)量放在站點機器上，由管理中心（或營運公司計算機室）按照時間分配，自動撥號到這些站點機上進行存取，從而使中心通訊機的使用得到控制。
　　　（9） 為了防止病毒的攻擊，系統(tǒng)設(shè)計在網(wǎng)絡(luò)上只進行數(shù)據(jù)的交換，而不進行程序的交換，任何程序的交換都是非法的，這不但是技術(shù)的控制，更重要的是行政的管理。

　　2、主機及中心數(shù)據(jù)庫的安全技術(shù) 　
　　中心數(shù)據(jù)庫是信息匯集的地方，更是攻擊的最終目標，系統(tǒng)采用目前流行的C/S或B/S模式，操作終端和數(shù)據(jù)中心嚴格分離，只有中心管理員才有權(quán)進行數(shù)據(jù)庫級的操作，客戶端的操作都是通過系統(tǒng)內(nèi)部指令而進行。 　　
　　系統(tǒng)通過采用先進、可靠、安全、成熟的核心平臺和技術(shù)，這些都是可以令人信服地增強系統(tǒng)安全、可靠性的有力措施。 　　
　　按照系統(tǒng)的規(guī)定及時進行數(shù)據(jù)備份，及時互換密碼，在行政的規(guī)范管理上保證系統(tǒng)的安全。 　　　系統(tǒng)應(yīng)建立完善的日志功能，對進入系統(tǒng)的各項操作都進行真實完備的記錄，以便系統(tǒng)今后的追蹤回索。
　　系統(tǒng)中心在處理各類營運信息時，都要對其真實性進行判別（包括解密、校驗碼認證、身份認證等）后才能加入到主數(shù)據(jù)庫中，其運算量是很大的。因此在中心機房一定要采用一卡通專用的加密機，一方面可以為系統(tǒng)的運轉(zhuǎn)提供較大的數(shù)據(jù)處理吞吐能力，另一方面可保證不會泄露有關(guān)的密鑰信息，絕對不能把密碼直接存放于計算機中。

　　3、管理制度的完善 　　
　　大家都知道，堡壘是最易從內(nèi)部攻破的。雖然在一卡通的設(shè)計與建設(shè)中，我們可以加入很多安全技術(shù)，確保敵手不易攻破我們的防線。但如果自己內(nèi)部出現(xiàn)問題，或者破壞者就是操作員，或者是內(nèi)部人員沒有按規(guī)范操作，把敏感的東西向外界泄露等，都會給系統(tǒng)帶來不可估量的損失。因此建立、健全完善的管理體系，加強系統(tǒng)內(nèi)部人員的管理，也是保證系統(tǒng)安全性的一個重要方面，這方面的例子已經(jīng)存在很多，是十分值得系統(tǒng)管理者去認真對待的。 　　 　　
　　一卡通系統(tǒng)是一個龐大的系統(tǒng)，系統(tǒng)的安全性還涉及多個方面，仔細分析和總結(jié)各方面的情況，將會是一項艱巨而又十分有意義的工作。鑒于本文的篇幅，我們不能一一細談，有興趣的讀者，請與我們公司或與作者聯(lián)系，我們愿意把我們的教訓和經(jīng)驗與大家共享，共同促進我國公交一卡通事業(yè)的向前發(fā)展。