智能卡操作系統(tǒng)的加密算法命令

文章出處：http://bookmouse.cn 作者：中國一卡通網(wǎng) 收編   人氣： 發(fā)表時間：2011年10月10日

　　對于很多應(yīng)用來說加密算法命令是十分重要的。例如，它們使智能卡可比較容易用做加密和解密設(shè)備或用 于驗(yàn)證數(shù)字簽名。許多智能卡操作系統(tǒng)有其自已執(zhí)行加密算法的命令組。因?yàn)闆]有這類功能的標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了 諸如ENCRYPT（加密），DECRYPT（解密），SIGN DATA（簽署數(shù)據(jù)）和VERIFY SIGN￣ATURE（驗(yàn)證簽名）等 智能卡命令。然而，同時有兩條專門處理加密算法的命令已規(guī)定在ISO/IEC 7816－8標(biāo)準(zhǔn)中。

　　在下述材料中，也會述及在ISO/IEC 7816－8標(biāo)準(zhǔn)中的其他加密命令，因?yàn)檫@是目前對于此類命令惟一有效 的資料，然而，在撰寫此書時這些標(biāo)準(zhǔn)尚未完成；其狀態(tài)為委員會草案CD（Committee Draft）。這意味著在最終版本出現(xiàn)之前，仍有某種可能做一些小修改，甚至?xí)霈F(xiàn)大的變動。

　　在ISO/IEC 7816-8標(biāo)準(zhǔn)中與加密有關(guān)的功能分解在兩條命令之間，MANAGE SECURITYENVIROMENT（達(dá)成安全 環(huán)境）命令允許在實(shí)際執(zhí)行加密算法之前先設(shè)定各種一般的條件，這條命令傳送一“模板”給卡，此模板中 含有相關(guān)的參數(shù)。它們一直保持有效　　對于很多應(yīng)用來說加密算法命令是十分重要的。例如，它們使智能卡可比較容易用做加密和解密設(shè)備或用 于驗(yàn)證數(shù)字簽名。許多智能卡操作系統(tǒng)有其自已執(zhí)行加密算法的命令組。因?yàn)闆]有這類功能的標(biāo)準(zhǔn)，出現(xiàn)了 諸如ENCRYPT（加密），DECRYPT（解密），SIGN DATA（簽署數(shù)據(jù)）和VERIFY SIGN￣ATURE（驗(yàn)證簽名）等智能卡命令。然而，同時有兩條專門處理加密算法的命令已規(guī)定在ISO/IEC 7816－8標(biāo)準(zhǔn)中。

　　在下述材料中，也會述及在ISO/IEC 7816－8標(biāo)準(zhǔn)中的其他加密命令，因?yàn)檫@是目前對于此類命令惟一有效的資料，然而，在撰寫此書時這些標(biāo)準(zhǔn)尚未完成；其狀態(tài)為委員會草案CD（Committee Draft）。這意味著在最終版本出現(xiàn)之前，仍有某種可能做一些小修改，甚至?xí)霈F(xiàn)大的變動。

　　在ISO/IEC 7816-8標(biāo)準(zhǔn)中與加密有關(guān)的功能分解在兩條命令之間，MANAGE SECURITYENVIROMENT（達(dá)成安全 環(huán)境）命令允許在實(shí)際執(zhí)行加密算法之前先設(shè)定各種一般的條件，這條命令傳送一“模板”給卡，此模板中 含有相關(guān)的參數(shù)。它們一直保持有效，直到被一條新的MANAGE SECURITY ENVIROMENT命令所取代。模板本身 含有TLV編碼的數(shù)據(jù)對象，它允許在參數(shù)傳輸中的高度可變性（而遺憾其復(fù)雜性）。

圖1 ISO/ICE 7816－8中有關(guān)加密功能的命令：MANAGE SECURITY ENVIRONMENT利日PERFORM ECURITY OPERATION的基本原理

　　在加密功能的所有選項(xiàng)用MANAGE SECURITY ENVIRONMENT命令都設(shè)置要當(dāng)后，可調(diào)用PERFORM SECURITY OPERATION（執(zhí)行安全操作）命令，用此命令可實(shí)現(xiàn)大量的安全操作，只要它們都受到智能卡操作系統(tǒng)的支 持。這一命令的可能選項(xiàng)的數(shù)量是如此巨大，因此并非所有受到的支持都是強(qiáng)制性的。雖然PERFORM SECURITY OPERATION只用一個指令字節(jié)編碼，然而卻由參數(shù)字節(jié)Pl來區(qū)分其8項(xiàng)基本不同的功能。這樣做的 理由是剩下可用以給命令編碼的命令字節(jié)數(shù)在這時已經(jīng)感到比較緊張了。

　　這兩條命令的功能見表1～表9，圖1則說明了它們運(yùn)行的基本原理。

表1 遵照ISO/IEC 7816-8的MANAGE SECURITY ENVIRONMENT的功能

　　由于PERFORM SECURITY OPERATION命令以很多不同的方式應(yīng)用，我們在下面將按照不同的選項(xiàng)來分別敘述 其功能，而不對它們做過細(xì)的描述。

　　PERFORM SECURITY OPERATION的COMPUTE CRYPTOGRAPHIC CHECKSUM（計(jì) 算加密代碼和）選項(xiàng)是用來求加密的校驗(yàn)和（CCS）的，它通常被稱為MAC（報(bào)文鑒別碼）。所用之填補(bǔ)以及 密鑰或由操作系統(tǒng)隱含給出或可經(jīng)MANAGE SECURITY-ENVIRONMENT命令提供。與此命令相對應(yīng)的選項(xiàng)為 VERIFY CRYP－TOGRAPHIC CHECKSUM，它計(jì)算傳輸數(shù)據(jù)的加密代碼和并和也在命令中傳送的基準(zhǔn)值相比較。這項(xiàng)操作的結(jié)果 是符合/不符合，并回給終端。

表2 遵照ISO/IEC 78168的PERFORM SECURITY OPERATION的選項(xiàng)COMPUTE CRYPTOGRAPHlC CHECKSUM的功能

表3 遵照ISO/IEC 7816-8的PERFORM SECURITY OPERATION的選項(xiàng)VERIFY CRYPTOGRAPHIC CHECKSUM的功能

　　兩個選項(xiàng)ENCIPHER和DECIPHER對數(shù)據(jù)提供了純粹的加密和解密，ENCIHER選項(xiàng)用來對命令中傳送的數(shù)據(jù)加密 。根據(jù)操作系統(tǒng)提供的選項(xiàng)，可先行傳送MANAGE SECURITYENVIRONMENT命令，以選擇所用加密算法。類似地 ，也必須用傳送的參數(shù)在發(fā)布命令之前先行設(shè)置要當(dāng)加密算法的模式。對于字組加密算法，尚可在ECB與CBC 模式間選擇。由于傳送給卡的數(shù)組的長度沒有必要精確地為加密算法字組大小的整倍數(shù)，故必須由一個補(bǔ)充 參數(shù)規(guī)定填補(bǔ)方法，同樣重要的是智能卡中算法用于加密數(shù)據(jù)的密鑰的存儲地址。

表4 遵照ISO/IEC 7816-8的PERFORM SECURITY OPERATION的選項(xiàng)ENCIPHER的功能

表5 遵照ISO/IEC 7816-8的PERFORM SEOURITY OPERATION的選項(xiàng)DECIPHER的功能

　　ENCIPHER的逆操作是DECIPHER，用此功能可使傳送的數(shù)據(jù)以和ENCIPHER中所用的相同模式被解密。當(dāng)然智 能卡必須知道相應(yīng)的密鑰，算法模式和填補(bǔ)模式，這些信息必須用一條MANAGE SECURITY ENVIRONMENT命令傳送給卡的操作系統(tǒng)。

　　由于把公開密鑰算法引人到智能卡的應(yīng)用中，這就需要有適當(dāng)?shù)拿顏硎褂眠@一新的有效功能。智能卡特 別適合于簽名的應(yīng)用，因?yàn)楹灻乃惴ǖ拿孛苊荑€可以安全地存在存儲器中，而它不能被讀到。ISO/IEC 7816－8標(biāo)準(zhǔn)說明了命令的四種選項(xiàng)可用于數(shù)字簽名。

　　PERFORM SECURITY OPERATION命令的HASH（散列）選項(xiàng)可用于計(jì)算散列值，命令或是傳送要散列的數(shù)據(jù)， 或是傳送在智能卡之外已算出的散列值以及需用于最后一步計(jì)算的數(shù)據(jù)。在后一種情況，對最后字組的散列 計(jì)算是在卡中執(zhí)行的，這種方法的好處是散列值可以在卡外能顯然較快形成，但最后一步仍在卡內(nèi)進(jìn)行。從 純粹加密的觀點(diǎn)看來，這僅僅提供了少量額外的安全性，但可稍微限制操縱散列值的可能性，被廣泛用在實(shí) 際中。

　　由于散列的數(shù)據(jù)量通常大于一條命令中所允許的數(shù)據(jù)字段的最大長度，比⒋SH選項(xiàng)中使用了“7級” （Level－7）鏈接，意即數(shù)組可在應(yīng)用級上邏輯地鏈接在一起。最終的散列數(shù)組中含有一個標(biāo)記以通知命令 散列操作至此字組結(jié)束。

　　這一命令選項(xiàng)還有著它自己的選項(xiàng)，計(jì)算出的散列值可以或是在對命令的響應(yīng)中立即傳送給終端，或是存 儲在卡中供后繼的命令使用。像在前面的命令中所述的那樣，所用的填補(bǔ)和密鑰需用一條在先的MANAGE SECURITY ENVIRONMENT命令予以規(guī)定。

表6 遵照ISO/IEC 7816-8的PERFORM SECURTY OPERATION的HASH選項(xiàng)的功能

　　COMPUTE DIGITAL SIGNATURE選項(xiàng)可用來簽署數(shù)據(jù)，要簽署的數(shù)據(jù)串通常都已經(jīng)被壓縮成散列值，必須傳送 給智能卡。除非前一條是PERFORM SECURITY OPERATION命令的HASH選項(xiàng)，其結(jié)果已經(jīng)存在于卡中。COMPUTE DIGITAL SIGNATURE選項(xiàng)也允許把要簽署的數(shù)據(jù)直接傳送給卡。在簽名產(chǎn)生之前先把它們散列。對大量的數(shù) 據(jù)，可隨HASH選項(xiàng)采取“7級”散列。

表7 遵照ISO/IEC 7816-8的PERFORM SECURITY OPERATION的COMPUTE DIGITAL SIGNATURE選項(xiàng)的功能

　　若散列值之長度并不對應(yīng)于公開密鑰算法的輸人數(shù)據(jù)長度，則必須予以填補(bǔ)。對此選項(xiàng)亦由MANAGE SECURITY ENVIRONMENT命令中的參數(shù)規(guī)定，它也用來確定所用之密鑰。

　　驗(yàn)證COMPUTE DIGITAL SIGNATURE選項(xiàng)的功能由VERIFY DIGITAL SICNATURE選項(xiàng)提供。原理上，任何一臺足 夠快的數(shù)字計(jì)算機(jī)都可用來驗(yàn)證簽名，因?yàn)樗杳荑€是公開的。然而，在許多情況下公開密鑰的有效性必須 首先用一個另外的數(shù)字簽名予以驗(yàn)證。這確實(shí)和安全性有關(guān)，而且不應(yīng)在不安全的計(jì)算機(jī)上進(jìn)行。對數(shù)字簽 名的驗(yàn)證，其相關(guān)的公開密鑰必須或是已為智能卡隱含地知道，或是經(jīng)命令選項(xiàng)VERIFY CERTIFICATE（驗(yàn)證 憑證）明顯地使卡獲得。要驗(yàn)證的數(shù)據(jù)可以直接傳送給VERIFY DIGITAL SIGNATURE或以相關(guān)的散列值的形式 傳給，所有其他參數(shù)則和COMPUTE DIGITAL SICNATURE選項(xiàng)是一樣的。

　　在開放系統(tǒng)中，驗(yàn)證數(shù)字簽名的公開密鑰通常用憑證當(dāng)局的秘密密鑰予以簽署。公開密鑰的可靠性在使用 前必須被驗(yàn)證，因?yàn)檫@是惟一的方法以確信密鑰不是偽造的。這項(xiàng)驗(yàn)證必須在安全的環(huán)境中進(jìn)行，例如在智 能卡中，否則有可能遭受到控制。ⅦⅢⅣ CERTIπCATE（驗(yàn)證憑證）命令選項(xiàng)專門提供對簽署了的公開密鑰 的驗(yàn)證。一旦公開密鑰被驗(yàn)證為真實(shí)可信的，就可以或是把它永久存在智能卡中，或是緊接著用一條VERIFY DIGITAL SIGNATURE命令來使用它。

　　如果智能卡的操作系統(tǒng)支持產(chǎn)生非對稱加密算法密鑰對的產(chǎn)生，則此過程可用ISO/IEC7816－8的命令 GENERATE PUBLIC KEY PAIR（產(chǎn)生公開密鑰對）來啟動，其具體功能見表10。密鑰產(chǎn)生需用之所有參數(shù)，必 須先用MANAGE SECURITY ENVIRONMEN命令設(shè)置妥當(dāng)。

　　圖2表明了以上所述的命令如何可以用來產(chǎn)生一個數(shù)字簽名和驗(yàn)證。