基于非接触式IC卡门禁系统的设计(6)

随着ＩＣ卡应用范围的不断扩大，针对ＩＣ卡的各种攻击也不断增多，因此Ｉｃ卡的安全和保密性显得日益重要，现在己经成为Ｉｃ卡技术中的关键技术之一（１２】。我们从三方面来讨论ＩＣ卡的安全性。

（１）通讯安全和保密

通信安全与保密是为了达到ＩＣ卡与读写设备进行信息交换过程中的有效与合法。具体而言，也就是要求相互传送的信息具有完整性、真实性、有效性、保密性和不可否认性。完整性是指ＩＣ卡与读写设备必须能检测出在它们之间交换的信息是否己经被修改，判断出相互交换的信息是否合法，对于完整性的保证，一般是在所交换的信息内添加一段报文鉴别码（ＭＡＣ）。真实性是指ＩＣ卡和读写设备都必须有一种确证能力，能够确证它们各自所收到的信息都由真实对方发出，自己发出的信息也确实被真实对方接收。有效性是指Ｉｃ卡和读写设备能区别当前有效合法的信息与前次有效的信息；对于有效性的保证一般是在通信信息内添加加密后的时间段信息。保密性是指通过对要交换的信息进行加密处理来防止非授权者读到真实的明文内容。不可否认性是指发方和收方不可否认信息的发出和收到【１３】。

从上面谈到的ＩＣ卡逻辑安全中，我们可以清楚地看到密码学在ＩＣ卡安全性中的重要地位。在决定ｌＣ卡安全性的问题上，采用什么样的加解密方法，什么样的认证方法及它们的安全强度如何等等，对于ＩＣ卡的安全性有着至关重要的影响。

使用密码进行通信的一般模型如图２．３所示：其中要被加密的原文称为明文，加密过程的输出称为密文，密文通过传输信道传输到接收端，然后通过解密过程将明文还原。可见，数据的加密和解密的过程实际上就是通过一定的算法将信息加以伪装和解除伪装的过程。

基于非接触式IC卡门禁系统的设计

西安科技大学硕士学位论文

图２．３密码通信的一般模型

完成加密和解密的算法称为密码体制。密码体制的分类有很多种。按照加密密钥和解密密钥是否相同，分为对称密钥密码体制（秘密密钥体制）和非对称密钥密码体制（公开密钥体制）。在本设计中主要采用了非对称密钥密码体制【Ｉ…。

（２）对称密钥密码体制

对称密钥密码体制中加密密钥和解密密钥相同。这一体制是密码学的基本方法。通信双方享用一个共同密钥ｋ，一方用密钥ｋ加密明文，产生密文；另一方用密钥ｋ解密密文，恢复出明文。

可以把加密与解密过程表示为：（Ｅ。表示加密算法，Ｄ。表示解密算法，ｍ∈Ｍ明文空间）

Ｃ＝Ｅｔ（ｍ）

ｍ＝Ｄｋ（Ｃ）

所＝Ｄｋ（瓦（Ⅲ））对称密钥密码算法中，最著名的就是ＤＥＳ（ＤａｔａＥｎｃｒｙｐｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄ）算法，它是由ＩＢＭ公司在１９７５年研究成功并公开发表的，它是一种分组加密算法，明文按比特分组加密，密钥是５６位密钥加８位奇偶校验位。加密算法与解密算法相同，分组的明文信息根据密钥执行一系列可逆的混乱与扩散算法。

（３）非对称密钥密码

人们在使用对称密钥密码系统中，发现它有两个主要缺陷：

①密钥管理既复杂又困难，例如，在一个具有ｎ个用户的相互通讯系统中，就需要有ｃ：个密钥，当ｎ很大时，就使得维护密钥的安全变得十分困难。

②对称密钥系统不能确证信息来源的真实性和用户的身份。

于是在１９７６年，Ｄｉｆｆｉｅ和Ｈｅｌｌｍａｎ在其“密码学新方向”，一文中提出了公开密钥系统，即密码系统中的加密密钥、解密密钥可以不同。加密密钥公开，由加密密钥和密文不能容易地求得解密密钥和明文。另外，加密变换和解密变换可以交换，即满足巨＋Ｄｋ＝Ｄｋ＋Ｅ。。这样，公开密钥体系可以方便地解决上述两个问题。

在公开密钥密码体制中，最有名的一种是ＲＳＡ体制。它己被ＩＳＯ厂ｒＣ９７的数据加密技术分委员会ＳＣ２０推荐为公开密钥数据加密标准。ＲＳＡ算法是由ＲｏｎａｌｄＬＲＩＶｅｓｔ博士、ＡｄｉＳｈａｍｉｒ博士、ＬｅｏｎａｒｄＡｄｌｅｍａｎ博士创立，并以他们的名字命名的公开密钥的算法。

基于非接触式IC卡门禁系统的设计

２课题总体研究乖涉及的主要技术

ＲＳＡ算法是一种分组密码算法，它以数论中的欧拉定理为理论基础。

ＲＳＡ密码系统为每个用户分配两对密钥，即（Ｐ，／７）和（ｄ，ｎ），其中（Ｐ，／７）用于加密报文，（ｄ，／７）用于与解密报文。

实现ＲＳＡ算法需要解决两个问题：如何确定Ｈ，ｅ，ｄ三个密钥。如何实现加密算法和解密算法。由于其中涉及大数的指数运算及模运算，计算量很大，因此这是实现ＲＳＡ算法的关键。

下面分别对这两个问题进行讨论。

①产生素数的方法

根据修改的欧拉定理，如Ｐ为素数，则对于Ⅳ的所有整数值，应满足：

Ｘ９～＝１ｍｏｄｐ

这是一个必要条件而非充分条件，不过，如果有５个以上的ｘ值能满足上述条件，则Ｐ可基本断定为素数。

②产生加密密钥ｅ

ｅ是与ｏ（＂）互素的任意数，因此可以先选择一数ｅ，检查它是否与巾（＂）互素，若不是，则执行ｅ＝ｅ＋１，再次检查，直到与巾（月）互素为止。

检查两数是否互素的方法如下：检查两数的公约数ｇｃｄ是否为１，若是，则两数互素。根据欧几里德算法，如果ａ＝ｂｎ＋１，则ａ和ｂ的ｇｃｄ等于ｂ和ｃ的ｇｃｄ，即ｇｃｄ（ａ，ｂ）＝ｇｃｄ（ｂ，ｃ），因此，ｇｃｄ（ａ，ｂ）可用每次运算的余数去除该运算的除数来计算，这样可以逐渐减少参加运算的操作数的数值，最后的非零余数即为公约数。

如对４０，３１是否互素进行判断，即计算ｇｃｄ（４０，３１）。

第一次运算：４０＝２８。Ｉ＋１２，即４０／２８的余数为１２；

第二次运算：３１＝９＋３＋４，即３１／９的余数为４；

第三次运算：９＝４＋２＋１，即９／４的余数为ｌ；

因此，ｇｃｄ（４０，３１）＝ｌ，４０与３１互素。

上述算法即使对很大的整数，也只需要不多的步骤即可得到结果。

③产生解密密钥ｄ

采用欧几里德算法的一种变型产生解密密钥ｄ。

设：中（＂）＝Ｘ（０），ｅ＝ｘ０），ｏ（ｎ）和ｄ是互素的数：

ｘ（ｉ＋１）为ｘ（ｉ—Ｉ）／Ｘ（ｉ）的余数；

Ｑ（ｉ）＝ｘ（ｉ—１）／Ｘ（ｉ）的商（取整数）；

ｄ（０１＝０，ａ０）＝１；

贝０：ａ（ｉ＋１）＝ｄ（ｉ一１）＋ｇ（ｊ）｝ｄ（ｆ）；

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