CN103324971A - 一种智能卡***及其动态密钥更新认证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种防范通信线路传输安全隐患的智能卡***及其动态密钥更新认证方法，其时间戳生成与验证模块用于不定时向所述射频读写器提供***时间戳信息，并验证所述射频读写器返回的经设备指纹码加密传回的时间戳信息与所述远程服务器产生的时间戳信息是否一致；安全模块用于将射频读卡器读写的智能卡数据进行加密和解密，以使射频读卡器与服务器之间传输的都是加密信息。本发明的智能卡***利用动态时间戳认证机制和动态密码加解密技术，保证了射频读卡器到服务器的通信线路上数据安全，堵住了应用智能卡信息***传输线路的安全隐患，保证了智能卡数据传输的安全性，适用于人员、物资和装备的信息化管理。

Description

一种智能卡***及其动态密钥更新认证方法
【技术领域】
本发明涉及一种智能卡信息***，具体涉及一种防范通信线路传输安全隐患的智能卡***及其动态密钥更新认证方法，属于信息安全技术领域。
【背景技术】
目前，我军已大量使用智能卡信息***，涉及到各种物资、装备和人员的管理，智能卡信息***安全漏洞会使相关的军用信息***面临着比一般信息***更加严重的安全隐患。
在近几年的智能卡安全机制研究中，很多研究人员提出了许多安全机制，如：Sarma等人提出的Hash-Lock认证协议；Weis等人提出的随机化Hash-Lock认证协议；Rhee等人提出的分布式智能卡询问-响应认证协议；Ohkubo等人提出的Hash链认证协议；Lee等人提出的LCAP认证协议；以及Henrici等人提出的基于杂凑ID变化认证协议，等等。
然而上述认证协议中，要么只满足智能卡***安全需求中一项或者几项，没有完全实现整体的安全目标，要么就太过复杂，需要的存储资源与计算资源超出了现有智能卡标签资源的限度，无法具体实施。尤其是，目前很多智能卡认证协议是建立在服务器与读写器之间为安全通信信道的假设前提下，而实际上，这段传输线路大多存在安全隐患，服务器与射频读写器之间传输的是非加密数据，这样就可以通过在传输线路中间接入等方式来将服务器与读写器之间传输的数据截获，获得智能卡的相关信息，所以目前这种智能卡应用***存在着严重的安全隐患。
因此，为避免上述技术问题，确有必要提供一种防范通信线路传输安全隐患的智能卡***及其动态密钥更新认证方法，以克服现有技术中的所述缺陷。
【发明内容】
为解决上述问题，本发明的目的在于提供一种在传输线路上进行数据加密传输的智能卡***，其能防范从传输线路上进行智能卡信息截获。
本发明的另一目的在于提供一种防范通信线路传输安全隐患的智能卡***的动态密钥更新认证方法。
为实现上述第一目的，本发明采取的技术方案为：一种智能卡***，其包括智能卡，射频读写器以及远端服务器；其中，
所述远端服务器包括时间戳生成与验证模块，安全模块，超时处理模块，监控显示屏以及警报器；其中，所述时间戳生成与验证模块用于不定时向所述射频读写器提供***时间戳信息，并验证所述射频读写器返回的利用新、旧设备指纹码加密的时间戳信息和所述远程服务器利用该射频读写器的新、旧设备指纹码对返回值解密后的时间戳信息是否一致；所述安全模块用于将所述远端服务器与所述射频读写器之间传输的数据进行加密和解密；
所述射频读写器包括MCU模块，射频收发模块，通信接口模块，FLASH存储模块。其中，所述FLASH存储模块用于存储基于时间戳的新旧设备指纹码；所述MCU模块包含一个动态密码生成模块和数据加解密模块，动态密码生成模块用于当射频读写器接收到所述远端服务器发送的新时间戳时，判断新时间戳是否大于所述FLASH存储模块中保存的旧时间戳，当成立时，启动所述动态密码生成模块，生成一组动态密码作为新设备指纹码，并利用新、旧设备指纹码分别对新时间戳进行加密后作为密码更新确认返回值，发送给所述远端服务器，数据加解密模块完成数据加密和解密功能；所述通信接口模块包含RS232接口、USB接口或RS485接口。
本发明的智能卡***进一步为：所述安全模块包括用于使用对称密码通信的数据进行加解密运算的对称密码算法模块，以及用于进行哈希运算的哈希运算模块。
本发明的智能卡***进一步为：所述远端服务器通过所述时间戳生成与验证模块不定时向所述射频读写器发送一组新生成的时间戳，并同时将所述时间戳通过所述安全模块生成生成一组新的设备指纹码；所述射频读写器收到新时间戳后，所述MCU模块判断收到的新时间戳是否大于旧时间戳；当新时间戳大于旧时间戳时，射频读写器重新计算后生成新的设备指纹码作为数据传输加解密码，并将新时间戳分别经新、设备指纹码加密后返传给所述远端服务器作为动态密钥更新确认信息。
本发明的智能卡***进一步为：所述远端服务器及时接收到所述射频读写器返回值后，所述远端服务器分别利用该射频读写器的新、旧设备指纹码对收到的返回值解密后进行比较判定，当返回的新时间戳值与所述远端服务器已生成的新时间戳一致时，说明所述远端服务器收到所述射频读写器返回的动态密钥更新确认信息，智能卡***动态密钥更新完成，所述智能卡***认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患，启用该射频读写器的新设备指纹码作为加解密密钥对收发数据进行加密和解密；当时间戳信息不一致时，重新进行一次更新认证；连续三次更新认证后，仍不一致时，所述智能卡***认定线路端存在严重干扰或发生断路，终止通信，所述警报器启动；
本发明的智能卡***还可为：所述远端服务器发送新生成的时间戳后，启动所示超时处理模块，当超时处理模块计时时间到时，仍未收到所述射频读写器返回的动态密钥更新完成确认信息时，重新启动所示超时处理模块，并进行再一次更新认证；重新进行一次更新认证后，所述远端服务器收到所述射频读写器返回的动态密钥更新确认信息，所述智能卡***认定线路端不存在恶意攻击。若重新进行三次更新认证后，所述远端服务器仍未收到所述射频读写器返回的动态密钥更新确认信息，所述智能卡***认定线路端存在严重干扰或发生断路，终止通信，所述警报器启动；
为实现上述第二目的，本发明采取的技术方案为：一种智能卡***的动态密钥更新认证方法，其包括如下步骤：
步骤一：所述远端服务器通过所述时间戳生成与验证模块不定时向所述射频读写器发送一组新生成的时间戳，并同时将所述时间戳通过所述安全模块生成一组新的设备指纹码；
步骤二：所述射频读写器收到新时间戳后，所述MCU模块调出所述FLASH存储模块的旧时间戳，并判断新时间戳是否大于旧时间戳；
步骤三：若新时间戳大于旧时间戳，将所述FLASH存储模块的旧时间戳更换为该新时间戳，启动所述动态密码生成模块，生成新的设备指纹码，并分别利用新、旧设备指纹码对新时间戳进行加密后作为密码更新确认值，发送给所述远端服务器；否则所述射频读写器只利用旧设备指纹码对新时间戳进行加密，作为返回值发送给所述远端服务器；
步骤四：所述远端服务器对所述射频读卡器的返回值分别经新、旧设备指纹码解密后进行比较判断，当返回的新时间戳值与所述远端服务器生成的新时间戳一致时，所述智能卡***动态密码更新完成，认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患，否则所述智能卡***启动重新更新认证程序或启动所述警报器；
步骤五：当对所述智能卡进行数据读写时，所述远程服务器利用新设备指纹码作为密钥对数据信息进行加密后传输或解密接收数据，所述射频读卡器利用新设备指纹码对所述智能卡读入数据加密后传输或解密从线路传输过来的信息。
本发明的智能卡***的动态密钥更新认证方法进一步为：
当远端服务器接收到所述射频读写器返回值后，利用所述远端服务器生成的新设备指纹码对返回值进行解密，当所解密出的时间戳值跟新时间戳值一致时，所述智能卡***的新设备指纹码更新完毕，并可认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患；当收到的时间戳信息与所述远端服务器时间戳不一致时，或未收到所述射频读写器返回信息时，所示超时处理模块启动，重新进行一次时间戳传输认证；连续三次更新认证后，所述远端服务器仍未收到所述射频读写器返回的正确时间戳信息，所述智能卡***认定线路端存在严重干扰或发生断路，终止通信，所述警报器启动。
本发明的智能卡***的动态密钥更新认证方法进一步为：所述智能卡***的线路端认证后，在所述远端服务器上的所述监控显示屏显示认证结果。
与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：本发明的防范通信线路传输安全隐患的智能卡***利用动态时间戳认证机制和动态密码加解密技术，有效地保证了射频读卡器到服务器这段线路上通信的安全，堵住了智能卡应用信息***传输线路的安全隐患，保证了智能卡数据的安全性，适用于人员、物资和装备的信息化管理。
【附图说明】
图1是本发明的智能卡***的原理图。
图2是本发明的智能卡***另一实施方式的原理图。
【具体实施方式】
请参阅说明书附图1所示，本发明为一种防范通信线路传输安全隐患的的智能卡***，其包括智能卡12，射频读写器13以及远端服务器14。
所述远端服务器包括时间戳生成与验证模块1，安全模块4，超时处理模块3，监控显示屏2以及警报器5；所述时间戳生成与验证模块1用于不定时向所述射频读写器13提供***时间信息，并由所述远程服务器14生成的新设备指纹码对接收的信息进行解密获得所述射频读写器13返回的时间戳信息，判断时间戳信息是否一致；所述安全模块4用于将智能卡信息数据进行加密和解密。
所述射频读卡器12包括MCU模块10，射频收发模块9，通信接口模块7，FLASH存储模块8。射频读写器13内的MCU模块10通过射频收发模块9、射频天线11与智能卡12相连并进行通信。射频收发模块选用频率为13.56MHZ的FM1702片。
射频读写器13内的MCU模块10通过通信接口模块7与远端服务器14连接。通信接口可以是RS232串口、RS485串口或USB数据口，其中射频读卡器13与远端服务器14之间的数据传输均采用密文传输。
所述FLASH存储模块8用于存储上一次认证成功的设备指纹码和时间戳；所述MCU模块10包含一个动态设备指纹码生成模块，MCU用于当射频读写器13接收到所述远端服务器14发送的新时间戳时，判断新时间戳是否大于所述FLASH存储模块8保存的旧时间戳，当成立时，启动所述动态设备指纹码生成模块，生成一组新的设备指纹码，并利用新、旧设备指纹码对新时间戳进行加密后作为返回值，发送给所述远端服务器14。否则仅利用旧设备指纹码对新时间戳进行加密后作为返回值，发送给所述远端服务器14。
当远端服务器14接收到所述射频读写器13返回值后，利用所述远端服务器14生成的新设备指纹码对返回值进行解密，当所解密出的时间戳值跟新时间戳值一致时，所述智能卡***的新设备指纹码更新完毕(线路动态加解密密码更新完毕)，并可认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患；当收到的时间戳信息与所述远端服务器14时间戳不一致时，或未收到所述射频读写器13返回信息时，所示超时处理模块启动，重新进行一次时间戳传输认证；若连续三次线路认证后，所述远端服务器14仍未收到所述射频读写器13返回的正确时间戳信息，所述智能卡***认定线路端存在严重干扰或发生断路，终止通信，所述警报器5启动。
进一步地，所述智能卡***的线路端认证后，在所述远端服务器上的所述监控显示屏2显示认证结果。
所述智能卡***的线路端认证通过后(即认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患)，所述MCU模块10通过所述射频收发模块9和射频天线11启动对所述智能卡12进行数据信息的读写操作。
该智能卡***适用于军队涉密物资装备的信息化管理，通过产生的动态时间戳和动态密码认证，以保证线路端通信安全的可靠性，以及信息数据的安全性。
请参阅说明书附图2所示，其为本发明的防范通信线路传输安全隐患的智能卡另一实施方式，其包括智能卡12，射频读写器13以及远端服务器14；所述远端服务器包括时间戳生成与验证模块1，安全模块4，超时处理模块3，监控显示屏2以及警报器5；所述时间戳生成与验证模块1用于不定时向所述射频读写器13提供***时间戳信息，并验证所述射频读卡器13的返回时间戳和所述远程服务器14生成的时间戳信息是否一致；所述安全模块4用于将用户信息数据进行加密和解密，并对所述时间戳生成与验证模块1对生成的新时间戳进行加密，同时对所述射频读写器13返回所述时间戳信息进行解密。
所述射频读卡器13包括MCU模块10，射频收发模块9，通信接口模块7，FLASH存储模块8。
所述射频读卡器13还包括一显示屏15和按键16，所述MCU模块10与显示屏15、按键16分别相连，所述按键16用来控制所述显示屏15是否显示射频读卡器13与远端服务器14连接状态。
当所述按键16被按下时，所述显示屏15显示所述射频读卡器13与远端服务器14连接状态。
所述智能卡***的线路端认证通过后，所述MCU模块10通过所述射频收发模块9和射频天线11启动所述智能卡12，对所述智能卡12进行数据信息的读取操作。进一步优选地，所述显示屏15还用显示所述智能卡数据信息的读取结果。
通过动态时间戳产生和动态设备指纹码生成与验证后，才能对所述智能卡12数据进行读写操作和加密传输，所读写的数据传输成功与否在所述显示屏15上进行显示，用户可以通过所述显示屏15看到读写结果，通过该数据判断此次读写的数据是否正确，避免数据操作过程中可能导致的数据传输错误。
本发明的智能卡***的动态密钥更新认证方法如下：
(1)所述远端服务器14通过所述时间戳生成与验证模块不定时向所述射频读写器13发送一组新生成的时间戳，并同时将所述时间戳通过所述安全模块生成一组新的设备指纹码；
(2)所述射频读写器收到新时间戳后，所述MCU模块10调用所述FLASH存储模块8中的旧时间戳，并判断新时间戳是否大于旧时间戳；
(3)若新时间戳大于旧时间戳，所述FLASH存储模块8的旧时间戳更换为新时间戳，启动所述动态密码生成模块，生成新的设备指纹码，并利用新、旧设备指纹码分别对新时间戳进行加密后作为返回值，发送给所述远端服务器14，否则射频读写器13只返回旧设备指纹码加密的新时间戳信息返回值；
(4)所述远端服务器14对所述射频读卡器13的返回值分别经新、旧设备指纹码解密后进行判断，当返回值与所述远端服务器14生成的新时间戳一致时，所述智能卡***动态密码更新完成，认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患，否则所述智能卡***启动重新更新认证程序或启动所述警报器；
(5)当对所述智能卡进行数据读写时，所述远程服务器14利用新设备指纹码对读取的数据信息进行加密后传输或解密从线路传输过来的信息写入智能卡。所述射频读卡器13利用新设备指纹码对所述智能卡12读出的数据加密后传输或解密线路传输过来的信息。
本发明的智能卡***的动态密钥更新认证方法进一步为：
当远端服务器14接收到所述射频读写器13返回值后，利用所述远端服务器14生成的新设备指纹码对返回值进行解密，当所解密出的时间戳值跟新时间戳值一致时，所述智能卡***的新设备指纹码更新完毕，并可认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患；当收到的时间戳信息与所述远端服务器14时间戳不一致时，或未收到所述射频读写器13返回信息时，所示超时处理模块启动，重新进行一次时间戳传输认证；连续三次线路认证后，所述远端服务器14仍未收到所述射频读写器13返回的正确时间戳信息，所述智能卡***认定线路端存在严重干扰或发生断路，终止通信，所述警报器5启动。
进一步地，所述智能卡***的线路端认证后，在所述远端服务器上的所述监控显示屏2显示认证结果。
通过动态发送时间戳，动态更新射频读卡器的设备指纹码并验证，才能安全的对所述智能卡12数据进行读写操作，其动态设备指纹码更新认证的结果还可通过所述显示屏15显示，据此可判断此次动态设备指纹码更新是否成功。
以上的方法通过产生的动态时间戳，及时更新设备指纹码，并利用该指纹码对线路传输的智能卡数据进行加密和解密，以保证智能卡***的线路端通信安全性，以及涉密信息数据的安全性。
以上的具体实施方式仅为本创作的较佳实施例，并不用以限制本创作，凡在本创作的精神及原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本创作的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种智能卡***，其特征在于：包括智能卡，射频读写器以及远端服务器；其中，
所述远端服务器包括时间戳生成与验证模块，安全模块，超时处理模块，监控显示屏以及警报器；其中，所述时间戳生成与验证模块用于不定时向所述射频读写器提供***时间戳信息，并验证所述射频读写器返回的利用新、旧设备指纹码加密的时间戳信息和所述远程服务器利用射频读写器的新、旧设备指纹码对返回值解密后的时间戳信息是否一致；所述安全模块用于将所述远端服务器与所述射频读写器之间传输的数据进行加密和解密。
所述射频读写器包括MCU模块，射频收发模块，通信接口模块，FLASH存储模块。其中，所述FLASH存储模块用于存储基于时间戳的新旧设备指纹码；所述MCU模块包含一个动态密码生成模块和数据加解密模块，动态密码生成模块用于当射频读写器接收到所述远端服务器发送的新时间戳时，判断新时间戳是否大于所述FLASH存储模块中保存的旧时间戳，当成立时，启动所述动态密码生成模块，生成一组动态密码作为新设备指纹码，并利用新、旧设备指纹码分别对新时间戳进行加密后作为密码更新确认返回值，发送给所述远端服务器，数据加解密模块完成数据加密和解密功能；所述通信接口模块包含RS232接口、RS485接口或USB接口。
2.如权利要求1所述的智能卡***，其特征在于：所述安全模块包括用于使用对称密码通信的数据进行加解密运算的对称密码算法模块，以及用于进行哈希运算的哈希运算模块。
3.如权利要求2所述的智能卡***，其特征在于：所述远端服务器通过所述时间戳生成与验证模块不定时向所述射频读写器发送一组新生成的时间戳，并同时将所述时间戳通过所述安全模块生成一组新的设备指纹码；所述射频读写器收到新时间戳后，所述MCU模块判断收到的新时间戳是否大于旧时间戳；当新时间戳大于旧时间戳时，射频读写器重新计算后生成新的设备指纹码作为数据传输加解密码，并将新时间戳分别经新、旧设备指纹码加密后返传给所述远端服务器作为动态密钥更新确认信息。否则仅将时间戳经旧设备指纹码加密后返传给所述远端服务器作为动态密钥更新确认信息。
4.如权利要求3所述的智能卡***，其特征在于：所述远端服务器及时接收到所述射频读写器返回值后，所述远端服务器分别利用该射频读写器的新、旧设备指纹码对收到的返回信息进行解密后进行比较判定，当返回的新时间戳值与所述远端服务器已生成的新时间戳一致时，说明所述远端服务器收到所述射频读写器返回的动态密钥更新确认信息，智能卡***动态密钥更新完成，所述智能卡***认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患，启用该射频读写器的新设备指纹码作为加解密密钥对收发数据进行加密和解密；当不一致时，重新进行一次更新认证。连续三次更新认证后，仍不一致时，所述智能卡***认定线路端存在严重干扰或发生断路，终止通信，所述警报器启动。
5.如权利要求4所述的智能卡***，其特征在于：所述远端服务器发送新生成的时间戳后，启动所示超时处理模块，当超时处理模块计时时间到时，仍未收到所述射频读写器返回的动态密钥更新完成确认信息时，重新启动所示超时处理模块，并进行再一次更新认证；重新进行一次更新认证后，所述远端服务器收到所述射频读写器返回的动态密钥更新确认信息，所述智能卡***认定线路端不存在恶意攻击。若重新进行三次更新认证后，所述远端服务器仍未收到所述射频读写器返回的动态密钥更新确认信息，所述智能卡***认定线路端存在严重干扰或发生断路，终止通信，所述警报器启动。
6.一种如权利要求1至4项任意一项所述的智能卡***的动态密钥更新认证方法，其特征在于：包括如下步骤：
步骤一：所述远端服务器通过所述时间戳生成与验证模块不定时向所述射频读写器发送一组新生成的时间戳，并同时将所述时间戳通过所述安全模块生成一组新的设备指纹码；
步骤二：所述射频读写器收到新时间戳后，所述MCU模块调出所述FLASH存储模块的旧时间戳，并判断新时间戳是否大于旧时间戳；
步骤三：若新时间戳大于旧时间戳，将所述FLASH存储模块的旧时间戳更换为该新时间戳，启动所述动态密码生成模块，生成新的设备指纹码，并分别利用新、旧设备指纹码对新时间戳进行加密后作为密码更新确认值，发送给所述远端服务器；否则所述射频读写器只利用旧设备指纹码对新时间戳进行加密，作为返回值；
步骤四：所述远端服务器对所述射频读卡器的返回值分别经新、旧设备指纹码解密后进行判断，当返回的新时间戳值与所述远端服务器已生成的新时间戳一致时，所述智能卡***动态密码更新完成，认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患，否则所述智能卡***启动重新更新认证程序或启动所述警报器；
步骤五：当对所述智能卡进行数据读写时，所述远程服务器利用新设备指纹码作为密钥对数据信息进行加密后传输或解密接收数据，所述射频读卡器利用新设备指纹码对所述智能卡读入数据加密后传输或解密从线路传输过来的信息。
7.如权利要求6所述的智能卡***的动态密钥更新认证方法，其特征在于：当远端服务器接收到所述射频读写器返回值后，利用所述远端服务器生成的新设备指纹码对返回值进行解密，当所解密出的时间戳值跟新时间戳值一致时，所述智能卡***的新设备指纹码更新完毕，并可认定线路端不存在恶意攻击的安全隐患；收到的时间戳信息与所述远端服务器时间戳不一致时，或未收到所述射频读写器返回信息时，所示超时处理模块启动，重新进行一次时间戳传输认证；连续三次更新认证后，所述远端服务器仍未收到所述射频读写器返回的正确时间戳信息，所述智能卡***认定线路端存在严重干扰或发生短路，终止通信，所述警报器启动。
8.如权利要求7所述的智能卡***的动态密钥更新认证方法，其特征在于：所述智能卡***的密钥更新认证后，在所述远端服务器上的所述监控显示屏显示认证结果。
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