CN104282091A - 一种票据数据生成/传送/保存/认证的方法 - Google Patents

Abstract

一种票据数据生成/传送/保存/认证的方法，利用哈希函数生成的哈希值，避免直接在传送/保存密码。通过哈希值构成的认证码，来验证电子票据的真伪。在票务发行装置中，利用用户ID、票ID、保存于本地的密码和哈希函数，使用HMAC函数生成票务数据的认证码，并和未加密的用户ID、票ID一起传送并保存于用户手持移动装置。通过HMAC函数的不可逆原理，保证票务数据认证码的安全性。在验票过程中，通过NFC等传送方式，在票务验证装置中处理票务的验证，通过相同的方法再计算认证码。通过比较认证码的同一性，在认证码相同的情况下判断认证通过。通过该方法实现票务验证处理的安全性、即时性，并保证运用成本具有竞争力。

Description

一种票据数据生成/传送/保存/认证的方法

技术领域

本发明涉及电子商务领域，尤其涉及电子商务的安全认证应用领域。

背景技术

1. 背景

智能手机的普及，使得手机成为了新的支付的手段，但是在传统的电子票务领域，仍无完美的方法同时解决下列问题：

1. 票务中的入场券、乘车券属于比较高额的商品，需要在***中实现较高的安全性，保证不能被篡改和伪造。

2. 票务中的也有价格低廉的商品，因此需要在保证安全性的同时，保证在运用中具有成本竞争力。例如Mifare卡式的手机票务服务，能够把小额票务程序移植到手机端，但该方式采用不记名方式，安全性难以符合高金额的票务处理服务要求。虽然利用智能手机特征采用基于SIM的SecureElement存储方式能够解决此问题，然而该方法无法在运用中获得价格竞争力。

3. 票务处理大多在集中时刻集中处理，因此需要实现很高的即时性，ID记名式服务需要和服务器通信，通信所消耗的时间降低了处理即时性，也给电子票务的服务质量带来了困难。

目前具有以下类似的研究发明，但都不能解决票务的特征，即上述安全性、低成本、高即时处理能力问题。

专利号CN201010567076《票务验证方法、票务验证***及移动终端》描述了一种用秘密钥匙加密的票务验证方法。然而该申请的问题在于，

1. 在票务数据中直接包含密钥，密钥被直接传送/保存，这样的安全机制在传送/保存中会被盗取。而密钥的保护处理并没有被描述，因此这样传送处理方式是无法实现最基本的安全要求。

2. 符合ISO/IEC14443标准的NFC芯片只有记录简单信息的TAG，而并没有加密数据存储领域，该申请将密钥直接保存于NFC的记录领域，这等于将密钥暴露在任何人可以读取地方，显然这种保存方法无法实现最基本的安全要求。

3. 在所述申请中的权利要求1中的步骤4中，发明人试图采用SWP来验证密钥。但是标准SWP不过是用于SIM卡的数据传输协议，其中没有验证密钥的功能。

如果要在NFC芯片和SIM芯片中导入专门的逻辑电路，那么需要硬件商参与，而一种不符合标准的专门芯片是没有机会被手机产商采用的。因此该发明，无法完成最低等级的安全性，也无法实现其所述功能。

专利号CN200810122779《一种基于手机实现电子票券的方法》描述了一种用利用二维条形码平台(服务器)处理票务的方法，其问题在于：

1. 票务的生成和认证都在服务器端进行，服务器端的处理需要网络传送，网络传送将降低即时处理能力；同时二维码的生成和识别都需要大量计算，提供大量用户的票务处理需要相当大的服务器设备投资。

2. 所述二维码票务缺少防伪机制，只需要简单地拍摄二维码照片，就可以复制伪造。

因此该方法也无法满足即时性和安全性。

专利申请号US2011/0119098的专利Ticketing System描述了一个票务***，该专利通过使用保存于服务器，或者保存于分离环境的内存(Seprate data memory)来实现数据的安全性，这两种方法都能够保证数据的安全性，但是存在下列问题：

1. 票务数据保存于服务器，认证数据需要从服务器提取因此会影响认证速度。

2. 保存于分离环境的内存，所述于分离环境的内存，即加密的芯片，例如Smart Card符合ISO7816标准的安全元件Secure Element来保存票务数据。这种方法通常为金融支付而设计，其缺点是导入和运营成本昂贵。除却有价证券之外，大部分应用票务实例中，根据法律法规规定了不能作为金融商品自由流通和私下买卖，因此在运用中没有使用金融标准的必要。另外，所述加密芯片的生产成本和发行成本较高，其单价虽不昂贵，但对于数万会员的服务来说，最终对服务商产生巨大费用。

专利申请US20100219234的专利Mobile Ticket Authentication描述了一个使用条形码认证的票务***，该专利叙述了1，数据保存2，通过手机的MMS，SMS等方式传送票据的功能。主要功能通过ID识别完成，但没有具体涉及安全领域。如果仅仅采用这样的结构，1. 恶意者仍可以伪造票据，2. 票务在认证的时候，必须通过ID访问服务器，这样的处理最终会影响服务质量。

2. 发明目标

一种安全的基于用户手持移动装置的票务传送/保存/认证方法，该方法需要保证数据在票务的处理过程中不能被篡改和伪造，同时保证相对于低廉的导入和运营成本。

发明内容

通过用户手持移动装置(Mobile Device)，处理票务数据，并完成最后的验证处理。由于在本发明不涉及语音通信功能，因此使用用户手持移动装置(Mobile Device)代替手机的称谓。

本发明的进步性在于：

1.数据安全性——保证保存的票务数据不能被盗取、篡改和伪造；

2.成本低廉——比较于采用分离环境的内存(Seprate data memory)方法，本发明的运用成本较低，不需要发行专门的加密SD卡（需要发行费用，和鼓励用户采用费用），或者利用移动电话运营商的SIM等基于ISO7816规定的加密芯片(需要支付移动运营商费用，而且会员被绑定于移动运营商不利于服务扩展)。

3.票务验证速度高——比较于ID的服务器认证，本发明的验证处理能够在本地完成，节约了服务器的数据访问时间。从而提高服务质量。

相对于既有研究/创造，本发明更加安全、运用成本更低、验票速度更高的进步性。

附图说明

图1***构造概要图

图2用户手持移动装置中程序构成图

图3票务数据结构图

图4票务数据生成/验证流程图

图5认证码计算公式

具体实施方式

本发明采用下图所示的结构

图1 ***构造概要图

所述***包括:

1.用户手持移动装置1，所述移动装置至少包含CPU、内存、通信模块如LTE/3G/Wifi等、画面，可优先地使用符合ISO/IEC14443规格NFC通信模块。最常见的形态为智能手机。在所述用户手持移动装置中，部署票务管理程序10。

2.票务验证装置2，所述票务验证装置2包含CPU、存储、通信模块，在所述票务验证装置2中部署票务验证程序20，用以和用户手持移动装置1交换票务数据，并完成认证处理(Authtication)。票务验证装置包含ISO/IEC14443规格的读卡器NFC读卡器，作为同等置换，还可以采用Wifi、红外线、条形码扫描等其他通信方式传送票务数据。本发明的着重点在于传送内容，具体通信方式不在权利申请范围。在所述票务验证装置2中保存生成认证码113的钥匙21。

3.票务发行装置3，所述票务发行装置包含CPU、存储、通信模块。最常见的形态为服务器，也可以云服务提供的虚拟服务器。在所述票务发行装置3中，部署票务发行程序30。所述票务发行程序30完成网上票务购买过程，网上票务订购业务不属于本发明权利申请范围。在所述票务发行程序中，包含票务发行模块31，所述票务发行模块31，利用保存于本地的钥匙31，生成本发明的电子票务数据11。

4.通信网络，用户手持移动装置1，通过所述通信网络4，以HTTP(s)等协议传送数据；票务验证装置2，通过所述通信网络4，以HTTP(s)，或者底层Socket，利用SSL，VPN等加密数据协议/网络传送认证所需的密码。

在验证处理时，需要从用户手持移动装置1，将票务数据，传送到票务验证装置2。最佳传送方法采用NFC，但是考虑到NFC手机的普及尚需时日，因此也可以使用条形码并存的方法。NFC和条形码方式在票务数据生成/传送/保存以相同的处理方法。条形码生成和解析处理，在各种开发平台上都提供相应的库和API；NFC通信方式采用P2P或者reader/writer模式，Android等开发平台提供这些通信方式的API，因此中等能力的开发者可以通过所述API完成程序。

所述手机，具有显示屏幕、CPU和存储单元，在存储单元中部署Android^TM等通用OS。在所述结构的手机中，按照下图部署程序：

图2 用户手持移动装置中程序构成图

在用户所持移动装置中，部署票务管理程序，所述程序包含以下模块

1.票务数据管理模块11、用以读/写票务数据，本发明中，票务数据保存于一般存储中，根据用户设定，选择加密/解密，加密采用AES等秘密钥匙方法，所述秘密钥匙由用户自己管理。

2.票务数据通信模块12、用以取得票务发行装置3中的票务数据，通信模式采用HTTP(s)或者其他同等代替方案，数据格式采用JSON，或者SOAP等其他同等代替方案。

3.和票务验证终端通信模块13，在NFC通信模式下，本模块建立NFC连接，将票务数据通过NFC传送给票务验证终端。

图3 票务数据结构图

如图所示，票务数据至少包含

1.用户ID(userID)，用以唯一识别用户信息

2.票ID(TicketID)，用以唯一识别票信息

3.认证码(AuthCode)，根据用户ID、票ID计算出的认证码113

图4 票务数据生成/验证流程图

如图所示，票务数据生成流程包含以下步骤

1.票务数据的发行处理

S1.用户手持移动装置1、向票务发行装置3，提交认证码113要求，所述要求中包含参数用户ID，票ID

S2.票务发行装置3，计算生成认证码113，生成方法在后续章节叙述

S3.票务发行装置3返回认证码113，用户手持移动装置1保存所述认证码113。可优选的用户手持移动装置1在保存前对数据加密，避免恶意程序盗取数据。所述加密方法，采用共通钥匙加密，所述共通钥匙，由用户自己管理。作为实例，本发明采用用户密码/或者PIN作为共通钥匙。

2.票务数据的认证

S4.用户手持移动装置1，利用票ID取得所保存的认证码113，并编辑为票务数据。可优选地使用共通钥匙解密后读取。

S5.票务验证装置2，使用票务数据中的用户ID、票ID计算出认证码’113，

S6.票务验证装置2，比较步骤S4中获得的认证码113和步骤S5中计算得到的认证码’ 113，若结果相同则获得认证通过，反之认证失败。

验证结束后，票务验证装置2删除保留在票务发行装置上的票务数据，或者将状态设定为“使用过”，票务验证装置2通过NFC传送NDEF格式电文命令，用户手持移动装置1删除本地的票务数据，或者将状态设定为“使用过”。由于删除功能有多种实现方式，因此在本发明中不申请相关权利。

3.票务发行装置和票务验证装置之间的密码传送

S7.采用SSL/VPN等加密传输协议或者加密网络或者专用线实现密码的安全传送。

所述密码仅在必要时传送，所述“必要时”为1、密码失效，2、密码泄露，3、根据安全策略(security policy)对密码调整。所述密码的加密方式，可采用共通钥匙(Common key cryptosystem）DES、AES，也可以采用非对称钥匙加密方法PKI。在本发明中，采用AES加密方法。

认证码，采用对用户ID、票ID、固定数，取哈希值，

AuthCode = Hash(Uid，Tid，K), 其中Hash函数可以采用MD，SHA系列的哈希函数。

在本发明中，采用HMAC方式处理以增强安全性。

图5 认证码计算公式

如图所示，本发明采用认证码，采用以下公式生成，

${\mathrm{HMAC}}_K(\mathrm{Uid}+\mathrm{Tid})=h\left((\mathrm{Pwd}\⊕\mathrm{opad})\right|\left|h\left((\mathrm{Pwd}\⊕\mathrm{ipad})\right|\left|\mathrm{\ΔT}\right)\right)$

其中，

h 哈希函数，作为参考在本发明中采用MD5(SHA-1)的复合哈希函数，也可以使用任意其他的哈希函数作为同等替换。

Uid为用户id，Tid为票ID

K为所述密码

opad为定数0x36，连续64次

ipad为定数0x5C，连续64次

为XOR伦理和计算

实际代码可以参考——http://www.atoam.com/payment/hmac，HMAC是RFC-2104所定义的密码方法，所以其安全强度的数理论证可以参考相关论文。Bellare, (1996) Keying hash functions for message authentication

本发明的实例中，认证码113被保存于包括恶意用户(malicious user)的不特定用户手机中，MD5和SHA-1的不可逆性，保证了恶意用户无法从HMAC_K(m)逆算出密码。由于1. 密码不直接被传送/保存，2. 无法从认证码逆算出密码，因此认证码113无法被伪造/篡改，因此认证码113具有符合服务要求的强度和安全度。近年关于MD5的安全脆弱性的研究表明单纯的MD5的可冲突性，使得单独使用MD5能够复制出相同的认证码113，因此在本发明中使用MD5(SHA-1)的复合哈希函数，直接使用SHA-256等更高强度的哈希函数也是同等置换的方法，但是该方法在处理速度上劣于简单的复合哈希函数，另外简单的符合哈希函数，可以用逻辑电路实现，因此略优于直接使用高强度的哈希函数。

发明使用实例

IS1 用户启动手持移动装置1，利用其中部署的票务管理程序10选择并购买的自己需要的票。

IS2 用户完成在线支付后，票务管理程序10，根据步骤S1，向票务发行装置3，提出票务要求，要求电文中包含用户ID，票ID参数。

IS3 票务发行装置3中部署的票务发行程序30，根据步骤S2生成认证码113，并返回。

IS4 用户手持移动装置1，根据步骤S3利用票务管理程序10的PIN作为加密密码，加密并保存认证码113。

IS5 用户利用手持移动装置1，根据步骤S4，利用票务管理程序10的PIN，作为解密密码，解密并读取认证码113，票务管理程序10将用户ID，票ID和认证码合成票务数据11。票务数据在画面上显示的时候，根据票ID取得票据图像数据，然后通过用手持移动装置1显示给用户。

IS6 用户出示手持移动装置1，通过NFC，传递票务数据11。

IS7 票务验证装置2，利用NFC读卡器，获得票务数据11，并根据步骤S5，利用保存在本地的密码21，使用票务发行程序30同样的算法，计算出认证码’113。

IS8 票务验证装置2，并根据步骤S6，比较接受到认证码和计算出的认证码’。

IS9 由于密码21保存在诸多台票务验证装置2中，虽然票务验证装置2相对于不确定的用户手持移动装置1要安全，但仍有泄漏的风险，因此当密码出现风险时，需要更换密码。更换密码根据步骤S7，采用安全的网络或者传输协议进行。

通过以上实施方法，本发明实现了利用用户手持移动装置，完成票务数据的生成/发行/和验证的方法。

以上使用了具体个例对本发明的具体实施例进行了描述，该实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及核心思想；同时对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有变改之处，比如

1. 微修改本发明结构，增加/减少非重要辅助设备装置，将其集约或者独立于相关单元；

2. 扩展密码管理方法，将共通钥匙(Common key cryptosystem）模式扩展为非对称钥匙加密方法PKI机制；

4. 实施步骤顺序的微调整，如将没有先后顺序的处理调换；

5. 采用CRC等比MD5安全等级更低的方法，提供不安全的劣质服务；

6. 更换构成单元的名字，如装置改为服务器等无技术内容的变化；

7. 在票务数据中，增加用户ID、票ID、以外的非重要参数，如票务有效期限，使用日期等，用户身份证号码等。

因此，本说明书内容不应理解为对本发明的限制，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、同等替换、删减附加步骤的改进，均包含在本发明的包含范围内。

Claims (8)

1.一种利用用户手持移动装置保存、传送票据的方法，其特征在于所述方法包含以下装置构成的***，

（1）用户手持移动装置，所述用户手持移动装置中部署票务管理程序，用于保存/提示票务数据

（2）票务验证装置，所述票务验证装置中部署票务验证程序用于票务验证处理

（3）票务发行装置，所述票务发行装置中部署票务发行程序用于票务数据的发行

（4）通信网络，所述通信网络，连接用户手持移动装置，和票务发行装置，通信并传送票务数据，

所述用户手持移动装置(1)通过NFC/条形码方式和所述票务验证装置(2)通信并完成票务验证。

2.如权利要求1所述方法，其特征在于所述用户手持装置包含CPU、内存、通信模块、画面。

3.如权利要求1所述方法，其特征在于可优选地，所述用户手持装置包含符合ISO/IEC14443规格的NFC芯片。

4.如权利要求1所述方法，其特征在于所述票务验证装置包含CPU、存储和通信模块。可优选地包含ISO/IEC14443规格的读卡器。

5.如权利要求1所述方法，其特征在于所述票务数据中，至少包含用户ID，票ID，和认证码。

6.如权利要求5所述方法，其特征在于所述认证码中不包含密码，通过不逆哈希函数所计算出的哈希值，保证无法从认证码中无法伪造，篡改。

7.如权利要求1所述方法，其特征在于所述票务数据保存于用户手持移动装置的存储中，可优选地在读写时采用共通钥匙的密钥加密/解密，所述共同钥匙的密钥由用户以口令/PIN形式管理。

8.如权利要求1所述方法，其特征在于所述票务发行装置，包含CPU、内存、通信模块。