金融行業密鑰體系介紹(轉)

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金融行業密鑰體系介紹(轉)金融行業因為對資料比較敏感，所以對資料的加密也相應的重視。在其中有關密鑰及加密方面的文章很少，並且散發在各個銀行及公司的手中，在網上沒有專門對這部分進行介紹的文章。本文對金融行業的密鑰進行較深入的介紹，包括像到底什麼是主要金鑰（MasterKey）、傳輸密鑰（MacKey），為什麼我們需要這些東西等。 本文採取追源溯本的方式，力求讓對這些感興趣的人達到知其然，同時也知其所以然，而不是模模糊糊的知道幾個概念和名詞。因為本文主要是針對那些對金融行業的密鑰體系不是很熟悉的人，所以如果你對密鑰很熟悉就不必仔細看了。 好了，咱們言規正傳。我們知道，金融行業有很多資料要在網路上傳遞，包括從前置到主機，從自助終端到前置等，這些資料在網路上傳來傳去，我們很容易就會想到安全性的問題，如果這些資料被人竊取或攔截下來，那我們怎麼敢在銀行存錢了。這個問題在電腦出現時就被前人考慮到了，所以出現了很多各種各樣的加解密技術。拋開這些不管，假設當初由我們自己來設計怎樣解決資料被竊取的情況。假設我們有一段資料，是ATM取款的報文，包括一個人的磁卡號、密碼、取款金額，現在需要將這些資料從一台ATM機器傳到前置機處理，這些資料是比較機密的，如果被人竊取了，就可以用該卡號和密碼把帳戶中的錢取走。 首先，我們可以想到用專用的銀行內部網路，外面的人無法獲得網路的訪問權。這個仔細想想顯然不可行的，因為一是不能保證外人一定沒辦法進入銀行內部網路，二是銀行內部人員作案是沒法防止的。 接著，我們很容易想到，既然保證資料不被竊取的可能性很小，那我們何不變換一下思路，資料避免不了被竊取，那我如果將資料處理下，讓你即使竊取到資料，也是一些無用的亂碼，這樣不就解決問題了嗎。這個想法比較接近現在的做法了，當前置機接收到了資料，它肯定是對資料進行反處理，即與ATM端完全步驟相反的資料處理，即可得到明文的資料。我們再進一步想想，如果因為某種原因，報文中的取款金額被改變了，這樣就會導致ATM出的錢和前置扣帳記錄的錢不一致的情況，看來我們必須加上一個驗證機制，當前置機收到ATM發送的一個報文時，能夠確認報文中的資料在網路傳輸過程中沒有被更改過。怎樣實現？最簡單的，像電腦串口通訊一樣，對通訊資料每一位進行異或，得到0或1，把0或1放在在通訊資料後面，算是加上一個同位位元，收到資料同樣對資料每位進行異或，得到0或1，再判斷下收到資料最後一位與算出來的是否一致。這種方式太簡單了，對於上面提到的ATM到前置機的報文來說，沒什麼用處，不過我們可以將對資料每一位異或的演算法改成一個比較複雜點的。 因為DES演算法已經出來了很多年了，並且在金融行業也有廣泛的應用，我們何不用DES演算法進行處理，來解決上面的問題呢。我們應該瞭解DES演算法（此處指單DES）的，就是用一個64bit（8位元組）的Key對64bit的資料進行處理，得到加密後的64bit資料。那我們用一個Key對上面的報文進行DES演算法，得到加密後的64bit資料，放到報文的最後，跟報文一起送到前置機，前置機收到報文後，同樣用Key對資料（不包括最後的64bit加密資料）進行DES解密，得出64bit的資料，用該資料與ATM發送過來的報文最後的64bit資料比較，如果兩個資料相同，說明報文沒有中途被更改過。 再進一步，因為DES只能夠對64bit的資料進行加密，一個報文可不止64bit，那我們怎麼處理呢？只對報文開頭的64bit加密？這個是顯然不夠的。我們可以這樣，先對報文的開始64bit加密，接著對報文第二個64bit加密，依次類推，不過這有問題，因為每個64bit都會得到同樣長度的加密後的資料，我不能把這些資料都放到報文的後面，那報文的長度不變成兩倍長了。換個思路，我們先對報文第一個64bit加密，得到64bit的加密後資料data1，接著再拿加密後的data1與報文第二個64bit資料進行按位異或，得到同樣長64bit的資料data2，我再用Key對data2加密，得到加密後的資料data3，再拿data3與報文第三個64bit資料進行按位異或，同樣的處理依次類推。直到最後會得到一個64bit的資料，將這個資料放到報文的最後發到前置機，這樣報文的長度只增加了64bit而已。這個演算法就叫做MAC演算法。（現在你知道POS中的MAC域是怎麼來的了吧？！） 好了，到目前為止我們已經知道了什麼是MAC演算法，為什麼需要它，接著我們再看看經常被提起的另外一個名詞。在上面說到MAC演算法的時候，我們會注意到其中進行DES密碼編譯演算法時提到了一個Key，這個用來參與MAC計算的Key就常被稱為MacKey，也有叫工作密鑰、過程密鑰的。 我們繼續來處理ATM和前置機間網路資料轉送的問題。前面提到的MAC演算法對傳送的報文進行了處理，保證了在網路傳輸過程中資料不會被有意或無意的篡改，但是，我們再進一步想想，如果仍然是上面提到的一個取款報文，如果想作案的話，我不改報文的內容，我只是截取報文的內容，因為內容裡面有卡號和密碼，都是明文的形式，很容易就看出來哪些內容是卡號、哪些內容是密碼。有了卡號和密碼，我就好辦了，找個讀卡機就能夠很快的制出一張磁卡，然後拿這個磁卡可以隨便取錢了，根本不需要修改報文，這樣你就算前置機對報文的MAC校正通過了，也只是保證了報文沒改動過，對於防止作案沒有實質上的協助。 那我們很容易想到，我再加上一道加密，這次我把整個存款的報文都用DES加密，將明文全部轉換成密文，然後送到前置機，這下好了吧。即使你把報文截取了也沒用，你拿著這些密文也沒有用，你也沒有DES的密鑰來解密它，只有前置機才知道密鑰。這是個好主意，確實防止了卡號和密碼等被人獲知的危險。這也是現在普遍採取的做法，不過我們需要對這個做法進行一些改進。 首先，我們要知道用DES對資料加解密是耗時間的，尤其是使用硬加密（下一步講什麼是硬加密）的情況，速度是比較慢的。我們來想想，整個存款報文有必要每個資料都DES加密嗎，像報文中的什麼流水號、ATM號等資訊，對它們加密沒什麼意義，進一步講，取款金額加密也沒意義，假設你取500塊，但是你將報文改成了100塊，導致主機只把你帳戶扣100塊錢，你白賺了400塊。這個聽起來挺划算的，實際上是不可行的，因為這樣造成了帳務上的短款，銀行當然會查賬的，根據ATM記錄的硬體出鈔張數和主機扣款金額，肯定會把你查出來的，那這種掩耳盜鈴的做法，下場顯而易見，想必沒人這麼傻。 我們來考慮一個報文中到底什麼資訊是需要加密的，目前一般的做法是只對帳號和密碼（也有只對密碼加密的）進行加密，其他的內容不加密的，明文就明文，沒什麼大不了的。對帳號和密碼加密有個術語，我們可能都聽說過，叫PinBlock，即PIN塊，就是對帳號和密碼進行DES加密處理後的一個密文資料區塊。既然使用了DES演算法來加密帳號和密碼，則必然有個Key來加密，那麼我們就把這個Key稱為PinKey，就是專門來加密帳戶和密碼的Key。 至於怎樣進行加密形成最後的密文PinBlock，有很多標準的，像IBM3624、ANSI、ISO、DIEBOLD等標準，其實它們大同小異，就是在對報文中的密碼進行一個預先處理，再用PinKey來DES加密，主要的差別就是怎樣預先處理而已，比如有的是密碼後面補F，補夠16位，就是類似這樣的預先處理。 到這裡我們應該理解PinKey和PinBlock了。通過PinKey和MacKey對報文進行了兩重處理，基本上報文就是安全的了。如果我們對DES演算法比較瞭解，就會知道，如果想對加密後的密文解密，必須要知道Key才行，所以說Key一定要保密。怎樣來保密Key呢？我們前面提到的無論是算MAC還是算PIN塊，都是直接拿明文的Key來計算的，那麼這個Key很容易被竊取的，比如有人在機器上裝了個駭客程式，只要檢測到你在用Key加密資料，就把明文的Key擷取了。這個聽起來好像挺玄乎的，不過是有這個可能性的，尤其是網上銀行這些東東最容易中招了。 這樣看來，我們還要對PinKey和MacKey本身進行加密，不要讓人知道了。怎樣實現，同樣是DES演算法大顯身手的地方。我再找個Key對PinKey和MacKey進行一次加密，這樣你就看不到PinKey和MacKey的明文了，好，解決問題了。這時用來對PinKey和MacKey進行加密的Key就被我們稱為MasterKey，即主要金鑰，用來加密其他密鑰的密鑰。不過，需要等一下，那MasterKey怎麼辦，它是明文啊。再找個Key來加密MasterKey，那最終無論處理多少道，最後的那個Key肯定是明文，這樣看來，安全的問題還沒有解決啊。 既然此路不通，那我們需要換個思維角度了，仔細想想怎樣處理明文的MasterKey。駭客程式只能竊取我軟體上的東西，如果我把MasterKey放到硬體裡面怎麼樣，駭客是沒能力跑到我硬體裡面把MasterKey取出來的，當然，不排除道高一尺、魔高一丈的情況，但至少99.9％的駭客都沒這能力的。那這樣不就解決了我們遇到的問題了嗎，只要把MasterKey放到硬體裡面（一般是鍵盤的加密模組裡面）就好了。 好，到這裡，我們已經不怕有人把報文中的關鍵資訊擷取到了，總算是安全了。在最近，老是有人提到“硬加密”，這個有什麼用呢？我上面不是已經解決了加密的問題了嗎，還要這個概念幹什嗎？看來我還是有些地方沒考慮到。我一直想的是將明文的密碼加密成密文，其中有個環節需要考慮下，明文的密碼是怎樣形成的，不就是我按鍵盤上面的數字形成的嗎。以前我的軟體處理是這樣的，鍵盤每按一下，我就把那個數字在程式裡面先存起來，等到4位或6位密碼按完後，再把它們合在一起，再送給PinKey加密。那如果駭客程式直接把我的按鍵資訊擷取，那他根本不用破解報文中用PinKey加密後的密碼，直接簡單的就把我輸入的密碼得到了，我前面費盡心思對密碼進行加密處理變得一點意義都沒有了。 怎麼辦？如果我把擷取按鍵的程式固化進入加密硬體（一般在鍵盤中），按鍵的數字根本不通過上層的軟體，直接一步進入硬體裡面處理，等到按鍵按完了後，硬體直接把經過一道處理的按鍵資訊給我上層軟體，此時已經是密文了，就相當於把前面計算PinBlock的處理移到硬體裡面去了，那駭客就沒法擷取我的按鍵了。這種處理現在就被稱為硬加密，伴隨著EMV和3DES演算法，變得越來越流行了，好像自助終端不支援硬加密就不行，連EMV也強制要求了。正是基於這種硬加密的思想，催生一種叫作加密機的加密裝置的誕生。加密機是一種具有密鑰管理功能的硬體裝置。在現在的金融交易平台中，要做到除了頂層密鑰外，所有的密鑰都是以密文形式存在的，而且頂層密鑰往往也是分段管理，一個人不可能知道整個頂層密鑰的全部，而這個頂層密鑰往往就儲存在加密機中。這樣也就保證了整個密鑰體系具備較高的安全性。 最近還有個名詞經常被提到，就是3DES。為什麼要提出3DES的概念呢？我在一篇文章中提到了3 DES的具體演算法，其實推出3DES是因為原來的單DES演算法隨著電腦硬體的速度提升，存在被破解的可能性，所以將演算法進行了改進，改為3DES演算法。但是對於我們理解金融行業的密鑰及加密機制來說，用什麼演算法都一樣。不同演算法的差別只是怎樣對資料進行移位變換等具體處理而已。 對於ATM交易安全性的考慮問題，系統通過pin加密，MAC效驗來保證系統交易資料的合法性及完整性,PIN BLOCK產生，PIN加密，MAC效驗都可在ATM的加密鍵盤進行。 以下簡單解釋概念： 1．工作密鑰(WK)PIN Key：持卡人密碼的加密傳輸(TPK,ZPK,PVK) 2．MAC Key：用於交易報文的鑒別，保證資料完整性(TAK, ZAK) 3．COM Key:用於交易報文的通訊加密/解密(TEK,ZEK) 4．金鑰交換密鑰(KEK)Zone Master Key：節點間交換工作密鑰時加密保護(ZMK) 5．Terminal Master Key：用於主機與金融終端交換工作密鑰(TMK) 6．本地主要金鑰(LMK)Local Master Key：用於加密儲存其它密鑰 系統密鑰的管理是保證整個系統交易安全的關鍵，三級密鑰管理體系： LMK(本地主要金鑰)                       最高層密鑰，用於加密TMK,ZMK TMK(終端主要金鑰)，ZMK(地區主要金鑰)      交換密鑰，用於加密PIN KEY ,MAC KEY,COM KEY         工作密鑰 PIN KEY,MAC KEY,COM KEY               PIN KEY用於加密密碼,MAC KEY用於效驗報文,COM KEY用於通訊加密