專利名稱：基于分組密碼算法的三重認證方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種兩個通訊終端之間三重認證校驗方法，特別是涉及一種用于非接 觸式邏輯加密卡和讀卡機之間通訊的，基于分組密碼算法的三重認證方法。
背景技術：
隨著非接觸式邏輯加密卡應用范圍的不斷擴展，對于非接觸式邏輯加密卡安全性 需求也越來越高。從應用的角度來說，非接觸式邏輯加密卡不僅僅需要完成指令執(zhí)行、數(shù)據(jù) 讀寫、邏輯運算等基本操作，而且從安全性角度來說，還需與讀卡機進行身份合法性鑒別以 及保證通訊過程中數(shù)據(jù)的安全性。為了滿足這些需求，非接觸式邏輯加密卡必須具有認證 功能，以滿足和讀卡機之間的身份識別應用需求；同時，還需具有通訊數(shù)據(jù)加密功能，以滿 足通訊過程中的安全性需求。認證和通訊加密都將涉及數(shù)據(jù)加密的應用，在非接觸式邏輯加密卡內需要使用加 密算法來支持認證流程和通訊數(shù)據(jù)加密。隨著非接觸式邏輯加密卡技術及應用的發(fā)展，其數(shù)據(jù)安全或通訊安全的要求也越 來越高。目前在通訊安全上，大部分的非接觸式邏輯加密卡采用了符合IS09798-2國際標 準的三重認證校驗技術，對卡和讀卡器的合法性進行相互校驗。但是在認證校驗過程和通 訊加密過程中，大部分非接觸式邏輯加密卡均采用了基于序列密碼的流加密算法，在目前 的安全需求下，這種安全強度的非接觸式邏輯加密卡已不適應應用需求，需要有更高安全 強度的非接觸式邏輯加密卡來填補目前的安全需求。

發(fā)明內容
本發(fā)明要解決的技術問題是提供一種基于分組密碼算法的三重認證方法，能夠提 高兩個通訊終端進行身份合法性的鑒別，并能保證通訊過程中數(shù)據(jù)的安全性。為解決上述技術問題，本發(fā)明的基于分組密碼算法的三重認證方法包括如下步 驟步驟一、被認證終端收到認證指令后產(chǎn)生隨機數(shù)RB，并將隨機數(shù)RB分成兩個固定 字長的部分RBl和RB2，根據(jù)隨機數(shù)RB通過數(shù)據(jù)處理得到被認證終端返回給認證終端的數(shù) 據(jù)TokenRB，并將TokenRB返回給認證終端；步驟二、認證終端接收到TokenRB，恢復得到隨機數(shù)RB和兩個固定字長的RBl及 RB2數(shù)據(jù)，再加上認證終端內部產(chǎn)生的隨機數(shù)RA，通過一個數(shù)據(jù)處理函數(shù)f\(RA，RBl)，將隨 機數(shù)RB和兩個固定字長的RBl及RB2數(shù)據(jù)及認證終端產(chǎn)生的隨機數(shù)RA組合成一個一次分 組密碼算法所需字長的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)分組密碼算法運算后形成認證終端向被認證終端發(fā) 出的令牌數(shù)據(jù)TokenAB并發(fā)送給被認證終端；步驟三、被認證終端接收到TokenAB后進行分組密碼算法運算，恢復獲得的隨機 數(shù)RA和部分或全部RBl數(shù)據(jù)，比較對應部分或全部RBl信息，如果相一致，則再通過另一個 數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2 (RA, RB2)，組合成另一個一次分組密碼算法所需字長的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)分組密碼算法運算后形成被認證終端向認證終端發(fā)出的令牌數(shù)據(jù)TokenBA并發(fā)送給認證終 端；如果比較后不一致，則被認證終端無響應并返回到起始狀態(tài)；步驟四、認證終端接收到TokenBA，再次通過分組密碼算法運算后，恢復獲得部分 或全部隨機數(shù)RA和部分或全部RB2數(shù)據(jù)，并與認證終端內已有的對應的部分或全部RB2數(shù) 據(jù)和部分或全部隨機數(shù)RA進行比較，如果相一致，則確認三重認證通過；如果不一致，則中 斷與該被認證終端的進一步通訊。所述隨機數(shù)RB字長為32位以上，且兩個固定字長的部分中RB1的字長也為32位 或32位以上。所述TokenRB為隨機數(shù)RB本身，或通過數(shù)據(jù)處理函數(shù)g (RB)得到分組密碼算法所 需的數(shù)據(jù)字長并經(jīng)分組密碼算法運算得到；其中，數(shù)據(jù)處理函數(shù)g(RB)的輸入輸出一一對 應，運算可逆。所述隨機數(shù)RA的字長為32位以上。所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)fjRAABl)與RBI中被使用的數(shù)據(jù)一一對應；所述數(shù)據(jù)處理函 數(shù)(RA，RB1)和隨機數(shù)RA —一對應。所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)(RA, RBI)使用全部隨機數(shù)RA，并使用部分或全部RB1數(shù)據(jù)， 且數(shù)據(jù)處理函數(shù)(RA, RBI)的字長為分組密碼算法的數(shù)據(jù)字長。所述TokenAB為數(shù)據(jù)處理函數(shù)f\(RA，RBI)的結果再通過分組密碼算法運算后的 數(shù)據(jù)。所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2(RA，RB2)與RA中被使用的數(shù)據(jù)一一對應；所述數(shù)據(jù)處理函 數(shù)f2(RA，RB2)與RB2中被使用的數(shù)據(jù)一一對應。所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2 (RA, RB2)使用部分或全部隨機數(shù)RA，并使用部分或全部RB2 數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2(RA，RB2)的字長為分組密碼算法的數(shù)據(jù)字長。所述TokenBA為數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2(RA，RB)的結果再通過分組密碼算法運算后的數(shù) 據(jù)。與傳統(tǒng)的基于序列密碼的流加密相比(比如在應用廣泛的Mifare卡中就是采用 基于序列密碼的流加密作為加密算法)，分組密碼算法(如DES算法、AES算法等)具有更 強的特性。由于進行多輪的分組運算，最終加密輸出的密文相對于明文來說具有“雪崩效 應”，即使在同一密鑰下，兩次明文只具有簡單的變化(比如64位明文中只有其中的1個位 發(fā)生了改變，或者64位明文中只有兩個位之間交換了一下位置等)，其最終加密后對應的 兩次密文也將發(fā)生劇烈變化從而不會具有某些特殊的特征，這樣，對于基于對稱算法來設 計的上層認證協(xié)議的安全性就提供了充分的便利性和保障。本發(fā)明在兩個通訊終端的通訊過程中，特別是非接觸式邏輯加密卡與讀卡機之間 的身份識別中，將三重認證技術與具有更高安全性能的分組密碼算法相結合，提升了非接 觸式邏輯加密卡與讀卡機身份識別的安全性能，增加兩個通訊終端之間通訊的安全強度， 也提高了非接觸式邏輯加密卡的安全強度。


下面結合附圖與具體實施方式
對本發(fā)明作進一步詳細的說明圖1是本發(fā)明的方法控制流程圖2是在非接觸式邏輯加密卡中應用本發(fā)明的一實施例示意圖；圖3是數(shù)據(jù)處理函數(shù)方框圖。
具體實施例方式參見圖1并結合圖2所示，本發(fā)明的具體實施細節(jié)將通過采用DES(Data Encrypt ion Standard)算法的非接觸式邏輯加密卡的三重認證流程來說明。DES算法是美國聯(lián)邦政府的聯(lián)邦信息處理標準所選用的一種公開分組密碼算法。 DES算法的入口參數(shù)有三個Key、Data和Mode。其中，Key為8個字節(jié)共64位，是DES算法 的工作密鑰；Data也為8個字節(jié)64位，是要被加密或解密的數(shù)據(jù)；Mode為DES的工作方式， 分為加密或解密兩種。圖2是非接觸式邏輯加密卡使用本發(fā)明的一實施例，該非接觸式邏輯加密卡100 包括RF部件110，用于接收發(fā)送具有數(shù)據(jù)信息的射頻(RF)信號；編解碼器120，用于對接收的RF信號按照通訊協(xié)議解碼得到數(shù)據(jù)信號，以及對要 發(fā)送的數(shù)據(jù)進行編碼以便通過RF信號返回到讀卡機；邏輯控制模塊130，用于非接觸式邏輯加密卡的狀態(tài)控制、分組加解密模塊(如圖 中DES算法模塊150)的調用、隨機數(shù)發(fā)生器的調用、及其他邏輯功能；DES算法模塊150，用于完成數(shù)據(jù)加解密，主要用于三重認證過程中數(shù)據(jù)加解密；隨機數(shù)發(fā)生器140，用于產(chǎn)生在三重認證過程中使用的32位隨機數(shù)。參見圖1，在上述實施例中，非接觸式邏輯加密卡與讀卡機的三重認證過程用于非 接觸式邏輯加密卡與讀卡機進行身份合法性鑒別，分為兩次通訊。在上述實施例中，非接觸式邏輯加密卡認證通訊流程中采用的隨機數(shù)RB，以及認 證終端向被認證終端發(fā)出的令牌數(shù)據(jù)TokenAB和被認證終端向認證終端發(fā)出的令牌數(shù)據(jù) TokenBA的組成結構如圖3所示。其中分組密碼算法為DES算法；RBURB2和RA均為32位隨機數(shù)；RB1和RB2為非接觸式邏輯加密卡產(chǎn)生的32位 隨機數(shù)，RA為讀卡機產(chǎn)生的32位隨機數(shù)；TokenRB = RB = {RB1，RB2}，為64位數(shù)據(jù)，其中{}為位拼接運算符，本實施例中， 將兩個32位隨機數(shù)拼接成一個64位數(shù)據(jù)，下同；數(shù)據(jù)處理函數(shù)(RA, RBI) = {RBI, RA}，為64位數(shù)據(jù)，即(RA, RBI)僅實現(xiàn)位拼 接功能；數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2 (RA, RB2) = {RA, RB2}，為64位數(shù)據(jù)，即f2 (RA, RB2)也僅實現(xiàn)位 拼接功能；TokenAB為對64位數(shù)據(jù){RB1，RA}進行一次加密的密文；TokenBA為對64位數(shù)據(jù){RA，RB2}進行一次加密的密文。圖3中描述了本實施例中與認證有關的所有數(shù)據(jù)組成情況，也給出了認證有關的 數(shù)據(jù)處理函數(shù)和分組密碼算法運算情況。圖中MSB(Most Significant Bit)表示最高有效 位；LSB(Least Significant Bit)表示最低有效位。數(shù)據(jù)在空間傳輸時，均為低字節(jié)低位先發(fā)送，在非接觸式邏輯加密卡或讀卡機內
5部使用明文、密文和密鑰時的排列順序均為最高位在左，最低位在右。第一次通訊，讀卡機發(fā)送認證指令、密鑰地址，非接觸式邏輯加密卡返回64位隨 機數(shù)RB。第二次通訊，讀卡機利用接收到的64位隨機數(shù)RB，和讀卡機上產(chǎn)生的32位隨機 數(shù)RA，按圖3格式加密生成密文TokenAB，讀卡機發(fā)送64位密文TokenAB ；非接觸式邏輯加 密卡接收到密文TokenAB，解密后比較RB1，比較正確后，按圖3格式生成密文TokenBA，發(fā)送 64位密文TokenBA ；讀卡機接收到密文TokenBA，解密后比較RA和RB2，比較正確后，認證完 成。認證過程中讀卡機生成的隨機數(shù)RA始終隱含在通訊密文中，避免了以明文模式通訊時 在通訊通道中的泄露。詳細三重認證流程如下第1步，讀卡機發(fā)送認證指令以及指令參數(shù)(密鑰塊地址)。第2步，非接觸式邏輯加密卡接收指令進行譯碼。非接觸式邏輯加密卡接收指令 完畢后，從指定地址的非易揮發(fā)性存儲器中讀出分組密碼算法的密鑰，并存入分組密碼算 法模塊的密鑰寄存器組中。第3步，非接觸式邏輯加密卡發(fā)送由隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生的64位隨機數(shù)RB，結合圖 3所示，該隨機數(shù)RB由兩個32位數(shù)據(jù)組成，即RB1 (左半部分)和RB2 (右半部分)，同時存 入64位隨機數(shù)暫存寄存器。第4步，讀卡機收到隨機數(shù)RB后，由讀卡機的隨機數(shù)發(fā)生器產(chǎn)生32位隨機數(shù) RA,之后進行第一次加密，加密的明文為RB1 (左半部分)RA (右半部分)，形成64位密文 TokenAB ；加密結束后發(fā)送64位密文TokenAB (低位先發(fā))。第5步，非接觸式邏輯加密卡接收密文TokenAB的同時將密文TokenAB存入64位 移位寄存器中，之后非接觸式邏輯加密卡上分組加解密模塊進行第一次解密，解密后的明 文左半部分與非接觸式邏輯加密卡的隨機數(shù)暫存寄存器中的RB1比較。第6步，比較RB1正確后，在非接觸式邏輯加密卡上進行第一次加密，加密的明文 為接收到的RA(左半部分)和RB2(右半部分)，得到密文TokenBA。如果比較后RBI不同， 則非接觸式邏輯加密卡無響應并返回到起始狀態(tài)。第7步，非接觸式邏輯加密卡加密完成后，發(fā)送密文TokenBA (低位先發(fā))。在發(fā)送 完成后，非接觸式邏輯加密卡進入認證后狀態(tài)，等待讀卡機發(fā)送的認證后狀態(tài)下的命令。同 時分組加解密模塊以密文TokenBA為明文進行加密運算，得到的密文并行存入64位流密鑰 移位寄存器，作為之后通訊的密鑰流的起始64位密鑰。第8步，讀卡機接收到密文TokenBA后，解密密文TokenBA并比較RA和RB2，如果 RA和RB2比較正確，認證完成。以上通過具體實施方式
對本發(fā)明進行了詳細的說明，但這些并非構成對本發(fā)明的 限制。在不脫離本發(fā)明原理的情況下，本領域的技術人員還可做出許多變形和改進，如采 用不同的分組密碼算法(AES算法或其他組織制定的特殊分組密碼算法等)，RB/TokenRB/ TokenAB/TokenBA 的位數(shù)、TokenRB 的產(chǎn)生方式、TokenAB/TokenBA 中 RA 和 RB 的組成[即 數(shù)據(jù)處理函數(shù)fjRAdBl)和數(shù)據(jù)處理函數(shù)&(肌，1 2)]等均可以作出改變，這些改變也應 視為本發(fā)明的保護范圍。
權利要求
一種基于分組密碼算法的三重認證方法，其特征在于包括如下步驟，步驟一、被認證終端收到認證指令后產(chǎn)生隨機數(shù)RB，并將隨機數(shù)RB分成兩個固定字長的部分RB1和RB2，根據(jù)隨機數(shù)RB通過數(shù)據(jù)處理得到被認證終端返回給認證終端的數(shù)據(jù)TokenRB，并將TokenRB返回給認證終端；步驟二、認證終端接收到TokenRB，恢復得到隨機數(shù)RB和兩個固定字長的RB1及RB2數(shù)據(jù)，再加上認證終端內部產(chǎn)生的隨機數(shù)RA，通過一個數(shù)據(jù)處理函數(shù)f1(RA，RB1)，將隨機數(shù)RB和兩個固定字長的RB1及RB2數(shù)據(jù)及認證終端產(chǎn)生的隨機數(shù)RA組合成一個一次分組密碼算法所需字長的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)分組密碼算法運算后形成認證終端向被認證終端發(fā)出的令牌數(shù)據(jù)TokenAB，并發(fā)送給被認證終端；步驟三、被認證終端接收到TokenAB后進行分組密碼算法運算，恢復獲得的隨機數(shù)RA和部分或全部RB1數(shù)據(jù)，比較對應部分或全部RB1信息，如果相一致，則再通過另一個數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2(RA，RB2)，組合成另一個一次分組密碼算法所需字長的數(shù)據(jù)，該數(shù)據(jù)經(jīng)分組密碼算法運算后形成被認證終端向認證終端發(fā)出的令牌數(shù)據(jù)TokenBA并發(fā)送給認證終端；如果比較后不一致，則被認證終端無響應并返回到起始狀態(tài)；步驟四、認證終端接收到TokenBA，再次通過分組密碼算法運算后，恢復獲得部分或全部隨機數(shù)RA和部分或全部RB2數(shù)據(jù)，并與認證終端內已有的對應部分或全部RB2數(shù)據(jù)和部分或全部隨機數(shù)RA進行比較，如果相一致，則確認三重認證通過；如果不一致，則中斷與該被認證終端的進一步通訊。
2.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述隨機數(shù)RB字長為32位以上，且兩個固 定字長的部分中RBl的字長也為32位或32位以上。
3.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述TokenRB為隨機數(shù)RB本身，或通過數(shù) 據(jù)處理函數(shù)g(RB)得到分組密碼算法所需的數(shù)據(jù)字長并經(jīng)分組密碼算法運算得到；其中， 數(shù)據(jù)處理函數(shù)g(RB)的輸入輸出一一對應，運算可逆。
4.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述隨機數(shù)RA的字長為32位以上。
5.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)f\(RA，RBl)與RBl中被 使用的數(shù)據(jù)一一對應；所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)(RA, RBl)和隨機數(shù)RA 一一對應。
6.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)f\(RA，RBl)使用全部隨 機數(shù)RA，并使用部分或全部RBl數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)處理函數(shù)^肌，RBl)的字長為分組密碼算法 的數(shù)據(jù)字長。
7.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述TokenAB為數(shù)據(jù)處理函數(shù)(RA,RBl) 的結果再通過分組密碼算法運算后的數(shù)據(jù)。
8.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2(RA，RB2)與RA中被 使用的數(shù)據(jù)一一對應；所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2(RA，RB2)與RB2中被使用的數(shù)據(jù)一一對應。
9.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2(RA，RB2)使用部分或 全部隨機數(shù)RA，并使用部分或全部RB2數(shù)據(jù)，且數(shù)據(jù)處理函數(shù)&(肌，RB2)的字長為分組密 碼算法的數(shù)據(jù)字長。
10.如權利要求1所述的方法，其特征在于所述TokenBA為數(shù)據(jù)處理函數(shù)f2(RA, RB) 的結果再通過分組密碼算法運算后的數(shù)據(jù)。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種基于分組密碼算法的三重認證方法，被認證終端收到認證指令后產(chǎn)生隨機數(shù)RB，并將RB分為RB1和RB2，根據(jù)RB得到TokenRB，并將TokenRB返回認證終端；認證終端收到TokenRB，得到RB和RB1及RB2，加上認證終端的隨機數(shù)RA，經(jīng)分組密碼算法運算后形成TokenAB并發(fā)送給被認證終端；被認證終端收到TokenAB進行分組密碼算法運算，獲得隨機數(shù)RA和部分或全部RB1數(shù)據(jù)，經(jīng)比較若一致，將形成TokenBA并發(fā)送給認證終端；認證終端再次通過分組密碼算法運算后恢復部分或全部RA和部分或全部RB2，經(jīng)比較如果相一致，則三重認證通過。本發(fā)明能夠提高兩個通訊終端進行身份合法性的鑒別，并能保證通訊過程中數(shù)據(jù)的安全性。
文檔編號H04L9/32GK101882994SQ200910057179
公開日2010年11月10日 申請日期2009年5月6日 優(yōu)先權日2009年5月6日
發(fā)明者盧君明 申請人:上海華虹集成電路有限責任公司