淺談高安全等級RFID門禁系統(tǒng)設(shè)計解決方案

　如今RFID門禁系統(tǒng)在我們?nèi)粘Ｉ钪须S處可見，而近年來國家重要部門、金融機構(gòu)、軍事單位等高級別重要門禁系統(tǒng)應(yīng)用需求呈現(xiàn)不斷增長的態(tài)勢。由于目前所廣泛應(yīng)用的RFID門禁系統(tǒng)存在著嚴重的安全漏洞，國家密碼管理局根據(jù)國家1998年第273文件精神以及國家安全需要，向中央與國家機關(guān)印發(fā)了《關(guān)于請協(xié)助做好IC卡系統(tǒng)密碼管理工作的函》，向各省(區(qū)、市)密碼管理部門印發(fā)了《關(guān)于加強IC卡系統(tǒng)密碼管理工作的通知》等文件。

　　2009年4月《重要門禁系統(tǒng)密碼應(yīng)用指南》對已建重要RFID電子門禁系統(tǒng)改造和升級，及新建重要RFID門禁系統(tǒng)安全提出了具體要求，并為達到該安全要求給出了相關(guān)的密碼應(yīng)用方式、方法指南。

　　因此，將SM7國密算法納入到門禁系統(tǒng)中，無疑又為門禁應(yīng)用的安全提供了重要保障。

　　廣東華大集成技術(shù)有限責任公司在國家密碼管理局的指導下，提出了能符合國家密碼管理要求的重要RFID電子門禁系統(tǒng)SM7密碼安全方案。方案中的關(guān)鍵產(chǎn)品是支持SM7分組密碼算法的非接觸邏輯加密卡芯片CIR72128BA和門禁讀頭中的安全模塊HDSM007。

　　方案特點

　　本方案采用經(jīng)國家密碼管理局認可的商用密碼算法產(chǎn)品：支持SM7分組密碼算法的非接觸邏輯加密卡、SM7安全模塊，安全性具有可靠保證。

　　使用邏輯加密卡的系統(tǒng)開發(fā)簡便，具有升級改造周期短的特點。本方案實現(xiàn)所需的相關(guān)商用密碼產(chǎn)品已經(jīng)具備批量供貨能力。

　　本方案適用情況：

　　新建重要門禁系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn);

　　密碼系統(tǒng)未經(jīng)過國家密碼管理局審批的重要門禁系統(tǒng)的改造升級。

　　1. 系統(tǒng)構(gòu)成

　　本方案采用基于SM7算法的非接觸邏輯加密卡作為門禁卡，系統(tǒng)構(gòu)成如圖1所示。


系統(tǒng)構(gòu)成

　　2. 密碼系統(tǒng)概述

　　基于我國SM7密碼算法的重要RFID門禁系統(tǒng)涉及應(yīng)用子系統(tǒng)、密鑰管理及發(fā)卡子系統(tǒng)，如圖2所示。


基于我國SM7密碼算法的重要RFID門禁系統(tǒng)

　　本方案采用國家密碼管理局指定的SM7分組加密算法進行密鑰分散，實現(xiàn)一卡一密;采用國家密碼管理局指定的SM7分組加密算法進行門禁卡與門禁讀卡器之間的身份鑒別。

　　3. 應(yīng)用子系統(tǒng)

　　應(yīng)用子系統(tǒng)中由門禁卡、門禁讀卡器和后臺管理系統(tǒng)構(gòu)成，通過各設(shè)備內(nèi)的密碼模塊對系統(tǒng)提供密碼安全保護。其原理框圖如圖3所示。


原理框圖

　　3.1. 安全模塊

　　門禁讀卡器采用北京中電華大電子設(shè)計有限責任公司生產(chǎn)并通過國家密碼管理局安全審查，具有SM7/SM1密碼算法和真隨機數(shù)發(fā)生器的電子標簽讀寫安全模塊(已經(jīng)具備批量供貨條件)，負責存放系統(tǒng)根密鑰、讀卡器中的安全密碼運算并鑒別門禁卡的合法性。

　3.2. 與后臺管理系統(tǒng)的通信

　　門禁讀寫器與后臺管理系統(tǒng)的通信采用的是當前使用最多的RS485傳輸協(xié)議(傳輸不設(shè)字節(jié)數(shù)量限制)。本系統(tǒng)采用的協(xié)議為雙向通訊協(xié)議，可以由門禁讀寫器向后臺管理系統(tǒng)發(fā)送數(shù)據(jù)，反之后臺管理也可向門禁讀卡器發(fā)送數(shù)據(jù)，同時對SM7電子標簽、卡片、數(shù)據(jù)進行加密(如DES算法)，用于傳輸門禁卡的唯一標識。如此后臺管理系統(tǒng)、門禁讀卡器、SM7卡片三者之間缺一不可，三者結(jié)合使用更加安全可靠。

　　3.3 門禁卡

　　門禁卡片采用通過國家密碼管理局安全審查，具有SM7分組密碼算法的CIR72128BA標簽芯片(已經(jīng)具備批量供貨條件)，并在卡內(nèi)存放發(fā)行信息及卡片密鑰，用于門禁讀卡器或后臺管理系統(tǒng)對門禁卡進行身份鑒別。

　　CIR72128BA芯片概述

　　CIR72128BA是符合ISO/IEC 14443-2/-3 TypeA規(guī)范的單界面非接觸邏輯加密卡芯片，芯片集成了128字節(jié)EEPROM，帶國產(chǎn)SM7加密算法硬件協(xié)處理器，具備低成本、高安全特點，可以應(yīng)用于公共交通網(wǎng)絡(luò)的單程客票、各種大型會議或體育賽事門票，代替當前普遍應(yīng)用的紙質(zhì)票證。

　　CIR72128BA的標準特性

　　遵循ISO/IEC 14443-2和14443-3、TYPEA非接觸式邏輯加密存儲卡

　　載波頻率13.56MHZ，副載波頻率847KHZ，數(shù)據(jù)通訊速率106Kbps

　　支持短幀、標準幀和防沖突幀

　　支持二級防沖突

　　工作場強范圍1.5A/Am-7.5A/Am

　　最大為128字節(jié)EEPROM，分為UID區(qū)、OTP區(qū)、用戶數(shù)據(jù)和密鑰區(qū)

　　EEPROM按Block編程，每個Block大小為4字節(jié)，編程時間5ms

　　EEPROM數(shù)據(jù)保持時間大于10年，擦寫次數(shù)大于10萬次

　　CIR72128BA的安全特性：

　　國產(chǎn)加密算法SM7

　　隨機數(shù)發(fā)生器

　　兩個128位密鑰，分別作為讀密鑰和寫密鑰進行認證

　　符合國密《SM7密碼產(chǎn)品技術(shù)要求》的雙向認證流程

　　符合國密《SM7密碼產(chǎn)品技術(shù)要求》的通訊加密流程

　　7字節(jié)UID

　　4.SM7算法介紹

　　(1)SM7算法適用：

　　SM7適用于非接IC卡應(yīng)用包括身份識別類應(yīng)用(門禁卡、工作證、參賽證)，票務(wù)類應(yīng)用(大型賽事門票、展會門票)，支付與通卡類應(yīng)用(積分消費卡、校園一卡通、企業(yè)一卡通、公交一卡通)。

　　(2)SM7與M1的對比

　　對比內(nèi)容SM7算法M1算法

　　密鑰類型對稱密鑰對稱密鑰

　　應(yīng)用類型流加密、分組加密流加密

　　密鑰長度128BIT48BIT

　　算法結(jié)構(gòu)分組置換線性移位

　　適用產(chǎn)品邏輯加密邏輯加密

　　(3)安全需求和對應(yīng)算法：

　　安全需求安全手段國外算法國密算法

　　身份鑒別安全論證M1/DES/AESSM7/SM1

　　數(shù)據(jù)保密通訊加密M1/DES/AESSM7/SM1

　　防止偽造加密驗證 數(shù)字簽名DES/AES RSA/ECC/SHASM1/SM2/SM3

　　防止篡改

　　防止抵賴數(shù)字簽名RSA/ECC/SHASM1/SM2/SM3

　　后記

　　在Mifare one算法出現(xiàn)了安全性問題后，國家相關(guān)管理部門也加強了對政府和企業(yè)的重要門禁系統(tǒng)的管理，要求重要門禁系統(tǒng)的加密算法使用國產(chǎn)的算法，門禁產(chǎn)品納入國家商用密碼管理體系管理。對于門禁系統(tǒng)生產(chǎn)廠家又是一種新的生產(chǎn)和技術(shù)管理體系標準，需要企業(yè)在加強產(chǎn)品研發(fā)、生產(chǎn)安全管理的基礎(chǔ)上，研發(fā)全新的門禁系統(tǒng)產(chǎn)品系列。同時也給部分生產(chǎn)企業(yè)帶來了提升自身產(chǎn)品競爭力的機遇。