AFC系统中非接触式IC卡数据安全的研究与探讨

　　3.2.1 南京地铁2号线采用了3DES算法

　　DES 算法产生于20 世纪70 年代，是传统的分组密码代码学的代表，其运算速度较快，但其密钥太短(56 bit)，通过穷举法即可将其攻破。因此出现了改进的DES算法，即3DES算法[3]。3DES算法加密时对原始明文进行三次DES处理，采用K1、K2、K3三个不同密钥(长度均为8 B)，如图2所示。解密时对密文按相反的顺序，还原成原始明文。为了减少系统在生产和管理密钥的开销，一般将K1、K3设为相同值，但K1、K2绝不能相同，否则三重DES就失去了意义。3DES虽然降低了一定的运算速度，但是密钥长度是原来的两倍，安全性能得到了极大提高，迄今为止尚未被攻破，已成为一种国际公认的加密标准。 

　　其加密代码如图3所示。 

　　3.2.2 SHA-1与MD5的性能比较

　　在南京地铁上，KEY的产生采用了SHA-1安全算法，SHA-1算法与MD5的算法类似，所以它们的性质极为相似。下面是SHA-1和MD5性能之间的比较。

　　(1)抗穷举攻击的能力：SHA1抗穷举攻击的能力比MD5强。
　　用穷举攻击方法产生具有给定散列值的消息：MD5需要的代价为2 128数量级；SHA-1需要的代价为2 160数量级。
　　用穷举攻击方法产生两个具有相同散列值的消息：MD5需要的代价为264数量级；SHA-1需要的代价为280数量级。
　　(2)抗密码分析的能力：MD5算法抗密码分析的能力较弱；SHA-1算法抗密码分析的能力较MD5 强。
　　(3)速度：SHA-1执行的速度比MD5的速度慢得多。
　　(4)简捷性：SHA-1和MD5两种算法都易于描述和实现，不需要使用大的程序和置换表。
　　(5)数据的存储方式：MD5使用little-endian方式；SHA-1使用big-endian方式，这两种方式没有本质的差异。

　　SHA-1的实现代码如图4所示。 

　　3.3 完整性
　
　　在通信过程中，由于受到人为或环境因素的影响，导致读写数据失败，数据不完整。

　　为了确保通信数据的完整性，可以采取数据校验措施，如奇偶校验和CRC校验等。特别是读写器与PC机之间的RS-232或RS-485串行通信，校验措施是十分必要的。通信的速度越高、距离越远，校验的必要性也就很高。

　　CRC(Cyclic Redundancy Check)码，即循环冗余校验码。由于其编码和解码方法简单，因而在IC卡的数据通信中广泛应用[4]。

　　在数据通信中应用CRC码的目的是校验数据传送是否正确。与奇偶校验方法相比，CRC码校验的检错能力更强。因为奇偶校验仅采用了一位二进制作为校验码，如果传送的数据中恰好有两个位(或偶数个位)同时出错就不会被发现。CRC码采用了r位，可靠性大为提高。

　　利用CRC码进行数据传送校验的基本原理是：在发送端，根据要发送的k位二进制码序列，以一定的规则产生一个用于校验的r位校验码(即CRC码)，使其附在原始数据后边，构成一个新的二进制序列(共k+r位)，然后一起发送出去。在接收端，根据数据码和CRC码之间所遵循的规则进行校验，以确定数据通信过程中是否出错。

　　其实现代码如图5所示。

　　CRC校验的优点是识别错误可靠性高，只需要少量的操作就可以识别。但其缺点是其只能识别传输错误而不能校正错误。如果传输中校验到错误，只能让发送方重新发送。

　　本文通过对非接触IC卡数据安全所受到的威胁及其防护措施的分析，使AFC系统能够最大程度地保障非接触式IC卡的数据安全，并实现了部分必要的安全算法，将可能发生的风险控制在可接受的范围之内。

　　参考文献 ：

　　[1] 贺金鑫，李文印.IC卡数据加密的研究和实现[J].吉林大学学报，2003(11)：1-2.
　　[2] 赵军辉.射频识别技术与应用[M].北京：机械工业出版社，2008.
　　[3] 赵时旻.轨道交通自动售检票系统[M].上海：同济大学出版社，2007.
　　[4] 杨振野.IC卡技术及其应用[M].北京：科学出版社，2006.