911事件之后，以安全防偽、航空保安和出入境管制為目標(biāo)的機(jī)讀旅行證件技術(shù)不斷發(fā)展，電子護(hù)照就是其中之一。目前已有安全措施覆蓋芯片制造、生產(chǎn)印刷和簽發(fā)使用。電子化在帶來便利的同時也帶來了安全防偽抗攻擊的新課題，作為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，改變安全配置項意味著系統(tǒng)性升級改造。當(dāng)前狀況適合采用哪種安全機(jī)制、如何驗證安全機(jī)制是否達(dá)到最初設(shè)計預(yù)期、如何兼容未來技術(shù)發(fā)展正成為焦點。本文結(jié)合電子護(hù)照的多種安全機(jī)制，分析其優(yōu)缺點，給出了系統(tǒng)安全測試驗證解決方案，為電子護(hù)照產(chǎn)品的測試驗收、逐代推出和升級改造提供參考依據(jù)。
電子護(hù)照安全機(jī)制
在ICAO制訂的標(biāo)準(zhǔn)DOC9303中，定義了兩類安全機(jī)制，即數(shù)據(jù)認(rèn)證機(jī)制和訪問控制機(jī)制。數(shù)據(jù)認(rèn)證機(jī)制包括被動認(rèn)證（Passive Authentication，PA）和主動認(rèn)證（Active Authentication，AA）；訪問控制機(jī)制包括基本訪問控制（Basic Access Control，BAC）和擴(kuò)展訪問控制（Extended Access Control，EAC），最近又基于PACE（Password Authenticated Connection Establishment）協(xié)議，作為BAC的補(bǔ)充制定了SAC（Supplemental Access Control）規(guī)范。在ICAO標(biāo)準(zhǔn)中，對PA/AA/BAC/SAC有明確定義并制定了詳細(xì)的測試標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲BSI標(biāo)準(zhǔn)中則制訂了EAC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分別為EAC v1.11和EAC v2.0，另外制定了針對v1.11的測試標(biāo)準(zhǔn)EAC v1.12，EAC作為可選安全選項在荷蘭、比利時、芬蘭等國已使用，美英日尚未使用，默認(rèn)接受克隆欺詐。
基于以上安全機(jī)制，可將電子護(hù)照劃分為四代，第一代為明文，僅支持PA；第二代支持BAC/AA；第三代支持SAC；第四代支持EAC。其中第一代實現(xiàn)了電子化，但安全準(zhǔn)確性由檢查系統(tǒng)（IS）來保證，明文通信易被偷聽和克隆；第二代加入了BAC或AA，BAC基于DES和Hash實現(xiàn)線路保護(hù)，AA則實現(xiàn)芯片真?zhèn)悟炞C，能防偷聽克隆；第三代引入SAC增強(qiáng)了BAC線路保護(hù)低熵特性，基于DH/ECDH算法建立了更強(qiáng)的線路保護(hù)；第四代為EAC，實現(xiàn)芯片身份真?zhèn)悟炞C并基于非對稱算法對檢查系統(tǒng)身份真?zhèn)芜M(jìn)行驗證。目前實際發(fā)行國家多采用第二代BAC，而第四代EAC多在歐洲國家使用，第三代SAC剛出現(xiàn)不久，預(yù)計將會逐步取代第二代BAC。
電子護(hù)照安全機(jī)制的局限性
在安全防偽技術(shù)中，有三個要求：身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)保密性、數(shù)據(jù)完整性（見表1）。
BAC通過挑戰(zhàn)應(yīng)答協(xié)議實現(xiàn)，即以MRZ的哈希值為種子進(jìn)行密鑰分散得到基本訪問密鑰對（KENC，KMAC）， 然后通過GetChallenge和Mutual Authentication兩條指令實現(xiàn)挑戰(zhàn)應(yīng)答協(xié)議，建立會話密鑰并結(jié)合包含隨機(jī)數(shù)的消息序列計數(shù)器進(jìn)行基于對稱密鑰算法的線路保護(hù)。BAC的缺點是通過MRZ中的證件號、出生日期和有效期來生成共享密鑰，具有有限的隨機(jī)性且基于對稱密鑰算法，改進(jìn)方法包括：MRZ要OCR讀二維條形碼而非目視；增加私鑰計算長度。
911事件之后，以安全防偽、航空保安和出入境管制為目標(biāo)的機(jī)讀旅行證件技術(shù)不斷發(fā)展，電子護(hù)照就是其中之一。目前已有安全措施覆蓋芯片制造、生產(chǎn)印刷和簽發(fā)使用。電子化在帶來便利的同時也帶來了安全防偽抗攻擊的新課題，作為標(biāo)準(zhǔn)化產(chǎn)品，改變安全配置項意味著系統(tǒng)性升級改造。當(dāng)前狀況適合采用哪種安全機(jī)制、如何驗證安全機(jī)制是否達(dá)到最初設(shè)計預(yù)期、如何兼容未來技術(shù)發(fā)展正成為焦點。本文結(jié)合電子護(hù)照的多種安全機(jī)制，分析其優(yōu)缺點，給出了系統(tǒng)安全測試驗證解決方案，為電子護(hù)照產(chǎn)品的測試驗收、逐代推出和升級改造提供參考依據(jù)。
電子護(hù)照安全機(jī)制
在ICAO制訂的標(biāo)準(zhǔn)DOC9303中，定義了兩類安全機(jī)制，即數(shù)據(jù)認(rèn)證機(jī)制和訪問控制機(jī)制。數(shù)據(jù)認(rèn)證機(jī)制包括被動認(rèn)證（Passive Authentication，PA）和主動認(rèn)證（Active Authentication，AA）；訪問控制機(jī)制包括基本訪問控制（Basic Access Control，BAC）和擴(kuò)展訪問控制（Extended Access Control，EAC），最近又基于PACE（Password Authenticated Connection Establishment）協(xié)議，作為BAC的補(bǔ)充制定了SAC（Supplemental Access Control）規(guī)范。在ICAO標(biāo)準(zhǔn)中，對PA/AA/BAC/SAC有明確定義并制定了詳細(xì)的測試標(biāo)準(zhǔn)，在歐洲BSI標(biāo)準(zhǔn)中則制訂了EAC相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，分別為EAC v1.11和EAC v2.0，另外制定了針對v1.11的測試標(biāo)準(zhǔn)EAC v1.12，EAC作為可選安全選項在荷蘭、比利時、芬蘭等國已使用，美英日尚未使用，默認(rèn)接受克隆欺詐。
基于以上安全機(jī)制，可將電子護(hù)照劃分為四代，第一代為明文，僅支持PA；第二代支持BAC/AA；第三代支持SAC；第四代支持EAC。其中第一代實現(xiàn)了電子化，但安全準(zhǔn)確性由檢查系統(tǒng)（IS）來保證，明文通信易被偷聽和克隆；第二代加入了BAC或AA，BAC基于DES和Hash實現(xiàn)線路保護(hù)，AA則實現(xiàn)芯片真?zhèn)悟炞C，能防偷聽克隆；第三代引入SAC增強(qiáng)了BAC線路保護(hù)低熵特性，基于DH/ECDH算法建立了更強(qiáng)的線路保護(hù)；第四代為EAC，實現(xiàn)芯片身份真?zhèn)悟炞C并基于非對稱算法對檢查系統(tǒng)身份真?zhèn)芜M(jìn)行驗證。目前實際發(fā)行國家多采用第二代BAC，而第四代EAC多在歐洲國家使用，第三代SAC剛出現(xiàn)不久，預(yù)計將會逐步取代第二代BAC。
電子護(hù)照安全機(jī)制的局限性
在安全防偽技術(shù)中，有三個要求：身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)保密性、數(shù)據(jù)完整性（見表1）。
BAC通過挑戰(zhàn)應(yīng)答協(xié)議實現(xiàn)，即以MRZ的哈希值為種子進(jìn)行密鑰分散得到基本訪問密鑰對（KENC，KMAC）， 然后通過GetChallenge和Mutual Authentication兩條指令實現(xiàn)挑戰(zhàn)應(yīng)答協(xié)議，建立會話密鑰并結(jié)合包含隨機(jī)數(shù)的消息序列計數(shù)器進(jìn)行基于對稱密鑰算法的線路保護(hù)。BAC的缺點是通過MRZ中的證件號、出生日期和有效期來生成共享密鑰，具有有限的隨機(jī)性且基于對稱密鑰算法，改進(jìn)方法包括：MRZ要OCR讀二維條形碼而非目視；增加私鑰計算長度。
SAC基于PACE協(xié)議技術(shù)并通過引入非對稱算法建立跟密碼無關(guān)的更強(qiáng)的會話密鑰。當(dāng)卡片既支持PACE又支持BAC時，必須使用PACE，通關(guān)檢查系統(tǒng)必須具有PACE功能。PACE協(xié)議中使用了DH或ECDH算法，這種算法也在EAC的CA（Chip Authentication）中使用，可以認(rèn)為SAC正是ICAO將CA通過PACE協(xié)議形式引入的，這種技術(shù)仍是基于芯片運(yùn)算的（需支持AES），故該功能在電子護(hù)照推廣中對芯片運(yùn)算功能有要求。SAC的特點是采用密鑰交換算法，其有效性依賴于計算離散對數(shù)的難度，需要防重演攻擊和中間人攻擊，SAC采取的措施是通過隨機(jī)數(shù)來協(xié)商一個臨時全局參數(shù)用來防重演攻擊，認(rèn)證令牌用來防中間人攻擊。
EAC的特點是加入了證書期限并進(jìn)行了管理，包括芯片認(rèn)證（CA）和終端認(rèn)證（TA）兩個步驟，其中CA是類似AA的技術(shù)，用于驗證電子護(hù)照中芯片的真實性，支持算法有：DH算法和ECDH算法，需要讀取DG14中公鑰信息通過密鑰交換算法產(chǎn)生新的加密通道用的密鑰對（KENC，KMAC）；
TA則用于認(rèn)證外部終端并檢查權(quán)限是否可訪問敏感數(shù)據(jù)，在認(rèn)證外部終端時通過CVCA-》DV-》IS的證書鏈形式來認(rèn)證（其中CVCA=國家檢查CA－》發(fā)布DV證書， DV=證件檢查機(jī)構(gòu)－》發(fā)布IS證書，IS=自動化邊防檢查系統(tǒng)－》讀取護(hù)照芯片資料并做通關(guān)），認(rèn)證過程中可能會更新芯片中某些信息如最新日期、EF.CVCA中的信任點甚至切換使用算法類型等，支持的算法有：RSA、RSA-PSS和ECDSA等。TA需要外部證書PKI系統(tǒng)甚至ICAO PKD的支持，該功能用于認(rèn)證通關(guān)檢查系統(tǒng)或讀卡設(shè)備的合法性，實現(xiàn)了完整的雙向信任評價機(jī)制。
電子護(hù)照安全機(jī)制測試
目前電子護(hù)照認(rèn)證測試仍依賴于國外第三方機(jī)構(gòu)，且隨著CPU技術(shù)發(fā)展，破解密鑰所需時間越來越短而護(hù)照有效期長達(dá)5或10年，安全機(jī)制及測試仍需進(jìn)一步研究和升級。此外，各國部署后支持的特征不太一樣，有的僅支持第一代PA，有的則支持到第二代BAC甚至第四代EAC，這種差異性也造成了安全漏洞。
本文給出的測試系統(tǒng)由RFID電子護(hù)照識讀系統(tǒng)、測試平臺軟件、測試套件組成，具體見圖4。其中測試套件分為安全抗攻擊測試、一致性測試、兼容性測試。
安全抗攻擊測試包括：RFID技術(shù)導(dǎo)致的近場隱蔽掃描；RFID技術(shù)導(dǎo)致的隱蔽跟蹤；14443協(xié)議層面的抗攻擊測試；防克隆防略讀測試；防竊聽測試；持有人生物特征數(shù)據(jù)泄漏導(dǎo)致的安全漏洞；安全算法本身脆弱性測試。
該部分測試在一致性測試套件中并不涉及，與芯片攻擊測試不同，該部分是基于安全機(jī)制和經(jīng)驗分享后的安全漏洞，是針對應(yīng)用而言的，而芯片攻擊測試是基于硬件的，采用如SPA/DPA、SEMA/DEMA、DFA、時間分析攻擊/差分耗時攻擊等技術(shù)。
一致性測試即協(xié)議符合度測試，不同安全機(jī)制采用不同的安全測試標(biāo)準(zhǔn)。BAC一致性測試在ICAO測試規(guī)范中有詳細(xì)定義，主要包括：（1）Select和Read Binary兩條最小命令集指令（2）BAC保護(hù)模式和BAC未保護(hù)模式下使用這兩條指令分別讀16個LDS文件測試。在建立BAC會話密鑰中使用的另外兩條基本指令是Get Challenge和External Authentication。SAC尚未定義測試規(guī)范，可參照EAC中CA測試部分，下面重點介紹EAC測試。
如圖5所示，實現(xiàn)EAC由幾個部分組成：PKD、國家電子護(hù)照簽發(fā)機(jī)構(gòu)、國家電子護(hù)照驗證機(jī)構(gòu)、支持EAC功能的電子護(hù)照。EAC測試分為EAC一致性測試、EAC護(hù)照和IS兼容性測試、PKD互用性測試。EAC本身不能阻止精確拷貝和芯片替換，有非對稱算法運(yùn)算功能的芯片提供認(rèn)證運(yùn)算，而之外的所有設(shè)施均只為提供證書管理和使用，最高層證書是由國家簽發(fā)驗證機(jī)構(gòu)簽發(fā)的自簽名證書且在接收國為信任起點或證書鏈最高端。
在PKD架構(gòu)下實現(xiàn)的EAC一致性測試架構(gòu)見圖5，實現(xiàn)了發(fā)證領(lǐng)證－》國內(nèi)海關(guān)（出關(guān)）－》國外海關(guān)（入關(guān)）－》國外海關(guān)（出關(guān)）－》國內(nèi)海關(guān)（入關(guān)）等操作的測試。國家B發(fā)行電子護(hù)照，該護(hù)照在本國的海關(guān)出關(guān)通過相應(yīng)的IS檢查系統(tǒng)包含的證書鏈（CVCA（國家B）－》國內(nèi)DV－》IS）驗證EAC，完成人臉指紋或虹膜的安全檢查，到國家A，則基于國家A的IS檢查系統(tǒng)的證書鏈（CVCA（國家B）－》國外DV－》IS）驗證EAC，完成人臉指紋或虹膜的安全檢查，返回國內(nèi)則類似操作。ICAO PKD起到存儲共享作用。
BSI給出的EAC一致性測試結(jié)合EAC子過程CA/TA、證書鏈、訪問權(quán)限、日期信任點更新等測試點對安全機(jī)制進(jìn)行符合度測試，依據(jù)是測試標(biāo)準(zhǔn)EAC v1.12，主要包括了如下幾個部分（表2）。
測試系統(tǒng)從不同角度給出了安全機(jī)制的測試，兼容性測試關(guān)注的是卡機(jī)兼容問題，安全抗攻擊測試關(guān)注的是安全漏洞，而一致性測試則致力于協(xié)議符合度。測試系統(tǒng)需要隨著技術(shù)的不斷更新而不斷改進(jìn)，一個持續(xù)改進(jìn)的系統(tǒng)對產(chǎn)品的穩(wěn)定性、安全性有積極意義。
本文小結(jié)
電子護(hù)照作為二代身 份證后的另一個重量級身份識別產(chǎn)品，必然要經(jīng)歷不同階段的演化，尤其是安全機(jī)制，基于第二代BAC已是成熟技術(shù)，新引進(jìn)的SAC作為第三代在實現(xiàn)上也已比較成熟，假以時日必能得到推廣，而歐洲標(biāo)準(zhǔn)EAC作為第四代和一種更為復(fù)雜的安全機(jī)制，必將引起重視并影響電子護(hù)照的發(fā)展和升級換代。
作者：劉玉軍
上海華虹集成電路有限責(zé)任公司