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(shí)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(xiàng)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(yàn)證安全機(jī)制是否達(dá)到最初設(shè)計(jì)預(yù)期,、如何兼容未來技術(shù)發(fā)展正成為焦點(diǎn)。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(diǎn),，給出了系統(tǒng)安全測試驗(yàn)證解決方案，為電子護(hù)照產(chǎn)品的測試驗(yàn)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(dòng)認(rèn)證（Passive Authentication,，PA）和主動(dòng)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(xiàng)在荷蘭、比利時(shí),、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(shí)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(shí)現(xiàn)線路保護(hù)，AA則實(shí)現(xiàn)芯片真?zhèn)悟?yàn)證,，能防偷聽克?。坏谌隨AC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(shí)現(xiàn)芯片身份真?zhèn)悟?yàn)證并基于非對稱算法對檢查系統(tǒng)身份真?zhèn)芜M(jìn)行驗(yàn)證。目前實(shí)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(jì)將會(huì)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(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)應(yīng)答協(xié)議，建立會(huì)話密鑰并結(jié)合包含隨機(jī)數(shù)的消息序列計(jì)數(shù)器進(jìn)行基于對稱密鑰算法的線路保護(hù),。BAC的缺點(diǎn)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(jì)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(shí)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(xiàng)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(yàn)證安全機(jī)制是否達(dá)到最初設(shè)計(jì)預(yù)期,、如何兼容未來技術(shù)發(fā)展正成為焦點(diǎn)。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(diǎn),，給出了系統(tǒng)安全測試驗(yàn)證解決方案，為電子護(hù)照產(chǎn)品的測試驗(yàn)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(dòng)認(rèn)證（Passive Authentication,，PA）和主動(dòng)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(xiàng)在荷蘭、比利時(shí),、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(shí)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(shí)現(xiàn)線路保護(hù)，AA則實(shí)現(xiàn)芯片真?zhèn)悟?yàn)證,，能防偷聽克?。坏谌隨AC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(shí)現(xiàn)芯片身份真?zhèn)悟?yàn)證并基于非對稱算法對檢查系統(tǒng)身份真?zhèn)芜M(jìn)行驗(yàn)證,。目前實(shí)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(jì)將會(huì)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(gè)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(shí)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(shí)現(xiàn)挑戰(zhàn)應(yīng)答協(xié)議，建立會(huì)話密鑰并結(jié)合包含隨機(jī)數(shù)的消息序列計(jì)數(shù)器進(jìn)行基于對稱密鑰算法的線路保護(hù),。BAC的缺點(diǎn)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(jì)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(huì)話密鑰,。當(dāng)卡片既支持PACE又支持BAC時(shí),，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(diǎn)是采用密鑰交換算法,，其有效性依賴于計(jì)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(gè)臨時(shí)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(diǎn)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(gè)步驟,，其中CA是類似AA的技術(shù),，用于驗(yàn)證電子護(hù)照中芯片的真實(shí)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(shí)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(dòng)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(huì)更新芯片中某些信息如最新日期,、EF.CVCA中的信任點(diǎn)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(shí)現(xiàn)了完整的雙向信任評價(jià)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(shí)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(yàn)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(shí)間分析攻擊/差分耗時(shí)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(gè)LDS文件測試,。在建立BAC會(huì)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(diǎn)介紹EAC測試,。

　　如圖5所示，實(shí)現(xiàn)EAC由幾個(gè)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(yàn)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(yàn)證機(jī)構(gòu)簽發(fā)的自簽名證書且在接收國為信任起點(diǎn)或證書鏈最高端,。

　　在PKD架構(gòu)下實(shí)現(xiàn)的EAC一致性測試架構(gòu)見圖5，實(shí)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(yàn)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(yàn)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(diǎn)更新等測試點(diǎn)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(gè)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(gè)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(gè)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(shí)現(xiàn)上也已比較成熟,，假以時(shí)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