摘 要： 基于橢圓曲線(xiàn)密碼體制" title="橢圓曲線(xiàn)密碼體制">橢圓曲線(xiàn)密碼體制和對(duì)稱(chēng)加密體制AES的混合加密算法，設(shè)計(jì)了一種可以處理高額交易的手機(jī)支付" title="手機(jī)支付">手機(jī)支付系統(tǒng)，并對(duì)系統(tǒng)的安全性和有效性進(jìn)行了分析。該系統(tǒng)是手機(jī)用戶(hù)、銀行、商家及無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商" title="無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商">無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商四者都參與的系統(tǒng)，具有很強(qiáng)的實(shí)用性。對(duì)安全性和有效性進(jìn)行了分析。
關(guān)鍵詞： 手機(jī)支付 混合加密體制 橢圓曲線(xiàn)密碼體制 AES
手機(jī)支付是近幾年才發(fā)展起來(lái)的支付方式。它有著與信用卡同樣的方便性，同時(shí)又避免了在交易過(guò)程中使用多種信用卡以及商家是否支持這些信用卡結(jié)算的麻煩。消費(fèi)者只需一部手機(jī)，就可以完成整個(gè)交易過(guò)程，深受消費(fèi)者，尤其是年輕人的推崇。手機(jī)支付將會(huì)有非常大的商業(yè)前景，而且將會(huì)引領(lǐng)移動(dòng)電子商務(wù)和無(wú)線(xiàn)金融的發(fā)展，成為人們生活中購(gòu)物方式的一種潮流。隨著手機(jī)支付業(yè)務(wù)的不斷擴(kuò)大，手機(jī)支付系統(tǒng)面臨的主要問(wèn)題之一就是系統(tǒng)的安全問(wèn)題[1]。而當(dāng)前，我國(guó)關(guān)于手機(jī)支付安全性方面的研究幾乎一片空白。針對(duì)手機(jī)自身的特點(diǎn)，基于橢圓曲線(xiàn)加密體制[1]和AES加密算法[2]的混合加密算法，設(shè)計(jì)了一種可以處理高額交易的手機(jī)支付模型，成功地實(shí)現(xiàn)了用戶(hù)的銀行帳號(hào)與手機(jī)號(hào)碼的綁定" title="綁定">綁定，在銀行帳號(hào)和手機(jī)號(hào)碼之間建立了一對(duì)一或多對(duì)一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。該模型采用雙重認(rèn)證的方式進(jìn)行認(rèn)證，無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商對(duì)手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行認(rèn)證，銀行對(duì)銀行帳號(hào)進(jìn)行認(rèn)證。目前國(guó)內(nèi)的支付系統(tǒng)都要求在交易過(guò)程中傳送用戶(hù)的銀行帳號(hào)密碼，而在本文的支付系統(tǒng)中，用戶(hù)的銀行帳號(hào)密碼不需傳送。
1 手機(jī)支付和混合加密算法
手機(jī)支付，又稱(chēng)移動(dòng)支付。它是利用STK技術(shù)在SIM卡上開(kāi)發(fā)的通過(guò)手機(jī)進(jìn)行消費(fèi)的功能。主要基于銀行帳號(hào)和手機(jī)號(hào)碼的惟一性，將銀行賬戶(hù)和手機(jī)號(hào)碼進(jìn)行綁定，使用戶(hù)可以通過(guò)手機(jī)短信息" title="短信息">短信息、語(yǔ)音、WAP、GPRS等多種方式對(duì)自己的銀行帳戶(hù)進(jìn)行操作，實(shí)現(xiàn)查詢(xún)、轉(zhuǎn)帳、繳費(fèi)、消費(fèi)等功能，并可以通過(guò)短信息等方式得到交易結(jié)果和帳戶(hù)變化通知。
用橢圓曲線(xiàn)加密體制生成對(duì)稱(chēng)加密算法AES的隨機(jī)會(huì)話(huà)密鑰K，使用隨機(jī)會(huì)話(huà)密鑰K和AES加密算法來(lái)加密消息。這樣構(gòu)造的混合密碼體制可以獲得較快的加密速度和較大的加密強(qiáng)度。選擇基于橢圓曲線(xiàn)的數(shù)字簽名，通常是一個(gè)二維向量，記為(r，s)。
2 手機(jī)支付系統(tǒng)模型
帳戶(hù)管理是銀行的強(qiáng)項(xiàng)，如果沒(méi)有銀行的參與，則不能處理高額支付。本文的支付模型是手機(jī)用戶(hù)、銀行、商家及無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商四者都參與的系統(tǒng)，與參考文獻(xiàn)[3]的支付模型相比，具有較強(qiáng)的實(shí)用性。整個(gè)交易過(guò)程按系統(tǒng)模型中的標(biāo)號(hào)順序依次進(jìn)行，如圖1所示。
3 參與者的初始設(shè)置
商家S通過(guò)橢圓曲線(xiàn)密碼體制，選定IDS作為自己的身份標(biāo)識(shí)，密鑰對(duì)是(dS，QS)，其中dS是私鑰，QS是公鑰，保留dS，公開(kāi)QS和IDS。與商家的初始設(shè)置過(guò)程一樣，無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商T的身份標(biāo)識(shí)是IDT，密鑰對(duì)是(dT，QT)；銀行B的身份標(biāo)識(shí)是IDB，密鑰對(duì)是(dB，QB)。
通過(guò)橢圓曲線(xiàn)密碼體制選擇(d1，Q1)作為與商家通信時(shí)的密鑰對(duì)。選擇同無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商通信時(shí)的密鑰對(duì)(d2，Q2)；將Q2與手機(jī)開(kāi)戶(hù)的消息(包括手機(jī)充值)發(fā)送給無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商；無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商進(jìn)行物理鑒定(包括身份證等)并驗(yàn)證用戶(hù)提交的消息后，生成用戶(hù)的手機(jī)號(hào)碼IDU發(fā)送給用戶(hù)，同時(shí)在手機(jī)帳號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存新用戶(hù)(IDU，Q2)。選擇同銀行通信時(shí)的密鑰對(duì)(d3，Q3)；將Q3、IDU及初始存款的相關(guān)消息遞交給銀行；銀行進(jìn)行物理鑒定(包括身份證等)以確信手機(jī)號(hào)碼IDU的合法性后，生成用戶(hù)的銀行帳號(hào)IDBU發(fā)送給用戶(hù)，同時(shí)在銀行帳號(hào)的數(shù)據(jù)庫(kù)中儲(chǔ)存新用戶(hù)(IDBU，IDU，Q3)。
4 手機(jī)支付系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
(1)手機(jī)用戶(hù)生成購(gòu)買(mǎi)指令m1(包含購(gòu)買(mǎi)物品的名稱(chēng)、數(shù)量及轉(zhuǎn)帳銀行的名稱(chēng)等)，用密鑰d1生成m1的簽名(r1，s1)；生成核實(shí)手機(jī)權(quán)限的指令m2(不涉及交易的具體細(xì)節(jié))，用密鑰d2生成m2的簽名(r2，s2)；用同商家通信時(shí)的會(huì)話(huà)密鑰，對(duì)m1、r1和s1進(jìn)行加密處理得到密文c1；用同無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商通信時(shí)的會(huì)話(huà)密鑰，對(duì)m2、r2、s2和IDS進(jìn)行加密處理得到密文c2，將c1和c2合并后發(fā)送給商家。
(2)商家開(kāi)啟用戶(hù)遞交的指令c1，如果用戶(hù)的數(shù)字簽名是錯(cuò)誤的，則交易過(guò)程到此結(jié)束。否則生成驗(yàn)證手機(jī)權(quán)限的指令m3，用私鑰dS生成m3的簽名(r3，s3)；將m3、r3、s3和IDU進(jìn)行加密處理得到密文c3，將c3和c2合并后發(fā)送給無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商。
(3)無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商開(kāi)啟商家遞交的指令c3和c2，如果下面四種情況中有一種存在，則通知商家本次交易是非法的：①商家或用戶(hù)的數(shù)字簽名是錯(cuò)誤的；②根據(jù)IDU查找不到用戶(hù)在無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商處的記錄Q2；③比較用戶(hù)和商家遞交的指令后，發(fā)現(xiàn)兩組指令中的IDS和IDU不相同；④查找用戶(hù)的信用記錄后，發(fā)現(xiàn)用戶(hù)的信用度很低。否則通知商家用戶(hù)擁有手機(jī)號(hào)碼IDU的使用權(quán)限，交易可以繼續(xù)下去。生成指令m4將驗(yàn)證的結(jié)果反饋給商家，用私鑰dT生成m4的簽名(r4，s4)，將m4和簽名加密后發(fā)送給商家。
(4)如果反饋的消息表明本次交易是非法的，則交易過(guò)程到此結(jié)束。否則商家生成請(qǐng)求轉(zhuǎn)帳指令m5，用私鑰dS生成m5的簽名(r5，s5)，money表示交易所付金額，num為交易序列號(hào)，IDBS是商家的銀行帳號(hào)，將m5、r5、s5、money、num、IDU和IDBS加密處理后遞交給銀行。
(5)銀行開(kāi)啟商家遞交的指令，如果下面三種情況中有一種存在，則交易過(guò)程到此結(jié)束：①商家的數(shù)字簽名是錯(cuò)誤的；②根據(jù)IDU查找不到用戶(hù)在銀行的記錄Q3和IDBU；③用戶(hù)的銀行帳戶(hù)上余額不足(小于交易所需的金額money)。否則生成確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)指令m6，用私鑰dB生成m6的簽名(r6，s6)，將num、m6和(r6，s6)加密處理后發(fā)送給用戶(hù)。
(6)如果用戶(hù)認(rèn)為本次交易是非法的，則拒絕給銀行回復(fù)消息；否則生成回復(fù)指令m7，用私鑰d3生成m7的簽名(r7，s7)，將m7及簽名(r7，s7)加密處理后遞交給銀行。
(7)如果銀行沒(méi)有得到用戶(hù)的回復(fù)指令，則購(gòu)買(mǎi)過(guò)程到此終止；否則驗(yàn)證用戶(hù)的數(shù)字簽名的合法性，進(jìn)行轉(zhuǎn)帳繳費(fèi)操作，并作相應(yīng)的轉(zhuǎn)帳記錄。生成轉(zhuǎn)帳成功的指令m8，用私鑰dB生成m8的簽名(r8，s8)，將m8及(r8，s8)加密處理后發(fā)送給商家；生成用戶(hù)的信用記錄消息m9，用私鑰dB生成m9的簽名(r9，s9)，將m9及(r9，s9)加密處理后發(fā)送給無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商。
(8)商家驗(yàn)證銀行的數(shù)字簽名合法后，將產(chǎn)品或服務(wù)交付給用戶(hù)，并保留交易記錄。
(9)無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商驗(yàn)證銀行的數(shù)字簽名合法后，增加手機(jī)用戶(hù)IDU的信用度。
5 系統(tǒng)的安全性和有效性分析
系統(tǒng)的安全性主要基于有限域上橢圓曲線(xiàn)加法群的離散對(duì)數(shù)問(wèn)題和AES加密算法的安全強(qiáng)度。銀行在進(jìn)行轉(zhuǎn)帳前，必須給用戶(hù)發(fā)送確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)指令。若商家或無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商企圖對(duì)同一訂單向銀行發(fā)送兩次轉(zhuǎn)帳指令，銀行便向用戶(hù)發(fā)送兩次確認(rèn)購(gòu)買(mǎi)指令，用戶(hù)根據(jù)交易序列號(hào)num等信息很容易得知商家或無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商有一方在進(jìn)行重復(fù)消費(fèi)。當(dāng)有人冒充用戶(hù)進(jìn)行支付時(shí)，由于私鑰d2和d3是未知的，所以無(wú)法通過(guò)無(wú)線(xiàn)運(yùn)營(yíng)商和銀行的驗(yàn)證。每次傳送指令時(shí)都進(jìn)行了加密處理，如果攻擊者選擇攻擊密文c，則需直接攻擊128位的AES，這在現(xiàn)有的技術(shù)條件下是極其困難的；若選擇攻擊會(huì)話(huà)密鑰K，則面臨棘手的ECDLP數(shù)學(xué)難題，且會(huì)話(huà)密鑰K只使用一次，此后不再有效，即使得到密鑰K也沒(méi)有多大的實(shí)用價(jià)值。當(dāng)雙方發(fā)生爭(zhēng)執(zhí)時(shí)，任何第三方都可以用通常的方式驗(yàn)證簽名。手機(jī)用戶(hù)發(fā)送兩次指令便可完成整個(gè)交易。基于橢圓曲線(xiàn)加密體制和AES加密算法的混合加密算法，大大減少了計(jì)算和通信的負(fù)荷，所以本系統(tǒng)運(yùn)算量小，易于在計(jì)算機(jī)的硬件和軟件上實(shí)現(xiàn)。
用戶(hù)通過(guò)手機(jī)支付交易時(shí)，無(wú)需使用現(xiàn)金，即可實(shí)現(xiàn)輕松購(gòu)物。隨著手機(jī)的日益普及，手機(jī)支付將有很大的市場(chǎng)潛力和良好的發(fā)展前景。本文結(jié)合混合加密體制的理論和手機(jī)通信的的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了一個(gè)可以處理高額交易的手機(jī)支付系統(tǒng)，整個(gè)系統(tǒng)具有較高的安全性和實(shí)用性。
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3 谷和啟.手機(jī)支付移動(dòng)電子商務(wù)新亮點(diǎn)[EB/OL].http：//tech. ccidnet.com/pub/article/c1084_a80470_p1.html