電子支付安全技術(shù)中SET協(xié)議密碼算法分析與研究

沈洋

摘要：針對電子支付中的安全技術(shù)，分析SET協(xié)議中的非對稱密碼算法RSA算法與DES數(shù)據(jù)加密算法，通過對算法的過程分析，驗(yàn)證了RSA算法與DES數(shù)據(jù)加密算法是目前密碼體系中應(yīng)用于電子商務(wù)平臺中最安全的密碼算法。

關(guān)鍵詞：電子支付；SET協(xié)議；RSA；DES；3重DES

中圖分類號：TP311 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-3044（2012）33-8085-03

1電子支付安全技術(shù)概述

電子支付是指電子交易的雙方（消費(fèi)者、廠商和金融機(jī)構(gòu)），采用安全電子支付手段，通過互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行的貨幣支付或資金流轉(zhuǎn)。電子支付是構(gòu)建電子商務(wù)系統(tǒng)的重要組成部分。電子支付的業(yè)務(wù)類型按電子支付指令發(fā)起方式分為網(wǎng)上支付、電話支付、移動(dòng)支付、銷售點(diǎn)終端交易、自動(dòng)柜員機(jī)交易和其他電子支付。

電子支付的本質(zhì)指交易雙方在網(wǎng)上發(fā)生的一種資金交換；通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)以電子信息傳遞形式實(shí)現(xiàn)的流通和支付。近年來，國內(nèi)的電子商務(wù)活動(dòng)劇增，在線支付等多種支付手段廣泛應(yīng)用，在線支付則是電子支付系統(tǒng)發(fā)展的更高形式，它使得電子支付可隨時(shí)隨地通過Internet或者通信網(wǎng)的手機(jī)銀行進(jìn)行直接的轉(zhuǎn)賬、結(jié)算，形成活躍的電子商務(wù)環(huán)境[1]。

電子商務(wù)的發(fā)展已經(jīng)帶動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)時(shí)代的到來，而電子支付是電子商務(wù)的整個(gè)商貿(mào)活動(dòng)中非常重要的一個(gè)關(guān)鍵環(huán)節(jié)，為電子商務(wù)活動(dòng)的電子貨幣的安全性提供了業(yè)務(wù)過程安全保護(hù)。由此可見電子支付的安全是電子商務(wù)業(yè)務(wù)流程中的關(guān)鍵技術(shù)，應(yīng)用的安全技術(shù)必須保證能夠無風(fēng)險(xiǎn)的保障交易雙方的金融賬戶安全。

電子支付中有兩個(gè)重要的協(xié)議：SSL協(xié)議與SET協(xié)議。

1）SSL（SecureSocketsLayer，安全套接層協(xié)議）。SSL協(xié)議層包括兩個(gè)協(xié)議子層，SSL記錄協(xié)議與SSL握手協(xié)議。SSL記錄協(xié)議基本特點(diǎn)是連接是專用的和可靠的。SSL握手協(xié)議基本特點(diǎn)是能對通信雙方的身份的認(rèn)證、進(jìn)行協(xié)商的雙方的秘密是安全的、協(xié)商是可靠的。

2）SET（SecureElectronicTransaction，安全電子交易協(xié)議）。SET協(xié)議運(yùn)行的目標(biāo)包括保證信息在互聯(lián)網(wǎng)上安全傳輸、保證電子商務(wù)參與者信息的相互隔離、解決網(wǎng)上認(rèn)證問題、保證網(wǎng)上交易的實(shí)時(shí)性、規(guī)范協(xié)議和消息格式。SET所協(xié)議涉及的對象有消費(fèi)者、在線商店、收單銀行、電子貨幣發(fā)行機(jī)構(gòu)以及認(rèn)證中心（CA）[2]。

在每一種協(xié)議內(nèi)部都會(huì)有電子支付規(guī)定的動(dòng)作，而完成這些規(guī)定動(dòng)作最重要的安全保證就是密碼算法。SET協(xié)議確保了網(wǎng)上交易所要求的保密性、數(shù)據(jù)的完整性、交易的不可否認(rèn)性和交易的身份認(rèn)證。SET協(xié)議主要使用的技術(shù)包括：對稱密鑰加密、公鑰加密、Hash算法、數(shù)字簽名、數(shù)字信封以及數(shù)字證書等技術(shù)。SET通過使用公鑰和對稱密鑰方式加密，以保證數(shù)據(jù)的保密性；通過使用數(shù)字簽名、Hash算法和數(shù)字證書實(shí)現(xiàn)交易各方的身份認(rèn)證、數(shù)據(jù)的完整性和交易的不可否認(rèn)性。

在SET協(xié)議的數(shù)據(jù)加密機(jī)制中，應(yīng)用最廣泛的算法應(yīng)該是RSA公鑰密碼算法與DES數(shù)據(jù)加密算法，它們廣泛用于電子商務(wù)體系中，是安全性較高的密碼算法。

2SET協(xié)議的交易過程

SET交易過程中要對商家，客戶，支付網(wǎng)關(guān)等交易各方進(jìn)行身份認(rèn)證，因此它的交易過程相對復(fù)雜。

①持卡人通過瀏覽器選擇在線商店里自己需要的商品，放入購物籃。

②持卡人填寫訂單信息，并選擇支付方式。

③持卡人將訂單信息和支付信息發(fā)送給商家，這里訂單信息和支付指令由消費(fèi)者進(jìn)行數(shù)字簽名，同時(shí)利用雙重簽名技術(shù)保證商家看不到消費(fèi)者的賬號信息及銀行看不到消費(fèi)者的訂單信息。

④商家接受訂單量信息后，與支付網(wǎng)關(guān)進(jìn)行通信，請求授權(quán)認(rèn)證。

⑤支付網(wǎng)關(guān)通過收單銀行向持卡人的發(fā)卡銀行請求進(jìn)行支付確認(rèn)。

⑥發(fā)卡銀行同意支付，將確認(rèn)信息通過支付網(wǎng)關(guān)返回給商家。

⑦商家發(fā)送訂單確認(rèn)信息給持卡人，持卡人端軟件可記錄交易日志，以各將來查詢。

⑧商家發(fā)送貨物或提供服務(wù)。

⑨商家向持卡人的發(fā)卡銀行請求支付，即實(shí)現(xiàn)支付獲取、完成清算。在處理過程中，通信協(xié)議、請求信息的格式、數(shù)據(jù)類型的定義等，SET都有明確的規(guī)定。在操作的每一步，消費(fèi)者、商家、網(wǎng)關(guān)都通過CA來驗(yàn)證通信主體的身份，以確保通信的對方不是冒名頂替[3]。

從上面的交易流程可以看出，SET交易過程十分復(fù)雜性，在完成一次SET協(xié)議交易過程中，需驗(yàn)證電子證書9次，驗(yàn)證數(shù)字簽名6次，傳遞證書7次，進(jìn)行簽名5次，4次對稱加密和非對稱加密。通常完成一個(gè)SET協(xié)議交易過程大約要花費(fèi)1.5－2分鐘甚至更長時(shí)間。由于各地網(wǎng)絡(luò)設(shè)施良莠不齊，因此，完成一個(gè)SET協(xié)議的交易過程可能需要耗費(fèi)更長的時(shí)間。但是安全性遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于SSL協(xié)議。

3RSA公開密鑰密碼算法研究分析

3.1RSA密碼加解密算法工作過程

3.2RSA算法的安全性

RSA算法中公開的部分有N，e和公共信道上截獲的密文c。若通過這些量能夠算出明文或私有密鑰則RSA被破譯。下面討論一下可能的方法。

如果模N=pq被分解則不難求出Φ（N）=（p-1）（q-1），由de=1（modΦ（N））就可求出私有密鑰d，明文就可以被破譯。但因子分解是非常困難的，目前最快的算法時(shí)間復(fù)雜性為：exp（sqrt（ln（n）lnln（n）））

Rivest，Shamir和Adleman用已知最好的算法估計(jì)了分解n的時(shí)間與n的位數(shù)的關(guān)系，在運(yùn)算速度為每秒百萬次的計(jì)算機(jī)上分解二百位十進(jìn)制的數(shù)需要四億年。通過仔細(xì)選取p，q，e等參數(shù)，除去分解N，目前還沒有更好的方法破譯RSA。但RSA算法并沒有被證明其破譯問題的難度等價(jià)與大整數(shù)分解問題。

隨著計(jì)算機(jī)速度的提高以及大數(shù)分解算法研究的進(jìn)步，被破譯的RSA的密鑰長度不斷增加，目前安全的RSA密鑰長度應(yīng)至少大于1024bit。它是第一個(gè)能同時(shí)用于加密和數(shù)字簽名的算法，也易于理解和操作。從提出到現(xiàn)在已近二十年，經(jīng)歷了各種攻擊的考驗(yàn)，逐漸為人們接受，廣泛應(yīng)用于密碼應(yīng)用技術(shù)中[4]。

4DES數(shù)據(jù)加密算法研究分析

DES（DataEncryptionStandard）是目前金融界廣泛使用的數(shù)據(jù)加密標(biāo)準(zhǔn)，是由IBM公司在20世紀(jì)70年代中期開發(fā)的，由美國國家標(biāo)準(zhǔn)局（NBS）于1977年1月5日正式頒布，用做政府及商業(yè)部門的非機(jī)密數(shù)據(jù)的加密標(biāo)準(zhǔn)。DES是一種單鑰密碼算法，采用分組乘積密碼體制，使用多次移位和代替的混合運(yùn)算編制的密碼。DES設(shè)計(jì)非常巧妙，除了密鑰輸入順序之外，其加密和解密的步驟完全相同，這使得在制作DES芯片時(shí)，易于做到標(biāo)準(zhǔn)化和通用化。經(jīng)過許多專家學(xué)者的分析論證，證明DES是一種性能良好的數(shù)據(jù)加密算法，不僅隨機(jī)性好，線性復(fù)雜度高，而且易于實(shí)現(xiàn)，因此，DES在國際上得到了廣泛的應(yīng)用。

DES是一種二元數(shù)據(jù)加密的分組算法，即對64位二進(jìn)制數(shù)據(jù)進(jìn)行分析加密，產(chǎn)生64位密文數(shù)據(jù)。其中，使用密鑰為64位，實(shí)際用了56位，另外8位用作奇偶校驗(yàn)。加密的過程是先對64位明文分組進(jìn)行初始置換，然后分成左、右部分分別經(jīng)過16次迭代，再進(jìn)行循環(huán)移位與變換，最后進(jìn)行逆變換得到明文。其加密與解密使用相同的密鑰，因而屬于對稱密碼體制。

4.1DES密碼加解密算法工作過程

DES算法的入口參數(shù)有3個(gè)：Key，，Data和Mode。其中key為8個(gè)字節(jié)共64位，是DES算法的工作密鑰。Data也為8個(gè)字節(jié)64為，是要被加密或解密的數(shù)據(jù)。Mode為DES的工作方式由兩種：加密或解密。

如Mode為加密，則用key把數(shù)據(jù)Data進(jìn)行加密，生成Data的密碼形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果；

若Mode為解密，則用key把密碼形式的數(shù)據(jù)Data解密，還原為Data的明碼形式（64位）作為DES的輸出結(jié)果

算法實(shí)現(xiàn)步驟如圖1DES算法流程圖，

實(shí)現(xiàn)加密需要3個(gè)步驟。

第一步：變換明文。對給定的64位的明文x.，首先通過一個(gè)置換IP表來重新排列x.，從而構(gòu)造出64位的x0，x0=IP（x）=L0R0，其中L0表示x0的前32位，R0表示x0的后32位。

第二步：按照規(guī)則迭代。規(guī)則為：

Li=Ri-1

Ri=Li⊕f（Ri-1，Ki） （i=1，2，3，…，16）

經(jīng)過第1步變換已經(jīng)得到L0和R0的值，其中符號⊕表示數(shù)學(xué)運(yùn)算“異或”，f表示一種置換，由s盒置換構(gòu)成，Ki是一些由密鑰編排函數(shù)產(chǎn)生的比特塊。F和Ki將在后面介紹。

第三步：對L16R16利用IP-1作逆置換，就得到了密文y0加密過程。

4.2DES的安全性

在DES成為標(biāo)準(zhǔn)的10來年時(shí)間里，其安全性是很高的。但隨著Internet的飛速發(fā)展，隨著計(jì)算機(jī)計(jì)算能力的顯著提高，加之DES只采用了64位的密鑰，因而國際上在DES的破譯方面已取得了突破性的進(jìn)展。

為了增加DES安全性，可以利用的方法就是加長密鑰的長度，采用多重DES加密技術(shù)，將分組密碼進(jìn)行級聯(lián)，在三組不同的密鑰作用下，連續(xù)多次對一組明文進(jìn)行加密。針對之前DES算法產(chǎn)生的問題，國際標(biāo)準(zhǔn)上采用3重DES加密算法。3重DES方法需要執(zhí)行3次常規(guī)的DES加密步驟，但最常用的3重DES算法中僅僅用兩個(gè)56位DES密鑰。通過多次的加密，增加了DES密碼的安全性，解決了因?yàn)槊荑€的長度安全性低的問題。

5SET協(xié)議中RSA與DES組合加密技術(shù)

結(jié)合以上對RSA于DES的算法分析以及安全性的比較，兩者的算法各有其各自的優(yōu)缺點(diǎn)，沒有任何一種密碼技術(shù)是絕對完美的，那么在SET協(xié)議中，根據(jù)電子支付的安全性要求，在數(shù)據(jù)傳輸中，數(shù)據(jù)本身大多數(shù)采用DES加密技術(shù)，原因是加密速度快，算法容易實(shí)現(xiàn)，可以滿足電子商務(wù)中對數(shù)據(jù)時(shí)效的要求，但是由于本身是對稱機(jī)密體制，密鑰的安全存在隱患，所以在密鑰的安全加密上，采用RSA技術(shù)，RSA屬于非對稱加密機(jī)制，在網(wǎng)絡(luò)中便于密鑰的傳輸與管理，便于數(shù)字簽名，而且保證了數(shù)據(jù)的不可抵賴性[5]。

在電子支付安全系統(tǒng)中，SET協(xié)議的安全性較SSL高，SET協(xié)議在整個(gè)電子商務(wù)交易中，包括客戶到商家、商家到支付網(wǎng)關(guān)再到銀行都受到嚴(yán)密的保護(hù)。采用RSA和DES會(huì)有效地為其安全性增加了砝碼，當(dāng)然，密碼技術(shù)在不斷改進(jìn)，新的安全威脅不斷產(chǎn)生，SET協(xié)議的安全機(jī)制會(huì)隨著網(wǎng)絡(luò)威脅以及密碼技術(shù)的改進(jìn)而進(jìn)行升級，例如采用嵌套加密技術(shù)的方案，無論是什么安全方案，都是在現(xiàn)有的RSA和DES算法基礎(chǔ)之上構(gòu)建接口，總之，只有深入研究SET協(xié)議中的安全算法，才能不斷該進(jìn)協(xié)議的安全性，進(jìn)而保障電子商務(wù)的支付安全。

參考文獻(xiàn)：

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