一種基于SM2的遠(yuǎn)程密鑰管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

◆李恒武 王辰陽(yáng) 王志剛

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一種基于SM2的遠(yuǎn)程密鑰管理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)

◆李恒武 王辰陽(yáng) 王志剛

(解放軍信息工程大學(xué)原信息管理中心 河南 450001)

本文提供了一種基于SM2的遠(yuǎn)程協(xié)作密鑰安全管理系統(tǒng)解決方案，系統(tǒng)以SM2算法為核心，在服務(wù)端采用Https方式為基礎(chǔ)，提供簽名公私鑰生成、上傳與協(xié)作簽名、證書(shū)查詢(xún)等涵蓋各種密鑰運(yùn)算服務(wù)的遠(yuǎn)程密鑰安全管理解決方案。該解決方案在用于Android移動(dòng)智能終端密碼安全模塊中達(dá)到了預(yù)期的效果，在實(shí)際應(yīng)用中具有廣闊的前景。

遠(yuǎn)程協(xié)作；密鑰管理；認(rèn)證；簽名

0 引言

目前，基于Android平臺(tái)的移動(dòng)智能終端已在各行各業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用，而智能終端軟硬件、外部系統(tǒng)和相關(guān)通訊服務(wù)能否安全運(yùn)行，關(guān)鍵是在信息安全管控系統(tǒng)模塊，這已經(jīng)成為智能終端是否被用戶(hù)選擇使用首要考慮的問(wèn)題。由于移動(dòng)終端具有易丟失、使用者復(fù)雜等特點(diǎn)，為確保密鑰安全，本文以信息安全管控系統(tǒng)中遠(yuǎn)程密鑰安全管理為主要研究對(duì)象，提供了一種基于協(xié)作系統(tǒng)的遠(yuǎn)程密鑰安全管理解決方案，系統(tǒng)是以SM2算法為核心，在服務(wù)端采用Https方式為基礎(chǔ)，提供簽名公私鑰生成、上傳與協(xié)作簽名、證書(shū)查詢(xún)等涵蓋各種秘鑰運(yùn)算服務(wù)的遠(yuǎn)程密鑰安全管理解決方案。

1 系統(tǒng)工作原理

遠(yuǎn)程協(xié)作計(jì)算主要是依賴(lài)協(xié)作服務(wù)器，通過(guò)協(xié)作系統(tǒng)連接代理，完成模塊和協(xié)作系統(tǒng)的通信，以協(xié)作產(chǎn)生簽名密鑰對(duì)、執(zhí)行簽名等任務(wù)。系統(tǒng)基于SM2算法移動(dòng)端分離/合作的實(shí)現(xiàn)算法，進(jìn)行部分秘鑰運(yùn)算的過(guò)程。遠(yuǎn)程協(xié)作計(jì)算過(guò)程中，智能移動(dòng)終端和協(xié)作服務(wù)器之間采用Https方式進(jìn)行通信，協(xié)作服務(wù)器主要提供簽名公私鑰生成、上傳簽名公鑰、協(xié)作簽名解密、上傳加解密公私鑰對(duì)、證書(shū)查詢(xún)、其他協(xié)助管理等各種秘鑰運(yùn)算服務(wù)。

協(xié)作服務(wù)器端主要為移動(dòng)端提供用戶(hù)管理、密碼運(yùn)算支持、密鑰管理、日志管理等功能。其中用戶(hù)管理包括用戶(hù)信息維護(hù)與管理、用戶(hù)口令維護(hù)、終端綁定等；密碼運(yùn)算支持主要是與移動(dòng)端合作簽名以及合作解密，驗(yàn)證簽名等功能；密鑰管理主要是密碼運(yùn)算過(guò)程中的各種私鑰的安全存儲(chǔ)。

2 主要功能模塊簡(jiǎn)介

系統(tǒng)整體架構(gòu)設(shè)計(jì)比較復(fù)雜，包括硬件加密系統(tǒng)、引導(dǎo)加載程序、應(yīng)用認(rèn)證與識(shí)別、分散密鑰存儲(chǔ)與運(yùn)算、中間件安全處理機(jī)制等一系列主要功能模塊。移動(dòng)智能終端密碼安全模塊以APP形式運(yùn)行在Android平臺(tái)上，依托遠(yuǎn)程協(xié)作系統(tǒng)，通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)的安全服務(wù)中間件接口為各類(lèi)應(yīng)用APP提供統(tǒng)一的密碼服務(wù)。

2.1 密鑰運(yùn)算功能模塊

本方案中的密碼運(yùn)算工作流程主要包含生成密鑰對(duì)、合作簽名、解密私鑰拆分、合作解密等業(yè)務(wù)處理過(guò)程，生成密鑰對(duì)的業(yè)務(wù)流程如圖1所示。

圖1 密鑰對(duì)生成圖

2.2 證書(shū)申請(qǐng)及注銷(xiāo)功能模塊

證書(shū)申請(qǐng)過(guò)程中，CA獲取用戶(hù)公鑰之后，向KM提出申請(qǐng)，獲取加解密密鑰對(duì)(D', P'), 解密私鑰D'是完整的私鑰，為了結(jié)合SM2改進(jìn)算法需要進(jìn)行密鑰拆分；將私鑰D'用簽名公鑰P加密之后經(jīng)過(guò)證書(shū)申請(qǐng)審核服務(wù)，傳給移動(dòng)終端，移動(dòng)端與協(xié)作服務(wù)器協(xié)作解密D'，解密之后移動(dòng)終端隨機(jī)生成子私鑰D11，調(diào)用密鑰拆分接口，將D'拆分成D11、D22兩部分子私鑰，D11在手機(jī)終端安全存儲(chǔ)，將D22用協(xié)作端加密公鑰Px加密之后傳到協(xié)作端，最終傳回安全數(shù)據(jù)庫(kù)，完成證書(shū)申請(qǐng)過(guò)程。相關(guān)流程如圖2所示。

圖2 證書(shū)申請(qǐng)過(guò)程

用戶(hù)首先通過(guò)移動(dòng)端向RA提出證書(shū)注銷(xiāo)請(qǐng)求，RA根據(jù)用戶(hù)請(qǐng)求將用戶(hù)對(duì)應(yīng)的證書(shū)注銷(xiāo)，同時(shí)返回注銷(xiāo)成功消息給用戶(hù)；用戶(hù)接收到消息向協(xié)作服務(wù)器提出刪除對(duì)應(yīng)信息的請(qǐng)求，協(xié)作服務(wù)器刪除用戶(hù)相關(guān)信息之后，向用戶(hù)返回信息完成刪除消息，最終完成證書(shū)的注銷(xiāo)過(guò)程。

證書(shū)注銷(xiāo)發(fā)生在兩類(lèi)情況下：

(1）證書(shū)在正常情況下注銷(xiāo)，證書(shū)還存在于固定移動(dòng)端上，終端ID可以正常獲得；

(2）證書(shū)在異常情況下注銷(xiāo)，異常情況包括移動(dòng)端丟失、移動(dòng)端損壞等情況，移動(dòng)端ID已經(jīng)無(wú)法正常獲得，異常情況下注銷(xiāo)流程如圖3所示。

圖3 證書(shū)異常注銷(xiāo)流程

3 遠(yuǎn)程協(xié)作系統(tǒng)服務(wù)工作原理

移動(dòng)端通過(guò)登錄協(xié)作服務(wù)器進(jìn)行平臺(tái)注冊(cè)以及進(jìn)行協(xié)作服務(wù)器配置和終端綁定操作；移動(dòng)端通過(guò)APP進(jìn)行證書(shū)申請(qǐng)，下載證書(shū)相關(guān)信息到移動(dòng)端；三方業(yè)務(wù)通過(guò)手機(jī)登錄業(yè)務(wù)服務(wù)器，業(yè)務(wù)服務(wù)器驗(yàn)證移動(dòng)身份之后，顯示登錄成功；移動(dòng)端登錄成功之后，提出對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名的請(qǐng)求，移動(dòng)端和協(xié)作端進(jìn)行合作簽名，發(fā)送給業(yè)務(wù)服務(wù)器進(jìn)行簽名驗(yàn)證操作，驗(yàn)證成功，進(jìn)行相關(guān)的業(yè)務(wù)操作；移動(dòng)端接收到其自身公鑰加密的數(shù)據(jù)之后，提出解密請(qǐng)求，調(diào)用相關(guān)解密接口與協(xié)作服務(wù)器進(jìn)行解密操作。遠(yuǎn)程協(xié)作服務(wù)工作流程如圖4所示。

圖4 遠(yuǎn)程協(xié)作服務(wù)工作過(guò)程

4 結(jié)束語(yǔ)

本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)綜合了國(guó)密SM2算法，實(shí)現(xiàn)了移動(dòng)終端和協(xié)作服務(wù)器合作簽名以及解密的方式，基于軟算法實(shí)現(xiàn)了智能密碼鑰匙，使得用戶(hù)可以在移動(dòng)終端進(jìn)行簽名等身份認(rèn)證操作；實(shí)現(xiàn)了認(rèn)證載體移動(dòng)化，業(yè)務(wù)通道和認(rèn)證通道相互獨(dú)立，防止截獲攻擊，使用更加安全可靠；并可遠(yuǎn)程銷(xiāo)毀用戶(hù)密鑰信息，用戶(hù)設(shè)備丟失，可停用用戶(hù)認(rèn)證證書(shū)，并遠(yuǎn)程銷(xiāo)毀保存在客戶(hù)端的用戶(hù)密鑰數(shù)據(jù)，防止用戶(hù)密鑰被非法使用。系統(tǒng)充分發(fā)揮了遠(yuǎn)程協(xié)作系統(tǒng)的長(zhǎng)處、提高了效率，而且保證了只能終端程序運(yùn)行的安全性和可靠性。

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