33、前向安全对称密钥派生协议：DUKPT 与 O - DUKPT 解析

前向安全对称密钥派生协议：DUKPT 与 O - DUKPT 解析

在当今的支付行业以及许多需要安全通信的场景中，确保交易密钥的安全性和唯一性至关重要。本文将深入探讨两种对称密钥派生方案：ANSI X9.24 DUKPT 和 Optimal - DUKPT（O - DUKPT），分析它们的原理、优缺点，并展示 O - DUKPT 如何在性能上超越 DUKPT。

1. 背景与目标

在支付行业等场景中，通常存在一个服务器与多个支付终端（客户端）进行安全通信的情况。为了保证交易的安全性，每个支付交易都需要使用不同的对称密钥，并且要具备前向安全性，即即使支付终端的内部状态被部分或全部泄露，也无法获取之前交易中派生的密钥信息。

为了实现这一目标，我们从一个基础派生密钥（Base Derivation Key，BDK）开始。每个客户端 $C_i$ 与服务器 $S$ 共享的初始密钥 $IK_i$ 通过伪随机函数 $F$ 从 BDK 派生而来：
$IK_i = F(BDK, i)$

系统初始化时，服务器获得 BDK，每个客户端获得 $IK_i$。当客户端向服务器发送交易时，需要同时发送客户端的身份信息，以便服务器派生相应的初始密钥。

2. DUKPT 方案分析

2.1 DUKPT 概述

ANSI X9.24 DUKPT 是一种对称密钥派生方案，它允许客户端存储更多数据，以降低服务器端的计算成本。具体来说，DUKPT 允许客户端存储 $R = 21$ 个密钥寄存器，服务器在派生一个密钥时最多进行 $N = 10$ 次 $F$ 函数的计算，总共可以处理 $T = 1048575$ 笔交易。