加密机体系

首发地址：简书-加密机体系
欢迎关注我的简书账号：godson_ds

笔者目前使用的jdk版本是1.6.0_29，Eclipse版本是Juno Release，Build id 20120614-1722。加密机使用卫士通SJL05型号金融数据加密机。如无特殊说明，本文所有的Java代码都是基于此。

修订记录

版本号	修订日期	修订说明
V0.1	2018/09/28	初稿
V1.0	2018/10/12	发布

参考资料

1. Q/CUP 006.4-2015 中国银联股份有限公司企业标准 中国银联银行卡交换系统技术规范（国际卷） 第4部分 数据安全传输控制规范
2. SJL05型金融数据加密机程序员手册

银联密钥体系

约定中国银联银行卡信息交换系统(CUPS)与每个入网机构之间的密钥，由三层构成：

第一层：MK

Master Key，主密钥。加密机最高层密钥，人工方式输入产生，由三部分构成，分别由三人掌管，存储于加密机中，受加密机硬件设备保护。

第二层：MMK

Member Master Key，成员主密钥。指在银行卡安全体系中，分配给成员机构的密钥加密密钥，用于加密下一层密钥，受主密钥(MK)加密保护。CUPS与入网机构各产生一半，在硬件设备中合成；或由CUPS在加密机中随机生成并散列出2个分量；或由双方商定该密钥的产生办法。

第三层：PIK、MAK

• PIN Key，用于加密PIN的密钥。
• MAC Key，用于生成交易报文合法性校验数据(MAC)的密钥。

统称为数据密钥，Data Key，受成员主密钥(MMK)加密保护。由硬件加密机中的随机发生器产生。CUPS的加密机产生数据密钥，入网机构接收和存储CUPS发来的数据密钥。当CUPS认为需要时，可以主动向入网机构发起重置密钥报文。当入网机构需要新密钥的时候，必须向CUPS发出申请重置密钥报文。

HSM

Hardware and security module，硬件加密机，对传输的数据进行加密的外围硬件设备，用于PIN的加密和解密、验证报文和文件来源的正确性以及存储密钥。

顾名思义，加密机就是一台机器，其优势在于硬件设备存储密钥的安全性以及加解密运算的高效性。

图片来源于卫士通官网，金融数据密码机产品介绍。

排除行业要求必须使用加密机的场景，大家可以根据实际情况判断是否使用加密机，并不是使用加密机就一定好，符合自身需要的才是最好的。

卫士通

卫士通信息产业股份有限公司成立于1998年，由中国电子科技集团公司第30研究所发起成立。依托30所40年深厚的专业技术及人才资源积淀，凭借高效的现代企业运作机制和持续的战略创新，卫士通已发展成为我国最具主导地位的信息安全产业龙头企业，以此为核心拓展税务电子化、金融电子化、电子商务等安全IT化业务，实现企业规模化发展。并于2008年7月成功上市，成为“中国信息安全第一股”。

笔者就职公司使用加密机采购于卫士通，笔者也未曾接触过其他品牌加密机，因此本篇剩余部分仅涉及卫士通加密机，型号选择SJL05，因为SJL05型号加密机文档可以轻易从网上获取，不存在泄密问题，至于其他型号或其它品牌加密机使用，了解了原理，总归大同小异，举一反三不难。

SJL05

查阅《SJL05型金融数据加密机程序员手册》，虽然其中未明确SJL05加密机中密钥体系的定义，但是仍然可以根据其中接口推测出符合银联密钥体系规范的3层结构：

第一层：LMK

Local Master Key，本地主密钥。相当于银联密钥体系中的MK。

第二层：ZMK/BMK、TMK/ATK

• ZMK，Zone Master Key，区域主密钥。
• TMK，Terminal Master Key，终端主密钥。

相当于银联密钥体系中的MMK。

第三层：ZAK、ZPK、TAK、TPK

• ZAK，Zone Authentication Key，区域认证密钥。
• ZPK，Zone PIN Key，区域PIN密钥。
• TAK，Terminal Administrative Key，终端认证密钥。
• TPK，Terminal PIN encryption Key，终端PIN密钥。

ZAK、TAK相当于银联密钥体系中的MAK；ZPK、TPK相当于银联密钥体系中的PIK。

在特定应用场景，还可能衍生出更加复杂的密钥体系，比如4层结构：

但是，不管是哪种密钥体系，密钥明文不会暴露在外，上层密钥保护下层密钥，最上层密钥由加密机硬件保护的原理是不变的。

加密机实际应用

本章节介绍POS终端业务场景下对SJL05型号加密机具体接口的调用。各金融机构调用逻辑不尽相同，笔者仅提出一种基本思路，大家在实际应用时应当因地制宜切忌生搬硬套，如有不妥之处请大家批评指正。

首先，看一下基本的数据流图，实际可能更加复杂。

• POS终端以P表示
• 收单机构以A表示
• 转接机构以B表示
• 发卡机构以C表示

POS终端密钥体系：

收单机构密钥体系：

转接机构密钥体系：

发卡机构密钥体系：

涉及加密机接口列表

在整个交易流程中，笔者提出SJL05型号加密机接口的调用逻辑，涉及如下接口。

命令码	名称	说明
0X08	产生并存储一个指定长度的主密钥，并打印明文到密码信封	产生一个指定长度的区域主密钥或终端主密钥或本地主密钥，存储在加密机指定位置，同时将明文密钥通过串口打印机打印到密码信封上，如果密钥类型为区域主密钥或终端主密钥，将同时返回用LMK加密的密文。
0XD108	加密明文密钥	输入指定长度的明文密钥，并用加密机本地主密钥加密后返回其密文密钥和校验码
0X0510	用本地主密钥加密终端主密钥	输入一个TMK明文，用本地主密钥加密后输出，并存放于主机系统中
0X0512	产生终端数据密钥（用TMK和LMK加密）	加密机产生一个数据密钥，分别用终端主密钥TMK和本地主密钥（LMK）加密后输出
0X0410	请求产生MAC（变长MAK）	请求产生MAC
0X0411	请求验证MAC（变长MAK）	请求验证MAC
0X0402	PINBLOCK转换（任意长度PIK）	PINBLOCK转换
0X76	用输入密钥对数据加/解密，再对数据进行MD5运算	利用输入的16字节密钥对数据做3DES/DES的CBC或ECB加密或解密，最后对加解密结果进行MD5摘要运算

密钥初始化

1. 转接机构初始化本地主密钥B_LMK(0X08)，生成分发给收单机构的区域主密钥AB_ZMK(0X08)，生成分发给发卡机构的区域主密钥BC_ZMK(0X08)。在转接机构加密机中，B_LMK明文由加密机硬件保护，AB_ZMK、BC_ZMK由B_LMK加密保护；
2. 收单机构初始化本地主密钥A_LMK(0X08)，录入转接机构分发的区域主密钥AB_ZMK(0XD108)，录入与POS终端约定的终端主密钥PA_TMK(0X0510)。收单机构加密机中，A_LMK明文由加密机硬件保护，AB_ZMK、PA_TMK由A_LMK加密保护；
3. 发卡机构初始化本地主密钥C_LMK(0X08)，录入转接机构分发的区域主密钥BC_ZMK(0XD108)。发卡机构加密机中，C_LMK明文由加密机硬件保护，BC_ZMK由C_LMK加密保护；
4. POS终端录入终端主密钥PA_TMK，PA_TMK明文由POS终端安全模块保护。

签到

1. 收单机构向转接机构请求数据密钥，包括：区域认证密钥AB_ZAK，区域PIN密钥AB_ZPK。在收单机构和转接机构加密机中，AB_ZAK、AB_ZPK由区域主密钥AB_ZMK保护；
2. 发卡机构向转接机构请求数据密钥，包括：区域认证密钥BC_ZAK，区域PIN密钥BC_ZPK。在发卡机构和转接机构加密机中，BC_ZAK、BC_ZPK由区域主密钥BC_ZMK保护；
3. POS终端向收单机构请求数据密钥(0X0512)，包括：终端认证密钥PA_TAK，终端PIN密钥PA_TPK。在POS终端安全模块和收单机构加密机中，PA_TAK、PA_TPK由终端主密钥PA_TMK保护。

交易请求

1. POS终端刷卡，使用PA_TPK加密密码(PIN block)，PA_TAK生成交易报文MAC，上送交易报文至收单机构；
2. 收单机构验证MAC(0X0411)，使用AB_ZPK转加密PIN block(0X0402)，AB_ZAK生成交易报文MAC(0X0410)，上送交易报文至转接机构；转加密过程是***PA_TMK解密PA_ZPK，PA_ZPK解密PIN block，AB_ZMK解密AB_ZPK，AB_ZPK加密PIN block***；
3. 转接机构验证MAC(0X0411)，使用BC_ZPK转加密PIN block(0X0402)，BC_ZAK生成交易报文MAC(0X0410)，上送交易报文至发卡机构；转加密过程是***AB_ZMK解密AB_ZPK，AB_ZPK解密PIN block，BC_ZMK解密BC_ZPK，BC_ZPK加密PIN block***；
4. 发卡机构验证MAC(0X0411)，使用BC_ZPK转加密PIN block(0X76)，校验PIN block的哈希值；
5. 交易完成后原路返回；转加密过程是***BC_ZMK解密BC_ZPK，BC_ZPK解密PIN block，PIN block计算哈希值***。

以<0X76>接口为例编写代码

消息格式

输入域	长度	类型	备注
命令<