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1、打印日期：10/9/2018 海航集团网上支付系统应用安全 UC-2010-04-01-04-0002 设计方案 V1.0 广州江南科友科技股份有限公司 2010-4-14 文档修订记录 广州江南科友科技股份有限公司第 I 页 文档修订记录 2010-4-5 ，陈家梅完成 1.0 版本。 2010-4-14 ，陈家梅在 1.0 版本的基础上，根据客户的要求进行补充，同时 根据公司内部对方案的讨论结果进行完善，升级为1.1 版本。 目录 广州江南科友科技股份有限公司第 I 页 目录 1 文档说明 1 1.1 目的 . 1 1.2 名词解释 . 1 2 软件需求 2 2.1 客户原始需求 2 2.
2、2 需求分析 . 2 3 系统设计 4 3.1 网络结构图 4 3.2 系统结构图 5 3.3 系统功能清单 6 3.4 系统部署图 8 3.5 系统组件 . 9 3.6 密钥体系 . 9 3.6.1 密钥使用示意图 . 9 3.6.2 密钥分布图 . 10 3.6.3 密钥说明 11 3.6.4 密码服务平台RSA 密钥对的初始化流程. 13 3.6.5 安全控件和密码服务平台的密钥同步流程 . 14 3.7 交易安全处理流程. 15 3.7.1 用户登录密码验证流程 15 3.7.2 PIN 的安全处理流程. 16 3.7.3 交易报文的安全处理流程. 17 4 交付件 . 18 5 附件
3、. 19 5.1 项目风险说明 19 5.2 建议硬件、操作系统配置 19 5.3 项目其它要求 20 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 1 页 1 文档说明 1.1 目的 本文档结合客户需求，描述海航集团网上支付系统应用安全的设计方案。 主要提供给客户，作为系统方案交流的依据，以及提供给开发人员，作为 整理开发手册的基础。 1.2 名词解释 基本术语说明 PIN 用户的交易密码， 用户在交易时通过密码键盘输入，由业务主机进行验证。 密钥信封存放密钥明文的信封文件，其中， 密钥明文不可见，只有该信封被拆开后
4、 才能看到密钥的明文。 PVK PIN Verify Key ，PIN 验证密钥，用于加密、验证PIN 。 ZPK Zone PIN Key，区域 PIN 密钥，用于加密PIN 。 LMK Local Master Key，本地主密钥，用于工作密钥或私钥在本地存储时进行 保护。 RSA 一种国际标准的非对称密钥算法。 RSA 密钥对RSA非对称密钥体系中的密钥，每对 RSA密钥对都包含一把公钥和一把私 钥。 PK RSA非对称密钥体系中的公钥，公钥的明文可以公开。 VK RSA非对称密钥体系中的私钥，私钥的明文不能公开。 用户登录密码以下也简称为登录密码，指用户登录系统时输入的密码，包括字母和
5、数字， 不定长。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 2 页 2 软件需求 2.1 客户原始需求 在用户进行网上交易的过程中，为保障用户敏感信息的安全，维护用户的 利益，要求网上支付交易必须符合以下安全需求： 1. 用户 PIN 在交易过程中，不得以明文形式在硬件安全设备之外出现。 2. 要求对交易的报文进行完整性验证，防止交易报文被篡改。 3. 要求对登录用户的登录密码进行验证，保证用户登录的合法性和正确 性。 2.2 需求分析 需求要点需求要点说明需求要点的实现方式 用户PIN 的安全 用户的 PIN 在
6、网上交易过程中 进行转发和验证时，明文仅允 许在硬件安全设备中出现。 PIN 的验证由业务主机和密码 机保障，因此仅考虑PIN 在传 输过程中的安全。 采用 RSA 非对称密钥机制： 提供网页上的安全控件，用密码服务平台 的公钥加密PIN。 提供密码服务平台的安全服务，可以将公 钥加密的PIN 转换为与主机约定的ZPK 加密的 PIN ，再传到主机进行验证。 交易报文 的安全 交易报文传输过程中，报文的 发起方生成签名，报文的接收 方需验证签名，以保证报文没 有被篡改。 采用 RSA 非对称密钥机制： 提供网页上的安全控件，用安全控件的私 钥对交易报文进行签名。 提供密码服务平台的安全服务，用
7、相应安 全控件的公钥验证签名是否正确。 用户登录 的安全 用户登录时，需验证其登录的 字符密码，保证用户登录的合 法性。 用户登录时， 由网页上的安全控件提供密 码输入的软键盘功能（包含字符和数字输 入，且数字输入随机乱序），并且用密码服 务平台的公钥加密用户登录密码。 提供密码服务平台的安全服务，将登录密 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 3 页 码转换为PVK 加密。该功能在用户第一次 输入登录密码或修改密码时调用，应用系 统将PVK 加密的登录密码密文保存到数 据库中。 提供密码服务平台的安全服务，将
8、应用系 统数据库中保存的用户登录密码密文和用 户从界面输入的登录密码密文送到密码机 中进行验证。该功能在验证用户的登录密 码时调用。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 4 页 3 系统设计 3.1 网络结构图 密码机 IE终端 用户 业务主机 密钥同步 网上支付应用的 WebServer 安全控件 应用服务器 密钥同步 管理 人员 监控 人员 密码服务平台 监控终端 管理终端 安全控件 下载 图 3-1 网络结构图 图 3-1 中，安全控件存放在WebServer ，第一次使用时从WebServer 下 载
9、到 IE 终端保存，由应用系统调用其中的功能函数进行安全处理。 应用服务器调用密码服务平台的API，访问密码服务平台，完成安全服务 功能。 在进行交易之前，必须完成密钥的生成和同步，包括密码服务平台与业务 主机的密钥同步，以及密码服务平台与安全控件的密钥同步。 密码服务平台通过调用密码机指令完成安全算法运算，通过管理终端可以 管理密码服务平台，通过监控终端可以对密码服务平台的运行状况进行实时监 控。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 5 页 3.2 系统结构图 密码服务平台的API 密码服务平台服务器 数据
10、库 请求 密码机 响应 网上支付应用业务主机 数据库密码机 安全控件 ZPK 同步 软Key模块 安全模块 密码服务 平台的 PK 安全控件 的PK VK VKPKPVKZPK ZPK 图 3-2 系统结构图 图 3-2 中，绿色竖纹方框表示科友公司提供的系统。 安全控件分为两部分，安全模块提供应用系统访问安全控件的接口， 软 Key 模块提供密钥访问和算法接口，相当于一个软件算法模块。如果将来使 用硬件存储密钥和进行算法运算，则直接替换软Key 模块即可。 每个安全控件有一对公私钥对，私钥保存在控件的软Key 模块中，公 钥上传给密码服务平台保存。 密码服务平台本身有一对公私钥对，私钥保存在
11、密码机中，公钥除保存在 数据库中外，还需要分发给每个安全控件保存。 密码服务平台还需要与业务主机约定ZPK，数据库中保存ZPK 的密文。 一般采用先打印密钥信封，再通过人工录入的方式来进行同步。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司 第 6 页 3.3 系统功能清单 软件模块功能说明 必须的 功能 客户需要 的功能 自行增加 的功能 是否新 增功能 安全控件 提供界面， 由用户输入P10 证书的相关信息和私钥保护口令。然后随机生成一对RSA 密钥对， 将口令保护的私钥密文文件保存在本地，输出P10 公钥证书请求文
12、件。 保存密码服务平台的公钥。 验证并保存密码服务平台签发的安全控件P10 公钥证书。 提供密码输入的软键盘功能（包含字符和数字输入，且数字输入随机乱序），并且用密码服务 平台的公钥加密用户登录密码或PIN，输出密文。 提供界面，由用户输入私钥保护口令，然后用安全控件的私钥对报文进行签名，输出签名。 密码服务平台 通过密码服务平台的初始化工具调用密码机随机生成： 密码服务平台的RSA 密钥对 密码服务平台的PVK 通过管理界面下载密码服务平台的公钥文件。 通过管理界面上传CA 的公钥文件。 通过管理界面保存CA 签发的密码服务平台公钥证书（X509 v3 ） 。 通过 API ，验证安全控件的
13、P10 证书请求文件资料的合法性，保存安全控件的公钥（根据安全 控件的 ID 号保存）。然后用密码服务平台的私钥签发安全控件的P10 公钥证书， 输出安全控件 的 P10 公钥证书。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司 第 7 页 通过 API ，下载密码服务平台的公钥。 通过 API ，将密码服务平台公钥加密的PIN 转换为业务主机ZPK 加密的 PIN 密文。 通过 API ，将密码服务平台公钥加密的用户登录密码密文转换为PVK 加密的密文。 通过 API，将密码服务平台公钥加密的用户登录密码密文和应用系统
14、数据库中保存的PVK 加 密的登录密码密文送到密码机中进行验证。 通过 API ，根据安全控件的ID 号取出相应安全控件的公钥，用公钥验证报文的签名是否正确。 说明：每个用户对应唯一一个安全控件，每个安全控件拥有唯一一对RSA 公私钥对，密码服务平台保存每个用户的安全控件公钥， 因此，安全控件的公钥必须通过用户的ID 号来存取。调用API 访问密码服务平台时，凡涉及到安全控件的公钥，都必须在API 的输 入参数中包含安全控件的ID 号，该 ID 号由应用系统取值，用以唯一标识一个用户。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股
15、份有限公司第 8 页 3.4 系统部署图 独立内网 密码服务平台 内部网络 密码机密码机 IE终端 用户 外部网络 IE 终端 用户 IE终端 用户 网上支付应用的 WebServer 应用服务器 业务主机 管理 人员管理终端 监控 人员 监控终端 监控 人员 监控终端 图 3-3 系统部署图 密码服务平台一般为双机热备份形式，部署在独立的服务器上。 密码机可以部署多台。密码机与密码服务平台之间组成一个单独的内 网，即：只有密码服务平台才能访问密码机，从网络上杜绝其它任何系 统直接访问密码机。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科
16、友科技股份有限公司第 9 页 密码服务平台一般部署一个管理终端即可，可部署多个监控终端。 每个用户对应一个安全控件，使用时现从网上支付应用的WebServer 下载。 3.5 系统组件 以下列出了密码服务平台、 API 和安全控件支持的操作系统、数据库等，由 客户根据需要进行选择。 项目 组件 操作系统数据库 Windows Aix Linux Sco DB2 Oracle Informix Sybase 平台 平台 API （C/Java ） 安全控件 3.6 密钥体系 3.6.1 密钥使用示意图 密码服务平台PK密码服务平台VK安全控件 VK 安全控件 PK 交易报文 签名 用户登录密码
17、验证签名 加密解密 业务主机 ZPK 加密 PIN 密码服务平台PVK 加密 / 解密 加密 解密 图 3-4 密钥使用示意图 图 3-4 简要说明了各种密钥的使用， 其中，红色实线表示安全控件完成的功 能，蓝色虚线表示在密码服务平台完成的功能。 注意：PIN/用户登录密码的解密操作是在密码机内部完成的，密码服务平台 实际进行的是PIN/用户登录密码的转加密、验证功能，因此PIN/用户登录密码 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 10 页 的明文不会出现在密码设备之外。 3.6.2 密钥分布图 数据库密码机
18、安全控件 密码服务平台 LMK 密码服务平 台VK 密码服务平 台PK 安全控件 PK 密码服务平 台PK 安全控件 VK 安全控件 PK 与主机约定 的ZPK 密码服务平 台的 PVK 图 3-5 密钥分布图 密码服务平台和安全控件各有自身的RSA 公私钥对，私钥保存在自身的密 钥库中，公钥除保存在自身的密钥库中外，还需要保存在对方的密钥库中。 密码服务平台的数据库中需要保存所有控件的公钥，由于控件数量较多 （可 能一个用户对应一个控件） ，因此不能使用文件方式存储，必须安装数据库。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股
19、份有限公司 第 11 页 3.6.3 密钥说明 密钥密钥的用途密钥的强度密钥的存储密钥的数量密钥的初始化密钥的生存周期 密 码 服 务 平 台 的 私 钥 签 发 安 全 控 件 的 P10 公钥证书 在 密 码 机 内 部 解密 PIN 512bits 1024bits 2048bits 明文形式存储在密码服务平 台的密码机中。 LMK加密的密文形式存储在 密码服务平台的数据库中。 只有 一对 RSA 密钥对。 在密码服务平台初始化 时通过初始化工具由密 码机随机产生。 通过界面下载公钥，并 保存由CA 签发的公钥 证书（ X509 v3 ） 。 除 非 有 特 殊 原 因，一般投产之 后不
20、会改变。 密 码 服 务 平 台 的 公 钥 提供给 CA 签发 X509 公钥证书 加密 PIN 512bits 1024bits 2048bits 明文形式存储在密码服务平 台的数据库中。 明文形式存储在安全控件的 密钥库中。 安 全 控 件 的私钥 对交易报文进行签名 512bits 1024bits 2048bits 口令加密的密文文件形式存储在安 全控件的软Key 模块中。 每 个 安 全 控 件一对RSA 密钥对。 初始化安全控件时随机 产生，由用户输入的口 令保护存储。 P10 公钥证书由密码服 务平台签发，签发时密 码服务平台保存安全控 件的公钥。 可以定期更新， 具体周期由客
21、户 自行确定。 安 全 控 件 的公钥 提 供 给 密 码 服 务平台签发P10 公钥证书 验 证 交 易 报 文 的签名 512bits 1024bits 2048bits 明文文件形式存储在安全控 件的软 Key 模块中。 明文形式存储在密码服务平 台的数据库中。 与 业 务 主加密 PIN 64bits LMK加密的密文形式存储在只有一把在密码服务平台初始化时与需要与业务主机 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司 第 12 页 机 约 定 的 ZPK 128bits 192bits 密码服务平台的数据库中。
22、 密文形式存储在业务主机的 数据库中。 业务主机约定，可以选择以 下方式： 打印密钥信封，然后再 手工录入 人工约定，手工录入 方确定。 密 码 服 务 平台的 PVK 加密 /验证用户登录 密码 64bits 128bits 192bits LMK加密的密文形式存储在密码 服务平台的数据库中。 只有一把在密码服务平台初始化时通 过初始化工具由密码机随机 产生。 除 非 有 特 殊 原 因，一般投产之 后不会改变。 LMK 私钥或工作密钥在本 地保存时用LMK加 密。 128bits 明文形式存储在密码机中。一把 LMK 保 护一类密钥 在密码机测试或投产前，由 人工通过界面录入MK，通过 内
23、部算法离散生成LMK 。 除 非 有 特 殊 原 因，一般投产之 后不会改变。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 13 页 3.6.4 密码服务平台 RSA 密钥对的初始化流程 密码服务平台的 RSA 密钥初始化流程 CA访问终端密码服务平台CA 随机生成 RSA 密钥对 签发密码服务平台的 X509公钥证书 生成密码服务平台的 X509公钥证书 通过界面上传密码服务 平台的 X509公钥证书 通过界面上传CA 的公钥 文件 通过界面下载密码服务 平台的公钥文件 CA 的公钥文件下载 CA 的公钥文件 上传
24、密码服务平台的公 钥文件 下载密码服务平台的 X509公钥证书 验证并保存密码服务平 台的 X509公钥证书 图 3-6 密码服务平台RSA 密钥对初始化流程图 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 14 页 3.6.5 安全控件和密码服务平台的密钥同步流程 安全控件和密码服务平台的RSA 密钥对同步流程 下 载 密 码 服 务 平 台 公 钥 安 全 控 件 R S A 密 钥 对 的 初 始 化 和 与 密 码 服 务 平 台 之 间 的 同 步 密码服务平台应用服务器安全控件 保存安全控件的公钥 生成并输
25、出 P10 公钥证书请求文件 调用安全控件的接口存 放公钥证书 提供界面由用户输入 P10 证书的相关信息和 私钥保护口令 用密码服务平台的私钥 签发安全控件的P10公 钥证书 返回安全控件的P10公 钥证书 随机生成一对 RSA 密钥 对，将口令保护的私钥 保存在本地 验证安全控件的P10 证 书请求文件资料的合法 性 调用 API 将安全控件的 ID号和 P10公钥证书 请求文件上传给平台 取得该安全控件所属用 户的 ID号 验证安全控件的P10公 钥证书后保存 密码服务平台的公钥文 件 通过 API下载密码服务 平台的公钥文件 保存密码服务平台的公 钥文件 调用安全控件接口保存 密码服务
26、平台公钥文件 调用安全控件接口生成 安全控件的 RSA 密钥对 图 3-7 安全控件和密码服务平台的密钥同步流程图 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 15 页 3.7 交易安全处理流程 3.7.1 用户登录密码验证流程 用户登录密码验证流程 第 1 次 输 入 密 码 或 者 修 改 密 码 ， 应 用 系 统 保 存 P V K 加 密 的 密 码 密 文 验 证 用 户 登 录 密 码 密码服务平台应用服务器安全控件 取出密码服务平台的私 钥索引号和 PVK 密文 调用密码服务平台接口 转换登录密码密文
27、 调用密码机接口将登录 密码密文转换为PVK 加 密的登录密码密文 返回响应，响应报文中 包括转换后的登录密码 密文 输出登录密码密文 用密码服务平台的公钥 加密登录密码 将转换后的登录密码密 文存放在数据库中 用户通过软键盘输入登 录密码 调用安全控件接口输入 用户登录密码 返回验证结果 用密码服务平台的公钥 加密登录密码 调用密码机接口将PK加 密的登录密码密文和 PVK 加密的密码密文送 到密码机中验证 接收验证结果 取出密码服务平台的私 钥索引号和 PVK 密文 调用安全控件接口输入 用户登录密码 用户通过软键盘输入登 录密码 输出登录密码密文 从数据库中取出PVK 加 密的旧密码密文
28、 调用密码服务平台接口 验证登录密码密文 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 16 页 图 3-8 用户登录密码验证流程图 3.7.2 PIN 的安全处理流程 PIN的安全处理流程 密码服务平台应用服务器安全控件 用密码服务平台的公钥 加密 PIN 调用密码服务平台接口 转换 PIN密文 输出 PIN密文 将转换后的 PIN密文传 到业务主机进行验证 返回响应，响应报文中 包括转换后的PIN密文 取出密码服务平台的私 钥索引号和与业务主机 约定的 ZPK 密文 调用密码机接口将PK加 密的 PIN密文转换为业
29、 务主机 ZPK加密的 PIN密 文 调用安全控件接口输入 用户 PIN 接收转换 PIN请求 用户通过软键盘输入 PIN 图 3-9 PIN 的安全处理流程图 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 17 页 3.7.3 交易报文的安全处理流程 交易报文的安全处理流程 密码服务平台应用服务器安全控件 用安全控件的私钥对交 易报文进行签名 输出签名 调用密码服务平台接口 验证签名 接收验证签名请求 根据安全控件的ID 号取 出安全控件的公钥 调用密码机指令验证交 易报文的签名 返回验证结果接收验证结果 调用安全控
30、件接口对交 易报文签名 用户通过界面输入私钥 保护口令 取得该安全控件所属用 户的 ID号 图 3-10 交易报文的安全处理流程图 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 18 页 4 交付件 类型名称说明 软件包 安全控件 密码服务平台API 链接库Java 的 jar 包 密码服务平台4.x 包括服务器安装包和WebServer 。 设计文档 海航集团网上支付系统应 用安全设计方案 基于用户需求，对系统的总体结构、部署、功能、 密钥体系、交易流程等进行详细说明。 海航集团网上支付系统应 用安全开发手册 描述开
31、发人员进行开发的具体实现细节。 用户文档 安全控件使用说明说明安全控件的使用方法和注意事项。 密码服务平台API 手册说明链接库中API 的调用方法， 对其中的每个API 接口要进行详细说明。 密码服务平台用户手册说明密码服务平台的使用方法，以及如何进行维 护、配置、管理等。 安装手册密码服务平台安装手册说明密码服务平台的安装方法。 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 19 页 5 附件 5.1 项目风险说明 编号部署点功能存在的风险规避风险的参考方法 1 安全控 件软 Key 模 块 存 储 私 钥 安 全
32、 算 法运算 私钥由用户的口令加密后， 得到私钥的密文，私钥的密 文以文件的方式存放在IE 终 端。只要进入系统，机器上 的私钥文件就可以被拷贝出 来，如果私钥文件受到非法 的恶意攻击，就有可能由于 口 令 被 破 解 而 导 致 私 钥 泄 密，从而给用户造成损失。 强烈建议使用硬件存放私 钥，并进行安全算法运算。 推荐的硬件存储介质包括： UsbKey IC 卡 可以为每个用户分发、注册 一个用户身份认证介质。 说明：除上述风险外，使用软Key还会给用户带来不方便的因素。由于 私钥密文文件存放在IE 终端，如果用户换一台终端，则必须将私钥密文文件拷 贝到新的终端上， 才能成功使用。 因此必
33、须告诉用户私钥文件的存放位置和使用 注意事项，如果使用硬件的身份认证介质， 则只要用户使用时插入身份认证介质 即可，比较方便。 5.2 建议硬件、操作系统配置 部署点配置硬件操作系统 密码服务平台服务器INTEL架构服务器，80GB 7.2K 硬 盘， 1G 内存。 Aix 版本 5 以上。 密码服务平台客户端普通 PC 机即可，硬盘空间300M 。Windows 密码机SJL0902 UC-2010-04-01-04-0002 海航集团网上支付系统应用安全设计方案v1.0 广州江南科友科技股份有限公司第 20 页 5.3 项目其它要求 项目具体要求 密码服务平台监控、管理软件架构B-S 密码服务平台服务器运行的操作系统 AIX 密码服务平台服务器安装数据库 Oracle 9i 公司内部联系人林绵雄