1　引　言
　　目前使用的IC卡一般有兩種類型，即CPU卡和邏輯加密卡。CPU卡的加密性能自不必說，然而其編程復雜，價格遠遠高于邏輯加密卡。如果在程序設計上對邏輯加密卡的安全性多加考慮，選擇邏輯加密卡幾乎是無法破譯的，而且成本低，用戶容易接受。下面我們以SLE4428邏輯加密卡為例設計一種安全實現方案，該IC卡在本地區經過約10萬人使用，兩年來未發生一起失密事故。
2　SLE4428性能描述和設計原則
　　為了更好地說明設計流程，首先簡要地介紹一下SLE4428的性能。
　　·SLE4428容量大小為1K字節，地址為0－1023，存儲區分配圖如圖1所示。
　　·所有數據除密碼外，在任意情況下均可被讀出，密碼在核對正確后可以被讀出。
　　·所有數據包括密碼本身在核對密碼正確后可以寫入或更改。
　　·所有數據都可以按字節進行寫保護，寫保護后數據固化，任意情況下不可更改。
　　·有一個密碼出錯計數器。地址是1021。初始值為8，密碼核對出錯一次，便減1。若計數器值為0，則整張卡的數據被鎖死，只可讀出，不可更改或寫入且無法繼續核對密碼；若不為0，則只需要一次核對正確，計數器將恢復為初始值8。
　　·密碼長度為2字節，地址是1022，1023。共有216種組合，在密碼核對正確之前，讀這兩地址的結果是“00”，也無法寫入和更改；在密碼核對正確后可以讀出密碼和更改密碼，密碼會一直有效至卡掉電為止。
　　·地址0－7、21－26，出廠前由廠家固化，不可更改，其中地址21－26是卡的用戶代碼，是由制造卡的廠家向SIEMENS公司申請注冊的全球唯一的用戶代碼。
　　針對SLE4428安全性的局限性，我們采用了下面的設計原則。
　　（1）首先生成密鑰文件，該文件為二進制加密文件，由用戶方提供的算法種子經過加密算法，生成用戶卡密鑰所需要的算法種子（以下簡稱密鑰種子）和加密用戶卡數據所需要的算法種子（以下簡稱加密種子）。
　　（2）用算法種子通過加密算法以密文方式存儲用戶卡重要數據，使其它系統無法讀出卡上內容，從而保護用戶的隱私。
　　（3）用戶卡的改寫必須經過下述操作：首先，調用密鑰文件中的密鑰種子，其次，通過加密算法校驗用戶卡密鑰，如果正確就可以進行改寫，如果不正確，SLE4428將記數，超過8次不正確，SLE4428將自動鎖死，從而避免用窮盡法破譯用戶卡密鑰。
3　設計流程
　　IC卡的設計分為發行用戶新卡和改寫用戶卡兩種情況，對這兩種情況，首先都需要從二進制加密文件獲取密鑰種子和加密種子。該二進制加密文件由用戶輸入8位字符經加密算法m1生成，用戶應記住該8位字符，以免加密文件丟失后可重新生成。

3．1　發行用戶新卡
　　發行新卡大約有如下的步驟：
　　（1）從二進制加密文件中，通過算法m2讀取密鑰種子和加密種子。
　　（2）取隨機數，并與密鑰種子經加密算法m3生成用戶卡密碼（New　Pass）。
　　（3）核對新卡密碼，新卡密碼為ffff，并修改新卡密碼為用戶卡密碼（New　Pass）。
　　（4）有關數據寫入IC卡，重要數據和第2條取出的隨機數，經加密算法m4生成數據密文，再寫入IC卡。
　　（5）根據需要將不可更改的數據進行寫保護，以免誤操作，如第2條取出的隨機數密文。
　　根據上述步驟，設計發行新卡的流程如下：
　　（1）建立用戶對象u　secret，主要由解密函數、函數、取密鑰種子函數等函數組成。
　　（2）調用u　secret中的取密鑰種子函數讀取密鑰種子和加密種子。
　　（3）取隨機數，調用u　secret中的加密函數生成并更新新卡密碼。
　　（4）隨機數加密寫入IC卡并固化，再寫入其他數據。
　　使用PB設計主程序如下：（為減少篇幅，程序只列出主要部分）



3．2　改寫用戶卡
　　IC卡在日常使用中其實就是改寫用戶卡的過程，主要過程同發行新卡一樣，即首先讀取密鑰種子和加密種子，再從用戶卡中讀出隨機數、解密并核對密碼，最后寫卡。程序類似發行新卡，這里省略。
4　安全說明
　　（1）SLE4428有三項安全機制：唯一代碼、固化寫入、用戶密碼。唯一代碼是由制造卡的廠家向SIEMENS公司申請注冊的全球唯一的用戶代碼。采用唯一代碼作為系統所用IC卡的標識，可防止其它廠家的卡進入系統，但同時也決定了用戶卡只能來源于該廠家；固化寫入對于需要不斷改卡的用戶也不適用；只有建立安全的用戶密碼才是最有效的手段。
　　（2）SLE4428無須密碼便可讀出除密碼外的整張卡的數據，密碼一經核對便可向任一地址寫入或修改數據，因此，設計時要注意適當固化數據和將數據內容加密，以防止無意破壞數據或非法修改數據。
　　（3）密碼核對正確后便可讀出，因此，設計程序時，要能防止破壞者采用非法中斷程序運行、直接去
讀取密碼的方法來竊取密碼。在本方案中，對加密和解密函數均寫入到一個用戶對象u　secret中，在需要寫卡前定義，寫完后立即destroy掉，這樣就可以防止程序跟蹤破譯。
　　（4）總之，假如要破譯該方案設計的IC卡，必須要同時做到以下幾點：
　　·獲得二進制加密文件的加密算法m1，才能得到密鑰種子和加密種子，獲得密鑰種子和加密種子后，必須通過算法m2才能得到有效的密鑰種子和加密種子。
　　·密文數據（包括解密用的隨機數）是由加密算法m4生成的，需要解密算法m5才可獲得。
　　·取出的隨機數要與密鑰種子經加密算法m3才可生成用戶卡密碼。
　　·由于隨機數的不同，所以實現了一卡一密，即使竊取一張或幾張用戶卡的密碼，也無法破譯一批用戶卡的密碼。
　　根據上述分析，該方案的安全性和可靠性已達到較高的水平。