Smart Cards (ICC)

Spis treści

1. Wstęp.

Pomimo skomplikowanego działania niektórych kart elektronicznych, powinny być one traktowane przede wszystkim jako wygodny nośnik danych.

2. Rodzaje kart ICC.

Obecność procesora:
• karty pamięciowe,
• karty mikroprocesorowe (karty inteligentne).
Sposób ochrony przed niepożądanym dostępem:
• karty głupie (dumb cards) - pamięć nie jest chroniona w żaden sposób,
• karty z wbudowaną logiką (wired logic cards) - system zabezpieczeń zaimplementowany jest na stałe za pomocą układów logicznych,
• karty inteligentne (smart cards) - za bezpieczeństwo danych odpowiada wbudowany, programowalny procesor.
Aspekty użytkowe:
• karty kontroli dostępu do pomieszczeń i zasobów,
• identyfikatory uprawnień osobistych (legitymacja elektroniczna),
• identyfikatory oryginalności wyrobu (certyfikat elektroniczny), itd.
Sposób komunikacji z układami zewnętrznymi:
• karty stykowe,
• karty bezstykowe.

Spośród wymienionych rodzajów kart największe bezpieczeństwo zapewniają karty inteligentne, które zostaną opisane w dalszej części tego dokumentu.

3.1 Procesor.

• Podstawową funkcją mikroprocesora jest kontrola odczytu i zapisu danych umieszczonych w pamięci.
• Użytkownik w celu dokonania operacji musi podać odpowiedni numer PIN. Procesor może kontrolować liczbę nieudanych prób wprowadzenia numeru i po przekroczeniu ustalonej ich liczby może zablokować kartę.
• Procesor zarządza pamięcią karty, co umożliwia przeznaczenie części pamięci do zapisu różnych informacji. Wykorzystywane jest to do tworzenia kart wielofunkcyjnych (np. karta parkingowa i telefoniczna jednocześnie).

3.2 Pamięć.

• ROM - Read Only Memory,
• PROM - Programmable ROM - praktycznie nie stosowana w ICC,
• EPROM - Erasable PROM - praktycznie nie stosowana w ICC,
• EEPROM - Electrically EPROM - najczęściej stosowana,
• RAM - Random Access Memory

Karta musi zawierać pamięć ROM, w której zapisany jest system operacyjny (tzw. maska). Maska mikroprocesora określa sposób zarządzania i dostęp do różnych obszarów pamięci.

Pamięć zazwyczaj podzielona jest na trzy obszary:

• obszar swobodnego odczytu - zapisywany tylko raz (podczas personalizacji karty). Zawiera podstawowe informacje na temat karty, np. imię i nazwisko właściciela, data ważności, numer karty.
• obszar poufny - zapisany tylko raz, dane nie są zmieniane podczas używania karty. Zawiera np. dane producenta karty, dane użytkownika karty.
• obszar roboczy - zawiera dane, które mogą być zmieniane podczas używania karty, np. informacje o ostatnio dokonanych operacjach, o dostępnym limicie transakcji. Reguły dostępu do tego obszaru ustala się w procesie personalizacji karty.

4. Komunikacja z czytnikiem.

4.1 Karty stykowe.

Przykładowy czytnik.

4.2 Karty bezstykowe.

Komunikacja odbywa się drogą radiową.

Karty bezstykowe mogą być aktywne (posiadające własne zasilanie w postaci baterii) i pasywne (mają wbudowaną cewkę pobudzaną przez zewnętrzne pole elektromagnetyczne, stosowane w kartach o małym zasięgu).

Zalety systemów kart bezstykowych:

• duża trwałość i trudność podrobienia karty,
• niższy koszt eksploatacyjny (nie jest wymagana okresowa wymiana kart ani głowic czytających),
• wygoda posługiwania się kartą,
• odporność na uszkodzenia (czytnik może być ukryty np. w ścianie),
• możliwość jednoczesnej obsługi kilu kart przez jeden czytnik
• duża prędkość transmisji (powyżej 100kb/s)
• dłuższy czas bezawaryjnej pracy.

Zasięg działania kart: w zależności od typu może wahać się od kilku milimetrów do kilku metrów.

Częstotliwość pracy: od częstotliwości niskich LF, wysokich HF do mikrofal. Wybór częstotliwości wykorzystywanej do transmisji uzależniony jest od wymaganego zasięgu i szybkości transmisji danych.

5. Usługi zapewniane przez karty inteligentne.

• kontrola dostępu - zapobieganie dokonaniu nieuprawnionych operacji na zasobach pamięciowych karty (np. odczyt, zapis) - dostęp do zasobów możliwy jest po podaniu numeru PIN,
• uwierzytelnianie danych (np. za pomocą podpisu cyfrowego):
  • potwierdzenie zgodności tożsamości źródła danych z deklarowaną,
    
  • dostarczenie dowodu przez kartę, że jest źródłem wysłanych danych.
• uwierzytelnianie stron - potwierdzenie (jednostronne lub wzajemne) tożsamości stron uczestniczących w sesji komunikacyjnej - np. przy pomocy systemu kluczy (prywatnego i publicznego) i techniki challenge-response,
• usługa poufności - zapobieganie nieuprawnionemu ujawnieniu danych użytkownika podczas przesyłania i przechowywania danych (dane przechowywane są w postaci zaszyfrowanej, np. algorytmem DES),
• usługa integralności - zapobieganie nieuprawnionemu modyfikowaniu lub usunięciu danych użytkownika podczas:
  • przesyłania danych - przed wysłaniem danych wyznaczana jest wartość funkcji haszującej na tych danych, która następnie jest szyfrowana. Po otrzymaniu danych przez adresata następuje ponowne wyznaczenie wartości funkcji haszującej. Otrzymana wartość porównywana jest z dostarczoną przez nadawcę. Zgodność oznacza, że dane nie zostały zmienione podczas przesyłania.
  • przechowywania.
• usługa niezaprzeczalności - zapobieganie odmowie potwierdzenia udziału w sesji komunikacyjnej przez stronę uczestniczącą w tej sesji.

6. Kryptografia.

• podpis cyfrowy ECDSA - wykorzystuje arytmetykę grupy punktów na krzywych eliptycznych.
  Np. w systemie SC-400 wykorzystywany jest klucz o długości 163 bitów, co daje bezpieczeństwo porównywalne z klasycznym kryptosystemem RSA/DSA o kluczach długości 1024 bitów,
• podpis cyfrowy RSA,
• uzgadnianie kluczy wg protokołu Diffiego-Hellmanna,
• uwierzytelnianie zgodnie z protokołami wiedzy zerowej Fiata-Shamira lub Guillou-Quisquatera,
• podpis cyfrowy zgodny z DSA,
• algorytm MASH (Modular Arithmetic Secure Hash).

Aby zwiększyć szybkość działania algorytmów kryptograficznych, często procesor główny karty wspomagany jest przez specjalistyczny koprocesor zaprojektowany do realizacji odpowiednich operacji matematycznych, np. FAMEX (Fast Accelerator for Modular Exponentiation eXtended).

Brak zegara czasu astronomicznego nie pozwala na implementację niektórych protokołów kryptograficznych.

8. Sposoby wykorzystania ICC w systemach operacyjnych.

• Logowanie przy pomocy klucza publicznego (Public Key Interactive Logon),
• Bezpieczny E-mail (Secure E-mail),
• Autentykacja klienta (Client Authentication).

8.1 Logowanie przy pomocy klucza publicznego.

• Użytkownik zamiast hasła podaje PIN (Personal Identification Number),
• PIN używany jest do autentykacji użytkownika przez kartę,
• Karta przesyła do systemu certyfikat zawierający m.in. publiczny klucz użytkownika,
• Klucz publiczny używany jest do utworzenia wyzwania (challenge),
• Wyzwanie wysyłane jest do karty,
• Karta dekoduje wyzwanie kluczem prywatnym,
• Karta wysyła odpowiedź (response)
• Następuje weryfikacja zgodności pary kluczy - prywatnego i publicznego
• Dane użytkownika zawarte w certyfikacie zostają użyte do znalezienia odpowiedniej pozycji w Active Directory [dotyczy systemów Windows]
• Użytkownik dostaje Ticket-Granting Ticket (zostaje zalogowany)

• Zapewnia integralność przesyłanych informacji.
• Do podpisywania wiadomości służy klucz prywatny nadawcy.
• Dzięki technologii Smart Card klucz prywatny znajduje się tylko na kacie (nie jest przesyłany do systemu). Jest to możliwe, ponieważ szyfrowanie podpisu kluczem prywatnym odbywa się wewnątrz karty.

8.3 Autentykacja klienta

• Do autentykacji używany jest bezpieczny protokół, np. Secure Sockets Layer (SSL) w połączeniu z systemem kluczy: prywatnego i publicznego.
• Technologia Smart Card zapewnia:
  * bezpieczne miejsce do przechowywania klucza prywatnego,
  * narzędzie kryptograficzne do złożenia cyfrowego podpisu lub do bezpiecznej wymiany kluczy.

9. Zamiast numeru PIN.

Wady zabezpieczenia numerem PIN:

• trzeba go pamiętać,
• wpisanie PIN'u jest powolną operacją,
• nieuprawniona osoba może go zdobyć równie łatwo, jak typowe hasło
• ponadto posiada wszystkie inne wady haseł.

Alternatywy:

• skanowanie siatkówki oka,
• pobranie odcisku palca,
• rozpoznawanie twarzy.

Szczególnie metoda wykorzystująca odcisk palca ma dużą szansę na upowszechnienie. Odpowiednie czytniki dostępne są w cenie poniżej $300.

Wspomniane alternatywne sposoby zabezpieczeń mogą współpracować z technologią Smart Card. Np. wzorzec odcisku palca może zostać zapisany na karcie, dzięki czemu czytnik musi dokonać porównania tylko dwóch wzorców odcisków (wczytanego z karty i pobranego od użytkownika), zamiast porównywania ze wszystkimi wzorcami z bazy danych uprawnionych użytkowników.

• Personal Computer/Smart Card (PC/SC) - standard utworzony m.in. przez: Microsoft, Hewlett-Packard, Siemens Nixdorf.
• OpenCard Framework (OCF) - standard oparty na technologii Java. Karty tego typu mają zaprogramowaną wirtualną maszynę, co zwiększa swobodę tworzenia aplikacji i zmniejsza szybkość działania.

10.1 Windows.

10.2 Linux.

12. Adresy.