郭建偉，燕 娜，陳佳宇

(北京市科學(xué)技術(shù)情報(bào)研究所 北京100044)

0 引 言

為建立未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的信任體系，必須推進(jìn)“網(wǎng)絡(luò)身份證”(EID)建設(shè)，實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全的頂層設(shè)計(jì)。本文提出：建立可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)，為互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用 2.0版提供安全支撐，亦即為“網(wǎng)絡(luò)身份證”的應(yīng)用提供可信認(rèn)證服務(wù)。

1 EID在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用基礎(chǔ)

在互聯(lián)網(wǎng)上，網(wǎng)民的“網(wǎng)絡(luò)身份證”(EID)[1]是由一塊EID芯片制成，每個(gè)網(wǎng)民有兩張EID卡，一張用于座機(jī)，一張用于手機(jī)，但每人的兩張EID卡標(biāo)識(shí)不同，以便管理。物聯(lián)網(wǎng)上，每臺(tái)傳感器[2]、RFID 讀卡器或監(jiān)控等設(shè)備上，都嵌入一塊 EID芯片，亦即每臺(tái)物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備都對(duì)應(yīng)一塊 EID芯片。我國(guó)互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)未來(lái)將會(huì)達(dá)到10億，每人需要 2塊EID芯片，共需要20億塊EID芯片。由于物聯(lián)網(wǎng)傳感器等設(shè)備數(shù)量是互聯(lián)網(wǎng)用戶(hù)的 32倍，我國(guó)大約將有 320億物聯(lián)網(wǎng)設(shè)備，需要320億塊EID芯片。

2 EID在網(wǎng)絡(luò)設(shè)備認(rèn)證數(shù)據(jù)簽名及加密傳輸領(lǐng)域的作用

在互聯(lián)網(wǎng)“網(wǎng)絡(luò)身份證”EID芯片里，事先寫(xiě)入SM1加密算法、SM3摘要算法、組合單鑰生成算法、用戶(hù)身份認(rèn)證協(xié)議、數(shù)字簽名和加密協(xié)議，以及對(duì)應(yīng)用戶(hù)的一組標(biāo)識(shí)和一組“密鑰種子”數(shù)據(jù)。其中對(duì)應(yīng)同一個(gè)用戶(hù)座機(jī)的 EID芯片里的用戶(hù)標(biāo)識(shí)，與對(duì)應(yīng)同一個(gè)用戶(hù)手機(jī)的 EID芯片里的用戶(hù)標(biāo)識(shí)不同；對(duì)應(yīng)同一個(gè)用戶(hù)座機(jī)的 EID芯片里的“密鑰種子”數(shù)據(jù)，與對(duì)應(yīng)同一個(gè)用戶(hù)手機(jī)的 EID芯片里的“密鑰種子”數(shù)據(jù)相同。

與互聯(lián)網(wǎng)類(lèi)似，在物聯(lián)網(wǎng)“網(wǎng)絡(luò)身份證”EID芯片里，也要事先寫(xiě)入 SM1加密算法[3]、SM3摘要算法、組合單鑰生成算法[4]以及設(shè)備認(rèn)證協(xié)議、數(shù)字簽名和加密協(xié)議，還要寫(xiě)入對(duì)應(yīng)設(shè)備的一組標(biāo)識(shí)和一組“密鑰種子”數(shù)據(jù)。其中對(duì)應(yīng)設(shè)備的 EID芯片里的用戶(hù)標(biāo)識(shí)兩兩標(biāo)識(shí)不同，設(shè)備對(duì)應(yīng)的一組“密鑰種子”數(shù)據(jù)兩兩標(biāo)識(shí)不同。

采用密鑰管理機(jī)和認(rèn)證/簽名一體機(jī)建立可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)(見(jiàn)圖 1)。在該平臺(tái)端的芯片里，事先寫(xiě)入 SM1加密算法、SM3摘要算法、組合單鑰生成算法、(用戶(hù)或設(shè)備)認(rèn)證協(xié)議、簽名驗(yàn)證和解密協(xié)議，一組用于加密全體用戶(hù)(設(shè)備)標(biāo)識(shí)對(duì)應(yīng)的“密鑰種子”；在該平臺(tái)端的數(shù)據(jù)庫(kù)里，存儲(chǔ)全體用戶(hù)(設(shè)備)標(biāo)識(shí)以及對(duì)應(yīng)的密鑰種子密文。

圖1 可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)Fig.1 Trusted City Cyber Security Platform

采用“網(wǎng)絡(luò)身份證”EID芯片和可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)建立的可信網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)將采用垂直認(rèn)證模式，其中垂直認(rèn)證模式是采用單鑰密碼算法，建立認(rèn)證/簽名和加密協(xié)議，采用組合單鑰生成算法解決單鑰密碼密鑰管理的難題，并采用單鑰集中生成、集中灌裝，通過(guò)硬件設(shè)備集中分發(fā)、集中銷(xiāo)毀的密鑰管理方法?；诖怪闭J(rèn)證模式的安全架構(gòu)簡(jiǎn)單，認(rèn)證/簽名驗(yàn)證協(xié)議在芯片里運(yùn)行，是“芯片級(jí)”[5]的安全協(xié)議，其安全等級(jí)高，認(rèn)證/簽名驗(yàn)證協(xié)議環(huán)節(jié)少，運(yùn)行效率高。

在互聯(lián)網(wǎng)和物聯(lián)網(wǎng)上，建立未來(lái)網(wǎng)絡(luò)的可信體系，利于實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)安全的頂層設(shè)計(jì)，促進(jìn)網(wǎng)絡(luò)征信體系建設(shè)，大幅度降低在線高附加值商業(yè)服務(wù)的成本，因而應(yīng)盡快建立網(wǎng)絡(luò)身份證制度。

3 EID在互聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

3.1 云(數(shù)據(jù))安全

現(xiàn)有的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)如PKI或IBE技術(shù)已經(jīng)不能滿(mǎn)足云中心數(shù)據(jù)安全的需求，云中心的數(shù)據(jù)需要建立在內(nèi)容安全的基礎(chǔ)上。云用戶(hù)使用 EID登錄云數(shù)據(jù)中心，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)[6]能為云中心的數(shù)據(jù)提供通用、標(biāo)準(zhǔn)、可信、快捷的安全需求服務(wù)。

3.2 第三方支付

國(guó)內(nèi)第三方支付[7]采用的技術(shù)“五花八門(mén)”，有口令認(rèn)證(靜態(tài)或動(dòng)態(tài))、生物認(rèn)證(指紋或人臉等生物特征)、證書(shū)(PKI)和標(biāo)識(shí)(IBE)的認(rèn)證等，前兩類(lèi)無(wú)簽名功能，安全等級(jí)較低；后兩類(lèi)安全等級(jí)較高，但建設(shè)和維護(hù)成本較高，并發(fā)認(rèn)證和簽驗(yàn)的效率較低，且各自為戰(zhàn)，增添客戶(hù)端KEY設(shè)備成本。第三方支付用戶(hù)使用 EID登錄支付系統(tǒng)，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為第三方支付提供通用、標(biāo)準(zhǔn)、可信、快捷的可信支付需求服務(wù)，提高安全等級(jí)，降低第三方支付的建設(shè)和維護(hù)成本。

3.3 醫(yī)保結(jié)算

目前，醫(yī)保支付需要醫(yī)保中心為醫(yī)院事先墊資幾百萬(wàn)或幾千萬(wàn)人民幣，患者醫(yī)保報(bào)銷(xiāo)部分的費(fèi)用在48h才能結(jié)算。主要問(wèn)題是，采用現(xiàn)有的PKI安全架構(gòu)，醫(yī)保支付的效率較低，認(rèn)證中心不能滿(mǎn)足每秒并發(fā)幾萬(wàn)張醫(yī)保單簽驗(yàn)的技術(shù)需要?；颊呤褂?EID登錄醫(yī)保中心支付系統(tǒng)，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為醫(yī)保中心支付提供通用、標(biāo)準(zhǔn)、可信、高效的醫(yī)保實(shí)時(shí)結(jié)算需求服務(wù)。

3.4 網(wǎng)上購(gòu)物/票

目前，網(wǎng)上購(gòu)物、購(gòu)(飛、船和車(chē)等)票，或訂酒店的房間等，其支付的方法多種，安全等級(jí)較低，易受黑客攻擊，造成用戶(hù)的財(cái)產(chǎn)損失。用戶(hù)使用EID登錄購(gòu)物/票系統(tǒng)購(gòu)物/票，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為網(wǎng)上購(gòu)物/票系統(tǒng)，提供通用、標(biāo)準(zhǔn)、可信、快捷的可信支付需求服務(wù)，提高安全等級(jí)。

3.5 在線選舉

國(guó)際上民主選舉都是選民去投票點(diǎn)將選票投入票箱，這種方式在網(wǎng)絡(luò)發(fā)展到今天已經(jīng)過(guò)時(shí)了，應(yīng)該利用網(wǎng)絡(luò)的便捷性實(shí)現(xiàn)網(wǎng)上選舉。網(wǎng)上選舉具有方便、快捷特征，隨時(shí)隨地都可以利用手機(jī)投票，能提高計(jì)票效率、降低選舉成本，尤其是提高選民的參選率。選民使用EID登錄選舉中心投票，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為網(wǎng)上選舉提供計(jì)票的安全等級(jí)，保證網(wǎng)上選舉的可信度。

3.6 網(wǎng)銀/互聯(lián)網(wǎng)金融

目前，網(wǎng)銀和互聯(lián)網(wǎng)金融行業(yè)的轉(zhuǎn)款或支付系統(tǒng)都是各自為戰(zhàn)，彼此互不兼容，增添了網(wǎng)銀客戶(hù)端KEY的設(shè)備成本；互聯(lián)網(wǎng)金融企業(yè)的小額貸款采用的安全轉(zhuǎn)款系統(tǒng)，主要是采用口令認(rèn)證或人臉識(shí)別方式，沒(méi)有簽名功能，安全等級(jí)較低，存在金融安全風(fēng)險(xiǎn)。用戶(hù)使用 EID 登錄網(wǎng)絡(luò)/互聯(lián)網(wǎng)支付系統(tǒng)、可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為網(wǎng)銀安全提供通用、標(biāo)準(zhǔn)、可信、廉價(jià)、快捷的安全支付服務(wù)，為互聯(lián)網(wǎng)金融企業(yè)提供相當(dāng)人臉識(shí)別費(fèi)用，且更高安全等級(jí)的支付服務(wù)。

3.7 電子政務(wù)/商務(wù)

目前，政府投入的網(wǎng)絡(luò)安全經(jīng)費(fèi)較多，但效果不好。主要是因?yàn)檎J(rèn)證系統(tǒng)各自為戰(zhàn)，不同的政務(wù)系統(tǒng)，采用不同的證書(shū)和 KEY設(shè)備，建設(shè)和維護(hù)成本較高。大部分電子商務(wù)企業(yè)由于經(jīng)費(fèi)不足，支付系統(tǒng)大都沒(méi)有簽名功能，安全等級(jí)較低，存在安全隱患。用戶(hù)使用 EID 登錄電子政務(wù)/商務(wù)系統(tǒng)，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為電子政務(wù)提供通用、標(biāo)準(zhǔn)、可信、廉價(jià)、快捷的認(rèn)證、簽名和數(shù)據(jù)加密等安全服務(wù)，降低其安全系統(tǒng)的維護(hù)成本，為電子商務(wù)企業(yè)提供高安全等級(jí)的服務(wù)。

3.8 電子簽章

網(wǎng)上簽合同需要公正、可信的第三方，但是，經(jīng)過(guò)我國(guó)多個(gè)省市近20年P(guān)KI應(yīng)用的發(fā)展后，各個(gè)數(shù)字證書(shū)認(rèn)證中心下發(fā)的數(shù)字證書(shū)仍然各不相同，以致各家下發(fā)的數(shù)字證書(shū)不能互認(rèn)。然而，未來(lái)網(wǎng)絡(luò)電子簽章的市場(chǎng)需求無(wú)疑巨大。用戶(hù)使用 EID登錄相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為未來(lái)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用的發(fā)展，提供通用、標(biāo)準(zhǔn)、可信、廉價(jià)、快捷的電子簽章服務(wù)。

3.9 倉(cāng)庫(kù)管理

貨物進(jìn)入倉(cāng)庫(kù)后，貨物擁有人需要對(duì)貨單進(jìn)行簽名，倉(cāng)庫(kù)保管員也要對(duì)貨單進(jìn)行簽名；貨物賣(mài)出并出庫(kù)時(shí)，賣(mài)貨方、買(mǎi)貨方和倉(cāng)庫(kù)保管員三方都要對(duì)貨單進(jìn)行簽名，以此保證貨物進(jìn)、出庫(kù)的責(zé)任清楚。若貨物擁有者使用貨物抵押去銀行貸款，銀行需要對(duì)貨單進(jìn)行簽名驗(yàn)證，證實(shí)貨物擁有人真實(shí)、可信后，對(duì)可信的貨物擁有人實(shí)行貸款，該銀行對(duì)貨物的貸款單進(jìn)行簽名后，其他銀行不會(huì)再對(duì)該貨物重復(fù)貸款。用戶(hù)使用自己的 EID登錄倉(cāng)庫(kù)管理系統(tǒng)，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為倉(cāng)庫(kù)管理提供貨單進(jìn)、出庫(kù)全程簽名功能，保證倉(cāng)庫(kù)貨物管理的責(zé)任明確，建立可信倉(cāng)庫(kù)系統(tǒng)，并為銀行進(jìn)行抵押貸款提供真實(shí)、可信信息。

3.10 物流監(jiān)控

發(fā)貨人使用自己的 EID對(duì)發(fā)貨單進(jìn)行簽名，物流中心(企業(yè))的送貨人將貨物發(fā)送給收貨人時(shí)，需要收貨人使用自己的 EID對(duì)貨單進(jìn)行簽名，送貨人使用自己的 EID對(duì)收貨人的簽名進(jìn)行簽名驗(yàn)證，只有通過(guò)簽驗(yàn)的收貨人才能取貨，從而杜絕物流企業(yè)與用戶(hù)之間的貨物糾紛。

3.11 電子身份證

電子身份證即 EID，是用戶(hù)上網(wǎng)的身份標(biāo)識(shí)，亦即“網(wǎng)絡(luò)身份證”，用戶(hù)上網(wǎng)時(shí)，能確定用戶(hù)的身份，對(duì)用戶(hù)上網(wǎng)的行為進(jìn)行追溯。用戶(hù)使用EID登錄各種應(yīng)用系統(tǒng)，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為未來(lái)我國(guó)實(shí)施電子身份證國(guó)家戰(zhàn)略，提供認(rèn)證、簽名和數(shù)據(jù)加密服務(wù)。

3.12 互聯(lián)網(wǎng)＋

隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的不斷發(fā)展，“互聯(lián)網(wǎng)＋”發(fā)展迅速。用戶(hù)使用 EID登錄互聯(lián)網(wǎng)＋各種應(yīng)用系統(tǒng)[8]，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為“互聯(lián)網(wǎng)＋”的各種應(yīng)用，提供認(rèn)證、簽名和數(shù)據(jù)加密服務(wù)。實(shí)現(xiàn)客戶(hù)與商家之間通過(guò)互聯(lián)網(wǎng)“見(jiàn)面”，即建立雙方的可信聯(lián)系，洽談合作，簽署合同，支付款項(xiàng)等更安全可靠。

4 EID在物聯(lián)網(wǎng)的應(yīng)用領(lǐng)域

4.1 車(chē)聯(lián)網(wǎng)

車(chē)載終端采集對(duì)應(yīng)車(chē)輛的定位和狀態(tài)數(shù)據(jù)傳送給監(jiān)控中心，采集數(shù)據(jù)包括該車(chē)輛位置的經(jīng)緯度、所在地點(diǎn)信息、車(chē)輛狀態(tài)等。監(jiān)控中心通過(guò)接收到的車(chē)載終端發(fā)送的數(shù)據(jù)對(duì)車(chē)輛實(shí)行監(jiān)控。在車(chē)載終端上嵌入加密芯片，車(chē)輛監(jiān)控中心與可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)互聯(lián)，能為車(chē)聯(lián)網(wǎng)提供設(shè)備認(rèn)證、回傳信息完整性驗(yàn)證和加密傳輸服務(wù)。

4.2 RFID

RFID讀卡器負(fù)責(zé)讀取物品或設(shè)備上的RFID芯片里存儲(chǔ)的信息，為保證 RFID芯片里的信息可信，不能篡改，將 RFID芯片里的內(nèi)容以密文形式存儲(chǔ)，RFID讀卡器將讀取的RFID芯片再進(jìn)行簽名和加密后，傳輸?shù)?RFID數(shù)據(jù)中心。將 RFID數(shù)據(jù)中心與可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)互聯(lián)，能為RFID的應(yīng)用提供設(shè)備認(rèn)證、RFID信息完整性驗(yàn)證和信息加密傳輸服務(wù)。

4.3 智能家居

在智能家居網(wǎng)關(guān)端嵌入加密芯片，在用戶(hù)手機(jī)里插入 SD卡加密芯片，建立兩端的加密系統(tǒng)。用戶(hù)通過(guò)手機(jī)里的 SD卡加密芯片，向網(wǎng)關(guān)發(fā)送可信指令，保證指令不被篡改。可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能對(duì)智能家居的監(jiān)控器提供的圖像進(jìn)行加密存儲(chǔ)，用戶(hù)使用手機(jī)下載密文圖像，在手機(jī)端進(jìn)行密文圖像解密。可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)還能為家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備提供定時(shí)設(shè)備認(rèn)證，保證家庭網(wǎng)關(guān)設(shè)備處于完好狀態(tài)。

4.4 智慧城市

智慧城市的監(jiān)控頭遍布城市的各個(gè)角落，其圖像數(shù)據(jù)涉及到居民個(gè)人隱私，必須保密，不得外泄。在監(jiān)控頭里嵌入加密芯片，可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為智慧城市的監(jiān)控頭提供設(shè)備可信認(rèn)證，圖像數(shù)據(jù)的完整性驗(yàn)證和加密傳輸?shù)劝踩?wù)

4.5 食品追溯

食品安全關(guān)系到人民的身體健康，在食品上貼上RFID芯片，將食品加工的各個(gè)環(huán)節(jié)的信息，以密文形式存儲(chǔ)在食品追溯RFID芯片里，這些信息包括食品各種原材料廠商的信息，及其生產(chǎn)時(shí)間等。消費(fèi)者可通過(guò)讀取食品追溯信息，了解食品的生產(chǎn)和運(yùn)輸現(xiàn)狀。可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)能為消費(fèi)者提供食品追溯信息，實(shí)現(xiàn)在線或離線認(rèn)證模式的信息完整識(shí)別，為鑒別食品提供基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。

4.6 電視節(jié)目防篡改

為保障有線電視臺(tái)節(jié)目數(shù)據(jù)在傳輸過(guò)程中的安全性，需要對(duì)節(jié)目數(shù)據(jù)進(jìn)行簽名，保障播出節(jié)目數(shù)據(jù)完整、未被篡改。在機(jī)頂盒端嵌入加密芯片，能對(duì)電視臺(tái)發(fā)送的節(jié)目實(shí)時(shí)進(jìn)行簽名和加密[9]，并以明文形式傳輸給電視機(jī)機(jī)頂盒，機(jī)頂盒端加密芯片負(fù)責(zé)對(duì)接收到的電視節(jié)目數(shù)據(jù)解密和完整性驗(yàn)證，有效防止電視節(jié)目被篡改。

5 結(jié) 語(yǔ)

采用 EID芯片和可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)建立的未來(lái)網(wǎng)絡(luò)信任體系，安全等級(jí)較高，能為建立可信城市(或可信國(guó)家)提供通用、標(biāo)準(zhǔn)、安全、廉價(jià)的(用戶(hù)或設(shè)備)身份認(rèn)證、簽名和加密功能。可信城市網(wǎng)絡(luò)安全平臺(tái)的一大特征是用戶(hù)(或設(shè)備)量龐大，該平臺(tái)采用國(guó)際現(xiàn)有安全技術(shù)架構(gòu)，其突出優(yōu)勢(shì)在于速度超快，成本極低。