◆楊葶
電子支付系統(tǒng)中心交易賬本設(shè)計(jì)新思路
◆楊葶
(上海寶信軟件股份有限公司 上海 201203)
本文借鑒區(qū)塊鏈技術(shù)中的交易賬本的概念及實(shí)現(xiàn)思路,并以一種全新的設(shè)計(jì)思路實(shí)現(xiàn)傳統(tǒng)企業(yè)的電子支付系統(tǒng)的中心交易賬本模塊。通過(guò)采用加密算法對(duì)訪問(wèn)電子支付系統(tǒng)的用戶身份進(jìn)行驗(yàn)證,通過(guò)HASH算法對(duì)系統(tǒng)間電子支付報(bào)文HASH值的真實(shí)有效性進(jìn)行對(duì)比確保數(shù)據(jù)無(wú)篡改,在不改變?cè)须娮又Ц断到y(tǒng)框架和主體功能的前提下,通過(guò)局部的系統(tǒng)功能建設(shè)和優(yōu)化,提高原系統(tǒng)電子支付的安全性,同時(shí)達(dá)到交易信息可追溯、可審計(jì)的目的。
加密算法;RSA;支付系統(tǒng);交易賬本
近年來(lái),面對(duì)銀行線上電子支付服務(wù)的快速發(fā)展,傳統(tǒng)企業(yè)也迎來(lái)了業(yè)務(wù)創(chuàng)新機(jī)會(huì)。企業(yè)信息化系統(tǒng)通過(guò)銀行提供的銀企直連接口、電子支付接口、第三方支付通道,可以快速實(shí)現(xiàn)日常業(yè)務(wù)電子轉(zhuǎn)賬、交易查詢、余額查詢。自動(dòng)化及快速高效的資金收支體驗(yàn),使得企業(yè)對(duì)電子支付系統(tǒng)給予業(yè)務(wù)支持的期望也越來(lái)越高。但是電子支付通道帶給企業(yè)支付便捷性的同時(shí),也增加了系統(tǒng)支付的安全風(fēng)險(xiǎn)。隨著數(shù)字經(jīng)濟(jì)在全球的迅速發(fā)展,新一代信息技術(shù)對(duì)各行各業(yè)的影響日益擴(kuò)大,許多金融機(jī)構(gòu)都開(kāi)始研究區(qū)塊鏈技術(shù),并嘗試將其運(yùn)用于現(xiàn)實(shí),試圖改變金融體系所面臨的各種安全性、中心化等問(wèn)題[1]。
區(qū)塊鏈?zhǔn)蔷C合運(yùn)用密碼學(xué)、分布式數(shù)據(jù)庫(kù)、P2P通信、智能合約等技術(shù),在一個(gè)去中心化、去信任網(wǎng)絡(luò)中,利用加密算法在鏈?zhǔn)綌?shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中驗(yàn)證和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)[2]。其技術(shù)實(shí)現(xiàn)就是運(yùn)用數(shù)學(xué)算法和加密技術(shù),應(yīng)用不可逆的哈希函數(shù)、時(shí)間戳、分布式共識(shí)機(jī)制等技術(shù)手段,構(gòu)建互聯(lián)網(wǎng)環(huán)境下無(wú)須第三方信用背書的金融認(rèn)證體系[3]??偟膩?lái)看,區(qū)塊鏈的本質(zhì)是一個(gè)對(duì)等網(wǎng)絡(luò)的分布式賬本數(shù)據(jù)庫(kù)[4]。
從目前社會(huì)上已經(jīng)公布的研發(fā)成果看,區(qū)塊鏈的應(yīng)用已有一些重大進(jìn)展,但是很多項(xiàng)目尚處于研發(fā)和摸索階段。對(duì)傳統(tǒng)企業(yè)來(lái)講,區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用面臨較大的系統(tǒng)成本、技術(shù)成本和人力成本。與帶來(lái)的收益相比,其資本回報(bào)率低。真正的區(qū)塊鏈技術(shù)在實(shí)際應(yīng)用中也存在一些問(wèn)題,比如交易確認(rèn)耗時(shí)長(zhǎng)、能耗高等[5]。并且區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用,需要對(duì)傳統(tǒng)的信息化系統(tǒng)進(jìn)行重構(gòu),這勢(shì)必會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)的不穩(wěn)定性。但是區(qū)塊鏈技術(shù)的應(yīng)用有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì),比如區(qū)塊鏈具有不可篡改的特點(diǎn),一旦發(fā)生交易,各個(gè)節(jié)點(diǎn)中都有記錄,從而避免了業(yè)務(wù)和資金之間的數(shù)據(jù)不一致而產(chǎn)生糾紛問(wèn)題。區(qū)塊鏈數(shù)據(jù)前后相連構(gòu)成的不可篡改的時(shí)間戳,使得監(jiān)管部門對(duì)交易履歷的查閱成本降低,完全透明的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)體系提供了可信任的追溯途徑,可以實(shí)現(xiàn)監(jiān)管政策全覆蓋,降低了監(jiān)管成本。區(qū)塊鏈的“共識(shí)算法”、“加密算法”等核心技術(shù),可以保證原始交易信息不被篡改,保證其在各個(gè)交易節(jié)點(diǎn)的一致性和安全性[6]。
因此基于對(duì)區(qū)塊鏈技術(shù)劣勢(shì)和優(yōu)勢(shì)的分析后,對(duì)企業(yè)使用中的電子支付系統(tǒng),不直接應(yīng)用“區(qū)塊鏈”技術(shù),以一種全新的設(shè)計(jì)思路,對(duì)原有電子支付系統(tǒng)的功能架構(gòu)進(jìn)行微調(diào),增加中心交易賬本模塊。通過(guò)加密算法加強(qiáng)對(duì)訪問(wèn)支付系統(tǒng)的用戶身份的驗(yàn)證,通過(guò)對(duì)每筆支付交易的關(guān)鍵信息的HASH值記錄跟蹤,建設(shè)支付系統(tǒng)內(nèi)部一條類“區(qū)塊鏈”,以達(dá)到系統(tǒng)訪問(wèn)用戶身份安全認(rèn)證、原始交易信息無(wú)篡改增強(qiáng)檢查,并且可以通過(guò)這條內(nèi)部交易鏈,做到業(yè)務(wù)可追溯、可審計(jì),提高支付系統(tǒng)安全性的目的。
建立支付系統(tǒng)的中心交易賬本,方便每一筆支付交易的生命周期跟蹤,為業(yè)務(wù)系統(tǒng)、資金系統(tǒng)相關(guān)用戶提供查詢服務(wù)。
通過(guò)”交易鏈”,將每一筆付款單的生命歷程串聯(lián)起來(lái),可以查詢到每一筆交易的運(yùn)行路徑,為審計(jì)提供查詢線索。
通過(guò)”交易鏈”上的上下游的唯一HASH交易號(hào),在支付環(huán)節(jié)驗(yàn)證數(shù)據(jù)前后一致性,防止支付申請(qǐng)被人為篡改,防范支付風(fēng)險(xiǎn)。
(1)開(kāi)發(fā)平臺(tái)
系統(tǒng)采用本公司自行研發(fā)的iPlat4J V6技術(shù)開(kāi)發(fā)平臺(tái)。按照“大平臺(tái)、微服務(wù)”的架構(gòu)模式進(jìn)行設(shè)計(jì),采用面向服務(wù)(SOA)及微服務(wù)(MSA)的技術(shù)架構(gòu)模式,具有開(kāi)放、輕量、解耦的特性,幫助企業(yè)快速構(gòu)建扁平化、組件化、服務(wù)化應(yīng)用系統(tǒng)。
(2)前臺(tái)
基于全新的iPlatUI 組件庫(kù),采用 HTML、CSS、JavaScript 等標(biāo)準(zhǔn)的Web 技術(shù),可以方便地實(shí)現(xiàn)在 PC 端和移動(dòng)端的統(tǒng)一展示頁(yè)面。
(3)微服務(wù)
該系統(tǒng)原來(lái)采用微服務(wù)的軟件架構(gòu),微服務(wù)就是把一個(gè)大型的單個(gè)應(yīng)用程序和服務(wù)抽象為顆粒度更小的微服務(wù)[7]。因此本次增加的賬本服務(wù)模塊,只需要提供單獨(dú)的服務(wù)組件,和原有服務(wù)建立的接口服務(wù),或者更新應(yīng)用程序的單個(gè)組件,而不會(huì)影響原系統(tǒng)核心服務(wù)部分。
(4)接口
采用REST API。REST API 的好處是基于標(biāo)準(zhǔn)的HTTP協(xié)議,對(duì)軟件依賴性小、兼容性較好。
(5)數(shù)據(jù)庫(kù)
本系統(tǒng)設(shè)計(jì)基于DB2數(shù)據(jù)庫(kù)。
交易賬本模塊在整個(gè)電子支付系統(tǒng)中主要承擔(dān)兩個(gè)主要功能,首先是對(duì)訪問(wèn)用戶的密鑰管理及身份驗(yàn)證;其次是對(duì)交易信息HASH值得記錄及關(guān)鍵節(jié)點(diǎn)HASH的校驗(yàn)核對(duì)。中心交易賬本功能結(jié)構(gòu)如圖1所示:
圖1 中心交易賬本功能結(jié)構(gòu)
中心賬本數(shù)據(jù)模型采用賬本頭、賬本明細(xì)及交易明細(xì)三層結(jié)構(gòu)存貯交易數(shù)據(jù)。賬本主要記錄每一筆付款單在每一個(gè)時(shí)間戳上對(duì)應(yīng)的關(guān)鍵交易信息的HASH值。詳見(jiàn)圖2。
圖2 中心賬本數(shù)據(jù)模型
(1)數(shù)據(jù)簽名認(rèn)證采用非對(duì)稱加密RSA算法
區(qū)塊鏈的模型設(shè)計(jì)中,一般采用非對(duì)稱加密技術(shù)對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行加密驗(yàn)證。RSA算法是目前常用的非對(duì)稱加密算法之一,它既能用于數(shù)據(jù)加密,又能用于數(shù)字簽名。RSA包含一對(duì)密鑰對(duì),公鑰對(duì)外公開(kāi),而私鑰是私密的,由用戶保管[8]。本設(shè)計(jì)方案采用RAS算法,對(duì)于發(fā)起支付申請(qǐng)的訪問(wèn)系統(tǒng)身份進(jìn)行驗(yàn)證。由于不同的訪問(wèn)用戶分配的公私密鑰不同,從而可以保證信息只能由通信雙方獲取,因此在數(shù)據(jù)加密方面安全可靠。
(2)交易賬本登記信息采用HASH算法
中心賬本中各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間對(duì)交易的驗(yàn)證使用HASH算法。由于該算法在電子支付系統(tǒng)內(nèi)部及和電子支付系統(tǒng)交互的相關(guān)業(yè)務(wù)系統(tǒng)中使用,因此從交易量上考慮,使用SHA1就能滿足系統(tǒng)需求。SHA1是一種數(shù)據(jù)加密算法,該算法是可以將一段明文,以一種不可逆的方式將它轉(zhuǎn)換成一段長(zhǎng)度較短、位數(shù)固定的信息摘要的過(guò)程[9]。系統(tǒng)采用SHA1哈希函數(shù),將交易明細(xì)信息用SHA1哈希函數(shù)進(jìn)行處理后將計(jì)算結(jié)果存儲(chǔ)到賬本中。
每一個(gè)外部系統(tǒng)調(diào)用電子支付系統(tǒng)之前,先登記注冊(cè)。密鑰簽發(fā)中心給每一個(gè)申請(qǐng)的業(yè)務(wù)系統(tǒng)生成一對(duì)密鑰。該業(yè)務(wù)系統(tǒng)的私鑰和電子支付系統(tǒng)的公鑰同時(shí)分發(fā)給業(yè)務(wù)系統(tǒng)。公私鑰對(duì):(sk,pk):= generateKeys(keysize),sk私鑰發(fā)給申請(qǐng)人使用,pk公鑰由電子支付系統(tǒng)保留。同時(shí)將電子支付系統(tǒng)本身的公鑰發(fā)給業(yè)務(wù)系統(tǒng),用于對(duì)整個(gè)發(fā)送報(bào)文的加密。
業(yè)務(wù)系統(tǒng)密鑰注冊(cè)成功,并設(shè)置一定有效期。到期后系統(tǒng)將會(huì)重新生成密鑰,并通知對(duì)方同時(shí)進(jìn)行更換。主要數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)見(jiàn)表1。
表1 密鑰管理數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)
電子支付系統(tǒng)密鑰生成后,將該業(yè)務(wù)系統(tǒng)的私鑰和電子支付系統(tǒng)的公鑰同時(shí)分發(fā)給業(yè)務(wù)系統(tǒng)。業(yè)務(wù)系統(tǒng)密鑰注冊(cè)成功,并設(shè)置一定有效期。到期后系統(tǒng)將會(huì)重新生成密鑰,并通知對(duì)方同時(shí)進(jìn)行更換。
由于電子支付系統(tǒng)的公鑰面向所有來(lái)訪業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)放,為避免頻繁更換導(dǎo)致所有業(yè)務(wù)系統(tǒng)同步調(diào)整,因此將資金系統(tǒng)的公鑰有效期限適當(dāng)延長(zhǎng)。見(jiàn)圖3密鑰分發(fā)圖。
圖3 密鑰分發(fā)圖
電子支付系統(tǒng)要求接入系統(tǒng)必須對(duì)原始報(bào)文信息按照統(tǒng)一的加密及數(shù)字簽名后,才能將申請(qǐng)支付信息發(fā)送給電子支付系統(tǒng)。電子支付系統(tǒng)收到支付申請(qǐng)后,對(duì)簽名進(jìn)行驗(yàn)證和數(shù)據(jù)核對(duì),確保該表交易的簽名和實(shí)際提交人的簽名一致后,支付申請(qǐng)才被接收。報(bào)文非對(duì)稱加密解密示意圖參考圖4。
(1)業(yè)務(wù)系統(tǒng)加密
業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)起支付申請(qǐng)前,對(duì)支付申請(qǐng)的明細(xì)報(bào)文信息進(jìn)行SHA1計(jì)算出HASH值H1。
H1=SHA1(detailMessage:P1)
然后對(duì)此HASH值用分配給業(yè)務(wù)系統(tǒng)的私鑰進(jìn)行數(shù)據(jù)簽名。
H1’:= sign(Sk2,H1)
業(yè)務(wù)系統(tǒng)將包含加密后的HASH值H1’、交易明細(xì)報(bào)文P1及報(bào)文頭組裝后形成報(bào)文C1,C1用資金系統(tǒng)分發(fā)的公鑰Pk1對(duì)C1進(jìn)行加密,然后將加密后的信息通過(guò)系統(tǒng)間REST接口,傳入電子支付系統(tǒng)。
C1=(P1,H1’,HEAD)
C1’:= sign(Pk1,(P1,H1’,HEAD))
圖4 非對(duì)稱加密解密示意圖
(2)電子支付系統(tǒng)解密:
電子支付系統(tǒng)在收到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的支付申請(qǐng)C1’后,先用電子支付系統(tǒng)的私鑰Sk1對(duì)此交易進(jìn)行解密。
C1:= verify(Sk1,C1’),然后得到C1
從C1記錄中,獲取交易明細(xì)P1,用SHA1進(jìn)行計(jì)算得出交易明細(xì)結(jié)果H1
H1=SHA1(P1)
然后對(duì)交易記錄C1中的H1’,用資管系統(tǒng)的公鑰Pk2進(jìn)行解密,得出結(jié)果H1
H1:= verify(Pk2,H1’),
最后,如果第2步和第3步的結(jié)果相同,則說(shuō)明該申請(qǐng)數(shù)據(jù)確實(shí)來(lái)源于資管系統(tǒng)并且數(shù)據(jù)在傳遞過(guò)程中沒(méi)有被篡改。驗(yàn)證成功。
業(yè)務(wù)系統(tǒng)通過(guò)REST接口,將支付申請(qǐng)發(fā)送到電子支付系統(tǒng)。支付系統(tǒng)收到該筆申請(qǐng),將報(bào)文中的收方賬號(hào)信息、付方賬號(hào)信息、金額、業(yè)務(wù)類型、申請(qǐng)人等關(guān)鍵要素組合后,用SHA1算法生成HASH值,調(diào)用中心交易賬本的交易登記接口服務(wù),將照申請(qǐng)單號(hào)、時(shí)間戳、來(lái)源系統(tǒng)、HASH值等信息記錄到中心賬本。
在資金審批環(huán)節(jié),審批中心對(duì)收到的支付申請(qǐng)信息,將報(bào)文中的關(guān)鍵要素組合后,用SHA1算法生成HASH值,調(diào)用中心交易賬本的交易登記接口服務(wù),將當(dāng)前交易記錄信息及HASH值記錄到中心賬本。
在電子支付系統(tǒng)每一個(gè)流經(jīng)節(jié)點(diǎn),都會(huì)將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)收到的支付申請(qǐng)報(bào)文按照申請(qǐng)單號(hào)、時(shí)間戳、支付申請(qǐng)報(bào)文的關(guān)鍵要素的HASH值等寫入中心賬本,同時(shí)將報(bào)文明文信息單獨(dú)計(jì)入明細(xì)報(bào)文表中。
資金審批環(huán)節(jié),審批中心根據(jù)當(dāng)前收到的支付申請(qǐng)明文報(bào)文,組裝報(bào)文中的核心關(guān)鍵要素,按照SHA1算法對(duì)組合后的關(guān)鍵要素字符串進(jìn)行HASH值計(jì)算,然后按照時(shí)間戳,獲取中心賬本中該支付申請(qǐng)單的最新的一條HASH值,和當(dāng)前計(jì)算的HASH值進(jìn)行對(duì)比,HASH值核對(duì)一致,是資金審批通過(guò)的前提條件。核對(duì)不一致,則退回給業(yè)務(wù)系統(tǒng)。
資金支付環(huán)節(jié),將支付申請(qǐng)發(fā)送到銀行之前,需要再次核對(duì)當(dāng)前節(jié)點(diǎn)獲取到的支付申請(qǐng)數(shù)據(jù)是否真實(shí)有效。將當(dāng)前節(jié)點(diǎn)收到的支付申請(qǐng)明文報(bào)文中關(guān)鍵要素組合后,用SHA1算法計(jì)算HASH值,和該筆申請(qǐng)單的上一個(gè)節(jié)點(diǎn)的HASH值進(jìn)行比較。如果比較結(jié)果一致,則繼續(xù)和該筆支付申請(qǐng)單的時(shí)間戳上最早的第一筆交易上的HASH值進(jìn)行比較,如果兩次比較下來(lái),HASH值一致,則說(shuō)明數(shù)據(jù)從業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)出后,在電子支付系統(tǒng)的各個(gè)處理環(huán)節(jié),數(shù)據(jù)未被篡改,滿足支付的基本前提條件。
各業(yè)務(wù)系統(tǒng)對(duì)訪問(wèn)中心賬本查詢交易時(shí),需提前進(jìn)行系統(tǒng)注冊(cè)登記,登記后方可獲取私鑰。業(yè)務(wù)系統(tǒng)的查詢報(bào)文,需要通過(guò)私鑰對(duì)報(bào)文進(jìn)行加密后發(fā)給中心賬本,中心賬本通過(guò)該系統(tǒng)的公鑰驗(yàn)證簽名是否正確,簽名驗(yàn)證通過(guò)則允許訪問(wèn)中心賬本進(jìn)行查詢。中心交易賬本可以查詢到每一筆支付申請(qǐng)交易所經(jīng)過(guò)的所有節(jié)點(diǎn),每一筆節(jié)點(diǎn)上的時(shí)間戳、參與人、簽名、交易明文及處理結(jié)果。
賬本在生成時(shí),采用同步和異步兩種模式對(duì)賬本進(jìn)行記錄。同步模式,在每一筆交易發(fā)生時(shí),將簽名、加密報(bào)文、明文等信息寫入賬本中。同時(shí)異步事務(wù),將交易記錄在文本中。在系統(tǒng)賬本發(fā)生異常時(shí),可根據(jù)交易文本對(duì)系統(tǒng)賬本進(jìn)行恢復(fù)。
通過(guò)中心交易賬本模塊建設(shè),增加了支付系統(tǒng)訪問(wèn)用戶的身份有效性驗(yàn)證及支付申請(qǐng)交易的HASH值在各個(gè)節(jié)點(diǎn)的一致性對(duì)比。通過(guò)身份認(rèn)證,確保支付系統(tǒng)收到的每一筆支付申請(qǐng),數(shù)據(jù)來(lái)源都是在支付系統(tǒng)登記及密鑰驗(yàn)證通過(guò)的。通過(guò)支付申請(qǐng)報(bào)文關(guān)鍵要素HASH值計(jì)算及在支付環(huán)節(jié)上下道工序間數(shù)據(jù)的一致性比對(duì),確保每一筆支付申請(qǐng)從業(yè)務(wù)系統(tǒng)發(fā)出,在到達(dá)銀行之前,任何節(jié)點(diǎn)對(duì)數(shù)據(jù)的惡意破壞或者人為修改,都會(huì)使支付申請(qǐng)?jiān)诎l(fā)給銀行前進(jìn)行內(nèi)部攔截,無(wú)法實(shí)際支付。
從效率上來(lái)講,通過(guò)非對(duì)稱加密算法,來(lái)訪系統(tǒng)對(duì)身份進(jìn)行簽名加密,支付系統(tǒng)對(duì)來(lái)訪系統(tǒng)身份進(jìn)行解密驗(yàn)證,在系統(tǒng)實(shí)際使用中,支付系統(tǒng)在對(duì)來(lái)訪系統(tǒng)身份驗(yàn)證后再對(duì)支付申請(qǐng)報(bào)文驗(yàn)收入庫(kù)速度未見(jiàn)明顯卡頓或者緩慢。支付系統(tǒng)在各個(gè)處理節(jié)點(diǎn)都增加了賬本登記功能,由于系統(tǒng)在交易賬本登記處理邏輯和支付系統(tǒng)每個(gè)節(jié)點(diǎn)的主體處理邏輯上采用異步事務(wù)處理模式,因此各個(gè)處理節(jié)點(diǎn)上的賬本登記并未對(duì)支付系統(tǒng)的整體流程效率有較大的影響。
所謂的“區(qū)塊鏈”,就是每個(gè)區(qū)塊經(jīng)過(guò)加密,由此形成區(qū)塊鏈。其實(shí)質(zhì)是一個(gè)不斷加長(zhǎng)的列表記錄,但是以分布式存儲(chǔ)在網(wǎng)絡(luò)的所有節(jié)點(diǎn)[10]。通過(guò)區(qū)塊鏈技術(shù)的學(xué)習(xí)和在日常項(xiàng)目中應(yīng)用的啟發(fā),該系統(tǒng)經(jīng)過(guò)局部改造后,基于數(shù)據(jù)庫(kù)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能,增加了中心交易賬本應(yīng)用模塊,將每一張支付申請(qǐng)作為一個(gè)區(qū)塊,將每張支付申請(qǐng)經(jīng)過(guò)的業(yè)務(wù)處理和資金處理全路徑形成的列表記錄作為鏈,形成了該系統(tǒng)的“交易鏈”。通過(guò)中心交易賬本模塊,讓每一筆業(yè)務(wù)記錄清晰可見(jiàn),審計(jì)查詢也有線索進(jìn)行追溯。交易日志可以隨時(shí)對(duì)被意外破壞的賬本進(jìn)行還原,增加了賬本的安全性。該系統(tǒng)方案采用了傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫(kù)結(jié)構(gòu)和局部功能重構(gòu),原系統(tǒng)改造人工成本小,軟硬件投入成本低,技術(shù)實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單,因此對(duì)提升傳統(tǒng)企業(yè)支付系統(tǒng)安全性方面的支付系統(tǒng)升級(jí)改造,有一定的借鑒意義。
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網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)與應(yīng)用2021年8期