智能卡安全性評估保護輪廓PP的研究

文章出處：http://coolbang.cn 作者：中國一卡通網(wǎng) 收編   人氣： 發(fā)表時間：2011年10月08日

    目前智能卡應用已滲透到社會生活的各個方面，其在帶給人們高效便捷生活的同時，安全性也倍受人們關(guān)注。因此，國內(nèi)一些智能卡廠商通過對智能卡進行評估以提高智能卡的安全信譽。在進行智能卡產(chǎn)品安全性評估時，首先需要相關(guān)的指導性文檔，其中位于高層抽象級的指導性文檔是安全性評估保護輪廓PP。它依據(jù)的是GB/T 18336-2001《信息技術(shù)安全性評估準則》[1]。該準則的前身是國際通行的最先進的信息安全測評標準CC[2](Common Crietira)，即ISO/IEC 15408。 

    1 PP概述 

    1.1 概念介紹 

    要認識PP，先介紹CC中的幾個重要術(shù)語。
    (1)評估對象TOE(Target of Evaluation)：評估申請方提供的被評估對象。
    (2)安全組件包：多個安全要求組件構(gòu)成一個安全組件包。安全組件包用于構(gòu)造PP或ST。
    (3)保護輪廓PP(Protect Profile)：對于某一類TOE而言的高級抽象的安全要求說明書，與TOE的實現(xiàn)無關(guān)。
    (4)安全目標ST(Security Target)：與PP類似，是針對某一特定安全產(chǎn)品而言，與TOE安全環(huán)境相關(guān)的安全要求與概要設(shè)計說明書，可以引用某個(些)PP。
    (5)評估保證級EAL(Evaluation Assurance Level)：代表TOE的安全保證程度。CC標準將EAL分為7級。 

    CC標準由簡介和一般模型、安全功能要求和安全保證要求3部分文檔組成。其中，簡介和一般模型相當于某一類TOE的PP；安全功能要求根據(jù)TOE使用安全環(huán)境提出安全功能標準。相應地CC評估也分為3部分：PP評估、ST評估和TOE評估。若某一類種信息安全技術(shù)或產(chǎn)品通過CC評估，則意味著同時通過了這3部分評估。三者之間的評估順序如圖1。 

    鑒于PP評估在CC認證中的關(guān)鍵地位，要使智能卡產(chǎn)品順利通過EAL評估，就有必要對智能卡的安全保護輪廓PP進行深入細致的研究。
PP作為高層指導性文件，主要介紹TOE的安全環(huán)境、安全目的、安全要求和基本原理。安全要求包括安全功能要求SFR(Security Functional Requirements)和安全保證要求SAR(Security Assurance Requirements)。安全原理指出安全環(huán)境、安全目的和安全功能之間的關(guān)系，如圖2所示。 

    1.2 PP分類 

    從不同的角度考慮，ＰＰ的分類不同：
    (1)CC標準中將評估級別分為7級，因此，PP可以按評估級別分為7類，即為EAL1級PP，EAL2級PP等。
    (2)由于ＰＰ是針對某一類TOE而定，因此PP就可以按TOE分類，如DBMS PP、防火墻PP、智能卡PP等。
    (3)從TOE的安全環(huán)境角度看，PP可分為高風險環(huán)境(HRE)PP、中風險環(huán)境(MRE)PP和低風險環(huán)境(LRE)PP。 

    2 智能卡評估介紹 

    2.1 智能卡概述 

    智能卡也稱為集成電路卡(Integrated Circuit Card)，即IC卡。智能卡的分類有多種，根據(jù)卡上集成電路的不同，可分為存儲器卡、邏輯加密卡和CPU卡3種，由于CPU卡上的集成電路包括有片內(nèi)操作系統(tǒng)COS(Card Operating System)，能存儲并處理數(shù)據(jù)，所以CPU卡才是真正的智能卡(如無特殊說明，本文所討論的智能卡均屬CPU卡)。 

    2.2 智能卡安全性評估意義 

    智能卡的安全性非常重要。智能卡安全性評估是依照國內(nèi)外行業(yè)相關(guān)安全技術(shù)標準，對智能卡生命周期各階段的安全功能和安全保證進行評估，以確認該智能卡產(chǎn)品是否滿足相應的安全要求。通過這一過程，可以促使生產(chǎn)者或開發(fā)商規(guī)范生產(chǎn)過程、節(jié)省人力物力資源，同時，也向用戶和社會提供一個衡量智能卡產(chǎn)品安全性的客觀標準。 

    2.3 智能卡安全要求 

    由于智能卡的功能和使用環(huán)境不同，所以對智能卡的評估需分級進行。如對醫(yī)療卡、社?？ā⒔煌ǖ脑u估屬于低級別的，而對于電信卡、信用卡、現(xiàn)金卡等屬于高級別的評估活動。目前國內(nèi)評估機構(gòu)——中國信息安全產(chǎn)品測評認證中心，對電信行業(yè)的SIM卡、UIM卡、PIM卡以及智能卡芯片開展的分級評估為EAL4+級。 

    EAL4+級又稱為EAL4增強級，是在EAL4級的基礎(chǔ)上提升了TOE安全保證要求的深度、廣度和嚴格性。目前國際上開展的智能卡評估活動的保證級多數(shù)是EAL4+，也有智能卡通過了相應國家認證機構(gòu)的EAL5+認證。 

    3 EAL4+級智能卡PP 

    CC規(guī)定了每級應具有的SFR，但沒有明確規(guī)定每級EAL應包含哪些SFR，所以智能卡PP的主要任務是說明在預期的使用環(huán)境下的安全需求?？梢愿鶕?jù)智能卡安全使用環(huán)境來確定智能卡PP應包括的安全目的和安全要求，從而設(shè)計切實可用的智能卡PP。 

    3.1 智能卡安全環(huán)境 

    智能卡在整個生命周期中存在的敏感資產(chǎn)有用戶的各種數(shù)據(jù)、系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)、密鑰、軟件開發(fā)工具與技術(shù)等。智能卡務必要保護這些數(shù)據(jù)的私密性，所有可能危及到這類數(shù)據(jù)的行為或情況都要在保護輪廓中考慮到。智能卡PP需考慮的安全環(huán)境有3種。 

    3.1.1 假設(shè) 

    攻擊者的能力(A.Attack)：假設(shè)攻擊者有足夠的時間，并具備智能卡所需的技術(shù)知識，擁有電腦和相關(guān)設(shè)備，動機可能有經(jīng)濟利益、政治利益或其他等。

    用戶權(quán)限(A.User)：假設(shè)用戶擁有訪問智能卡某些信息的權(quán)限。
    管理者能力(A.Admin)：假設(shè)管理或使用智能卡的人勝任工作。
    角色管理(A.Role_Man)：假設(shè)智能卡的開發(fā)者、發(fā)行者、管理者和使用者能被安全地管理。
    外部數(shù)據(jù)存儲(A.Data_Store)：假設(shè)能以安全的方式管理相關(guān)的外部數(shù)據(jù)。
    生命周期管理(A.Life_Man)：假設(shè)智能卡的生命周期的每個階段都被唯一標識，這樣可以確保能通過標識信息追溯到生命周期的各個階段。
    密鑰生成(A.Key_Gen)：假設(shè)智能卡應用系統(tǒng)中生成的密鑰都是安全的。 

    3.1.2 威脅 

    智能卡面臨的威脅主要有針對應用軟件的威脅和對使用環(huán)境的威脅。在應用軟件的使用過程中，如用戶可能操作或引入錯誤數(shù)據(jù)而使卡內(nèi)信息混亂，或攻擊者反復使用某些數(shù)據(jù)或操作，通過觀察卡的輸出結(jié)果而獲得卡的機密信息等威脅；在應用軟件開發(fā)過程中，會面臨保密數(shù)據(jù)泄漏、軟件修改和開發(fā)工具失竊等威脅。 

    使用環(huán)境中由于不完善的控制程度或失竊造成密鑰泄漏，使得攻擊者在非法獲得密鑰后，就可以對卡內(nèi)的信息和功能進行操作。管理者可能執(zhí)行暴露智能卡安全功能或數(shù)據(jù)的操作而將智能卡置于危險境地。 

    3.1.3 組織安全策略 

    (1)數(shù)據(jù)訪問：智能卡內(nèi)的不同數(shù)據(jù)有不同的訪問者，同一數(shù)據(jù)不同訪問者有不同的權(quán)限。智能卡內(nèi)數(shù)據(jù)應根據(jù)不同的使用者制定不同的訪問規(guī)則。
    (2)文件訪問：智能卡內(nèi)文件可能涉及不同的使用者，如系統(tǒng)集成商、智能卡發(fā)行者、用戶等，對于文件的具體操作，需要不同的訪問權(quán)限和規(guī)則。
    (3)標識：智能卡內(nèi)各文件應能唯一被標識。
    (4)專業(yè)領(lǐng)域的信息技術(shù)標準：智能卡及其COS和應用軟件的設(shè)計都應符合國家標準、行業(yè)及組織的信息技術(shù)安全標準或規(guī)范。
    (5)密碼標準：智能卡中使用的密碼或數(shù)據(jù)鑒別都必須與國家標準或行業(yè)規(guī)范相符合。
    (6)配置管理：為了安全和便于管理，智能卡應使用配置管理工具管理所有代碼。 

    3.2 智能卡安全目的 

    由于安全環(huán)境決定安全目的，所以智能卡PP中的安全目的應適應安全環(huán)境中的任何情況，具體見表1、表2和表3(限于篇幅，表3只列出了智能卡安全環(huán)境中部分威脅)，即每種安全環(huán)境都有一個安全目的與之對應。表1～表3中各組件的詳細說明請見參考文獻[4]。 

    3.3 智能卡安全要求 
 
    智能卡安全要求是指針對安全環(huán)境而提出的要求。智能卡PP中安全要求組件也分為安全功能要求組件和安全保證要求組件。 

    3.3.1 安全功能要求組件 

    安全告警：當檢測到潛在的安全侵害時，智能卡應能采取相應措施將危害降到最低。 

    審計并分析潛在侵害：智能卡應能用一定的規(guī)則去監(jiān)控審計事件，并根據(jù)這些規(guī)則指示出對智能卡的潛在侵害，如用戶進入系統(tǒng)時需要身份認證或用戶簽名等，都是為了實現(xiàn)事后追查和安全審計。 

    密鑰的生成、訪問和運算：智能卡密鑰生成所用的算法必須與國家法規(guī)和行業(yè)標準相一致，密鑰訪問必須有嚴格的方法。 

    無過度損失的自動恢復：當不能從失敗或服務中斷自動恢復時，智能卡安全功能應進入一個安全狀態(tài)，并確保數(shù)據(jù)或客體在無過度損失的情況下恢復到初始狀態(tài)。如當用戶在向智能卡內(nèi)寫數(shù)
據(jù)時突然斷電，則智能卡應能確保卡內(nèi)數(shù)據(jù)的安全，并在下次使用時功能正常。 

    3.3.2 安全保證要求組件 

    智能卡安全保證要求組件包括：部分配置管理自動化組件、產(chǎn)生支持和接收程序組件、安全加強的高層設(shè)計組件、模塊化組件和描述性低層設(shè)計組件等。 

    3.4 智能卡安全原理 

    智能卡中的安全環(huán)境、安全目的和安全要求是相互關(guān)聯(lián)的[5]。表4給出一部分安全要求與安全目的、安全環(huán)境的對應關(guān)系。 

    4 智能卡PP發(fā)展趨勢 

    (1)智能卡PP開發(fā)流程化。PP的開發(fā)涉及多方面內(nèi)容，工作量極大。如果能夠通過有效方法使開發(fā)過程趨于流程化，則不僅會使開發(fā)時間大大縮短，而且開發(fā)產(chǎn)品PP將更令人滿足。 

    (2)智能卡安全環(huán)境規(guī)范化。從之前的描述中可知，智能卡的安全環(huán)境是PP開發(fā)及評估的基礎(chǔ)和前提，并且智能卡的安全環(huán)境具有相似性。因此，安全環(huán)境的規(guī)范化將會使智能卡PP的開發(fā)更標準、高效。 

    (3)HRE PP的研究開發(fā)。目前國內(nèi)對智能卡開展的安全性評估大多是在EAL4+，屬于中風險PP。隨著智能卡的普及，人們對智能卡的安全期望值會更高，屆時，必將需要更高風險的PP以適應技術(shù)發(fā)展的需要。 

    優(yōu)質(zhì)的智能卡PP對安全性評估有著重要的意義和作用，本文通過對智能卡安全性評估保護輪廓PP的研究及PP的發(fā)展展望，希望對下一步智能卡PP的開發(fā)有所幫助。同時也希望有助于其他的信息安全產(chǎn)品或技術(shù)PP的開發(fā)。