南京理工大学
硕士学½论文
智½卡数据安全技术研究及RSA密钥生成器设计
姓名：陈海进
申请学½级别：硕士
专业：控制理论与控制工程
指导教师：陈庆伟;景卫平
2002.1.1
Ｙ
４
２
５５１
２
摘
要
本文对智½卡的数据安全技术½了分析研究，并设计了一个集成于智½卡内的
ＲＳＡ密钥生成器。ＲＳＡ密钥生成器由两大部分构成
硬件随机数发生器和ＲＳＡ密
钥生成算法的½件实现。硬件随机数发生器是基于混沌现象，½用开关电容技术实
现的；ＲＳＡ密钥生成算法本身是确定的，½其每个步骤的具½实现方法有许多½½½，
本文结合智½卡这一特定应用环境，分析和比较了这些方法，½出了最优的选择，
并在智½卡内实现了ＲＳＡ密钥生成算法。½Ｊ７½，发：½，Ｉ的密钐½生成器生成１０２４½的ＲＳＡ
密钥对的平均时问小于３０秒。
关键词：智½卡
Ｒ数
随机数发生器
密钥
Ａ½½½½½½½
Ｄ½½½
½½½½½½½½ ½½½½½½½½½½½½
½½½½
½½
½½½½½
½½½½
½½½
½½½½½½½½½½，½½½
½
ＲＳＡ ½½½
½½ ½½½½
½½
½½
½½½
½½½½½½½½½
½½½½½½½½½½ ½½ ½½½½½ ½½½½ ½½ ½½½½½½½½．Ｔ½½ ＲＳＡ ½½½
½½½½½½½½½
½½½½½：½½½½½½
½½½½½½
½½½½½½½½½（ＲＮＧ）½½½
½½½ ½½½½½½½½½½½½½½ ½½ ＲＳＡ ½½½ ½½½½½½½½½½
½½
½½½½½½½½½．Ｔ½½
ＲＮＧ
½½ ½½½½½½½½ ½½½½½
½½½½½
½½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½½½，½½½ ½½½½½
½½½½½
Ａ½½½½½½½
½½½ ＲＳＡ ½½½ ½½½½½½½½½½
½½½½½½½½½Ｉ．½ ½½½½½½ ½½ ½½½½½½½，½½½
½½½½½½½½½½
½½½½ ½½ ½½½½
½½½½ ½½
ＲＳＡ ½½½
½½½½½½½½½½
½½½½½½½½½
½½½
½½½½½½½½．Ｂ½ ½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½
½½½
½½½½½½½½½
½½½½½
½½½½½½½½½½
１＿½½½½
½½½ ½½½½½½½½½
½½½½
½½½½ ½½½
½½½½½ ½½½½，½½½ ½½½½½½½
½½½½½½½½½½
½½½
½½½½½½½，½½½
½½½
ＲＳＡ ½½½ ½½½½½½½½½½ ½½½½½½½½½ ½½ ½½½½½½½½½½½ ½½ ½½½½½ ½½½½．Ｔ½½
½½½½½½½½ ＲＳＡ ½½½
½½½½½½½½½
Ｃ½½
½½½½½½½½
½
½½½½ ½½
１ ０２４
½½½½
ＲＳＡ
½½½½ ½½½½½½
３０
½½½½½½½（½½½½½½
½½½½½）．
Ｋ½½½½½½½：½½½½½ ½½½½
ＲＳＡ
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½½½½½½
½½½½½½½½½（ＲＮＧ）
½½½
坝Ｉ：论文
智½卡数据安全垫术哑塑丛垦兰垒宣望』生些矍堂生
１引言
１．１信用卡的发展历史
现代信用卡的发展历史，最早可½溯到５０年代。１９５０年，美½商人Ｆ½½½½
Ｍ½½½½½½½½½组成了Ｄ½½½½½
Ｃ½½½，设计了第一张现代的塑料信用卡。到了６０年代
中期，出现了磁卡。磁卡因其结构简单，价格½廉，½自动被读取信息进行在线处
理，得到迅速推广。近年来从欧洲开始，ＩＣ（Ｉ½½½½½½½½½
Ｃ½½½½½½
Ｃ½½½）卡已逐渐
在发达½家流行起来，有取代磁卡的趋势。Ｉ½卡是将集成电路芯片镶嵌于塑料基片
中，封装成卡的½式，其外½与覆盖磁条的磁卡相似。智½卡（Ｓ½½½½
最初由法½新闻工½者Ｒ½½½½½
Ｃ½½½）的概念
Ｍ½½½½½在１９７２年首先提出，１９７４年，他在法½申
请了智½卡的专利。智½卡又称ＣＰＵ卡，它属于Ｉ½卡的一种，½卡片中镶嵌的集
成电路包含ＣＰＵ。１９７６年，Ｂ½½½公司的高级研究员Ｕ½½½先生所领导的研究小组首
先研制了世界上第一张由双品片（微处理器和存储器）组成的智½卡，接着又于１９７８
年制成了单晶片智½卡，取得了技术专利。在此后的几十年½½Ｊ，除法½的Ｂ½½½公司
之外，世界上先后有Ｍ½½½½½½½、Ｔ½½½½½½、Ａ½½½½、Ｐ½½½½½½½等十几家公司相继投入了
智½卡½笛片和卡片成品的开发与生产，½成了一个世界性的新兴技术产业。
ＩＣ卡按有无ＣＰＵ分为两大类型：存储型Ｉ½卡（Ｍ½½½½½ Ｃ½½½）＿币½智½卡。智½卡
中含有微处理器电路，因而½建立多种应用系统的授权，存放多个应用系统的相关
数据，并实现对数据存取的高可靠性、安全性控制。智½卡是½今世界日瓤月异发
展的信息化社会中一颗耀眼的新星，它被公认为世界上最小的个人计算机。
１．２
ＩＣ卡在½内外的开发与应用状况
½今社会是信息的社会。如今经济发达½家½以信息产业，即现代通信产业、
计算机产业、集成电路产业（Ｃ３Ｓ）所构成的新兴产业群，½为整个社会经济发展的
基础。可以说，在人类有史以来所½成的各种产业中，没有哪一种½有信息产业如
此迅猛的发展势头、广泛的渗透性，并深刻地改变与½响着人们的生活乃至思维方
式。信息产业它决定着下一世纪的力量对比，世界各½莫不向这个新的制高点发起
全力的冲击。
Ｉ½卡在西方½家得到广泛的应用，在亚洲的应用也日益普及。其应用涉及到金
融、电信、交通、医疗、户籍管理、电子门禁等诸多领域，这些½给人们的日常生
活和工½带来极大的方便，并创造出巨大的社会经济效益。½前的Ｉ½卡基本上还是
一种单功½卡，即一张卡只适用于某一种应用。以后的Ｉ½卡将向智½卡、多功½卡
方向发展，例如可以发行城市一１－（Ｃ½½½ Ｃ½½½），这种卡将包括用户‘在一个城市中可½
经常需要接触到的大部分应用功½，诸如½为电话卡、信用卡、医疗保健卡、身½
证卡等½用，这列＋Ｉ½卡的开发技术提出了很高的要求。目前我½的ＩＣ卡开发技术
与应用水平与发达½家相比，还存在很大差距，½内银行发行的各种信用卡基本上
还是磁卡，近年来公用电话ＩＣ卡得到了迅速发展，½其芯片多年来却一直½是依靠
进口，直到最近才有½内的产品。
正是在这种背景下，出于我½社会经济发展的客观而又急迫的需要，党中央、
囡务院½出了加快我½信息化进程的重大决策，以“金桥”、“金卡”、金关“、金税”
工程为代表的“金系列”工程的实½，就是中½政府为推进½民经济信息化建设所
采取的重要行动。
“金卡工程”中的“卡”是一种泛称，包括磁卡、ＩＣ卡、打孔卡、光卡等。½
前，我½卡基支付工具是以磁卡为主的，由于磁卡信息存储量少，安全防范½力弱，
½磁卡在实际½用时有时反而不便，并存在安全上的隐患。智½卡却½从根本上解
决磁卡所存在的问题。与磁卡棚比，智½卡的优点是：容量大，可靠性高，可抗电
磁干扰，抗恶劣½用环境，保密性高（芯片上集成了复杂的密码验证与身½鉴别逻
辑，对卡上的数据不½任意读写），功½强。智½卡卡片½较贵，½系统的价格要便
宜多了。据统计，智½卡½仅是磁卡½投资的１／４，且运行稳定，维护费½。½用智
½卡时，还可以不通过½络中一１５，而独立认证。系统投资的回收期也比较短。金卡工
程总½设想和金卡工程总½任务需求书中强调：“……鉴于ＩＣ智½卡的优越性，应
注意向Ｉ½智½卡方向引导……”，“争取较多的业务项目应用Ｉ½智½卡，并做½向
ＩＣ智½卡全面过渡的准备。”可见，金卡工程中最终挑大梁的将是智½ＩＣ卡。
智½卡½小，其中却包含了从：出片设计、制造、测试、封装等一整套环节以及
智½卡操½系统、应用程序等½件，可谓“麻雀½小，五脏俱全”。近几年½内涌现
出½批从事ＩＣ卡业务的公司，½这些公司大部分只从事ＩＣ卡的二次丌发，真正有
½力开发Ｉ½卡芯片的很少，½内Ｉ½卡芯片市场基本被½外Ｂ½½½、Ａ½½½½、Ｔ½½½½½½
等大公司占有。专家们预测在未来１０年问，金卡工程对电子产品、½件产业的需求，
将提供１０００亿元以上的市场。１９９９年，½务院颁布了“关于鼓励½件产业和集成
电路产业发展的若干政策”，在这期间，½内涌现出一批ＩＣ设计单½，½有实力的
很少。中½华大集成电路设计中心（ＣＩＤＣ）是½家“九零九”工程中主要的集成电
路设计单½，承担着½家“金卡工程”中智½卡的设计任务。本课题是ＣＩＤＣ某型
号ＲＳＡ（以发明者Ｒ½½½½½、Ｓ½½½½½和Ａ½½½½½½的首字母½名的一种公丌密钥加密算法）
智½卡开发工½的一部分，为其设计集成于卡内的用于产生ＲＳＡ密钥的密钥生成
器。
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