(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201611206829.2
(22)申请日 2016.12.23
(71)申请人 艾体威尔电子技术（北京）有限公司
地址 100142 北京市海淀区杏石口路甲18
号2号楼3层
(72)发明人 廖泽才
(74)专利代理机构 北京市盛峰律师事务所
11337
代理人 于国富
(51)Int.Cl.
H04L 9/00(2006.01)
H04L 9/08(2006.01)
H04L 9/28(2006.01)
H04L 9/32(2006.01)
(54)发明名称
(57)摘要
本发明公开了一种实现国密算法的方法，涉
及POS安全传输领域。所述方法：S1，判断POS机中
则进入S4；S2，判断国密芯片和/或通信通道是否
被攻击，如果是，则进入S4；如果否，则进入S3；
护数据传输安全；S4，设置国密芯片不可使用标
识，同时，调用国密软件程序保护数据传输安全；
所述国密软件程序为SM2算法软件程序、SM3算法
软件程序或SM4算法软件程序。本发明所述方法
实现了在国密芯片无法使用时，保证能够POS机
信息传输过程中正常使用国密算法。权利要求书3页 说明书10页 附图14页CN 106411498 A 2017.02.15
C N 106411498
A
1.一种实现国密算法的方法，其特征在于，所述方法包括：
S1，判断POS机中是否安装国密芯片，如果是，则进入S2；如果否，则进入S4；
S2，判断国密芯片和/或通信通道是否被攻击，如果是，则进入S4；如果否，则进入S3；
S3，设置国密芯片可使用标识，使用国密芯片实现国密算法的使用；
S4，设置国密芯片不可使用标识，同时，调用国密软件程序实现国密算法的使用；所述国密软件程序为SM2算法软件程序、SM3算法软件程序或SM4算法软件程序。
2.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S1具体按照下述实现：
通过ADC采集POS机MCU硬件引脚的ADC值，然后根据调用的module_is_exist函数，在预先设置的ADC值表中查询采集到的ADC值与ADC值表中的ADC值是否匹配，如果是，则POS机上已安装国密芯片；如果否，则POS机上未安装国密芯片。
3.根据权利要求1所述方法，其特征在于，步骤S3中，使用国密芯片实现国密算法的使用过程中还包括以下步骤，具体按照下述实现：
MCU发送数据包后，判断MCU是否在预定的超时时间内收到国密芯片返回的运算结果，如果是，则继续使用国密芯片保护数据传输安全；如果否，则所述国密芯片工作不正常，通讯失败，进入S4。 4.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述国密软件程序为SM2算法软件程序，具体按照下述步骤实现：
A1，初始化
首先申请分配用于椭圆曲线算法的内存空间，并初始化为素域椭圆曲线的仿射坐标表示形式；使用在仿射坐标系下简化的椭圆曲线方程：y2＝x3+ax+b；接着申请并初始化用于大数算法的内存空间；两个内存空间用于保存SM2算法的工作环境；两个内存空间的地址保存在全局变量中，不释放；
然后，使用SM2算法推荐的椭圆曲线参数：域规模q、第一参数a、第二参数b、基点G的坐标及其点的阶n，进一步初始化SM2算法的工作环境，
最后，预存乘法结果，所述乘法结果用于加速后续使用的点的乘法；
A2，生成公私钥对
首先，调用MCU的硬件随机函数，产生32字节随机数的私钥；利用A1中已初始化的椭圆曲线，计算与所述私钥对应的公钥；
然后，检验公私钥是否有效，如果是，则清除缓存的公私钥，并返回公私钥生成成功的消息；如果否，则清除缓存的密钥对，并返回公私钥生成不成功；
A3，计算用户与消息的杂凑值
在用户信息ID、用户信息长度、初始化后的椭圆曲线的第一参数a、第二参数b、公钥与用户输入的消息的基础上，使用杂凑算法，计算并得到用户与消息的杂凑值；
A4，对用户数据进行签名；
A5，验证接收到的数据上的签名是否合法。
5.根据权利要求4所述方法，其特征在于，A4中，对用户数据进行签名，具体按照下述步骤实现：
A41，依据用户信息与用于签名的消息，计算杂凑值e，
A42，调用MCU的硬件随机函数，生成32字节的随机数k；判断k是否符合0≤k≤n；如果
是，则返回A41；如果否，则进入A43；
A43，利用A1中已初始化的椭圆曲线，计算椭圆曲线上获得随机数k与基点G的乘积结果所对应的点(x1,y1)；
A44，将所述杂凑值e和点的横坐标x1的数据类型均转换为整数，然后，将杂凑值e的整数与横坐标x1的坐标值的整数相加后得到的结果模上基点的阶n完成模n运算，得到64字节签名结果的前32字节结果，签名结果的前32字节结果作为r值；
A45，判断是否存在r＝0且r+k＝n，如果是，则返回A42；如果否，则计算签名结果的后32字节s值；
A46，所述r值乘以函数形参中的私钥，结果为t1；私钥加1后进行逆运算得到逆结果t2；t2×(k+t1)得到的结果模上基点的阶n完成模n运算，得到的结果为s值；
A47，判断所述s值是否符合s＝0，如果是，则返回A42；如果否，则输出64字节的签名结果M，所述M为r、s的组合。
6.根据权利要求4所述方法，其特征在于，A5中验证接收到的数据上的签名是否合法，具体为：
A51，获取函数形参的签名结果，签名结果前32字节作为r′值，签名结果后32字节作为s′值，判断所述r′值是否在[0,n-1]范围内，如果是，则进入A52；如果否，则验签失败；
A52，判断签名中携带的s′值是否在[0,n-1]范围内，如果是，使用杂凑算法计算接收到数据的杂凑值e′，计算r′+s′之和模上基点的阶n完成模n运算，得到的结果为t，判断所述t 是否符合t＝0，如果是，则验签失败；如果否，则进入S53；
A53，在初始化后的椭圆曲线的基础上，计算椭圆曲线点(x1′,y1′)，所述(x1′,y1′)的运算公式为：(x1′,y1′)＝[s′]G+[t]P A，P A为与私钥w对应的公钥w，所述私钥w为输出被验证输入消息设备中的私钥；
A54，将杂凑值e′与点横坐标x1′坐标值的数据类型均转换为整数后，计算R值，所述R值为杂凑值e′的整数与点横坐标x1′的坐标值整数之和模上基点的阶n完成模n运算后得到的结果；
A55，判断所述R值与所述r′值是否相等，如果是，验证通过；如果否，则验签失败。
7.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述SM3算法软件程序为SM3杂凑算法，具体为：
B1，初始化与SM3杂凑算法相关的环境数据；
B2，对输入消息按照64字节分组迭代压缩，并累加输入消息的长度，不足64字节的输入消息，则不参与压缩，先缓存在SM3的环境中，与下一条输入消息合并成64字节后，再进入B3；
B3，将累加得到的消息总长度与缓存的消息依据填充规则填充数据；对填充后的数据进行迭代压缩，输出的压缩结果，所述压缩结果即为所述输入消息的杂凑值，所述杂凑值的长度为32字节。
8.根据权利要求1所述方法，其特征在于，所述SM4算法软件程序为SM4加解密算法，具体为：
C1，查S盒
依据输入的字节数据，从S盒数据表中查对应的元素值；
C2，密钥扩展
将输入的16字节的密钥，扩展为128字节字密钥，如果扩展口的密钥用于解密操作，则要再将密钥逆序存储，然后在进行32轮非线性迭代数据，在32轮非线性迭代数据时，每轮依次使用扩展后的4字节密钥，参与运算；
C3，非线性迭代数据
将输入的数据，按16字节分组，每组数据进行32轮非线性迭代，将迭代结果由小端模式转换大端模式，则为加密或解密结果。
一种实现国密算法的方法技术领域
[0001]本发明涉及POS安全传输领域，尤其涉及一种实现国密算法的方法。
背景技术
[0002]在POS机上，如果需要支持国密算法，通常会使用一块支持国密算法的芯片(简称：国密芯片)。POS机的MCU通过SPI等通讯接口，把密钥或数据同时发送给国密芯片，国密码芯片计算完成后，再把计算结果返回POS机。两者交互的数据一般都是明文形式。基于传输过程的安全，现有利用MCU的安全机制，把国密芯片、MCU与国密芯片通讯通道保护起来。当国密芯片或通讯通道受到攻击时，MCU立即检测到攻击，停止数据交互，防止重要数据泄露，如：密钥。
[0003]上述POS机上的国密算法，避免了重要数据的泄露，但是，当POS机上国密芯片宕机或坏掉，则会导致国密算法无法使用；或检测到国密芯片或通讯通道受到攻击时，为了保证重要数据安全，也不能使用国密芯片；或在旧版本的机器中，没有国密芯片，国密算法也无法使用。国密算法的无法应用直接导致POS机存在泄漏信息的风险，故，需要提供一种在国密芯片不能使用的条件下，依旧能够实现国密算法的软件方法。
发明内容
[0004]本发明的目的在于提供一种实现国密算法的方法，从而解决现有技术中存在的前述问题。
[0005]为了实现上述目的，本发明所述实现国密算法的方法，所述方法包括：
[0006]S1，判断POS机中是否安装国密芯片，如果是，则进入S2；如果否，则进入S4；
[0007]S2，判断国密芯片和/或通信通道是否被攻击，如果是，则进入S4；如果否，则进入S3；
[0008]S3，设置国密芯片可使用标识，使用国密芯片实现国密算法的使用；
[0009]S4，设置国密芯片不可使用标识，同时，调用国密软件程序实现国密算法的使用；所述国密软件程序为SM2算法软件程序、SM3算法软件程序或SM4算法软件程序。
[0010]优选地，步骤S1具体按照下述实现：通过ADC采集POS机MCU硬件引脚的ADC值，然后根据调用的module_is_exist函数，在预先设置的ADC值表中查询采集到的ADC值与ADC值表中的ADC值是否匹配，如果是，则POS机上已安装国密芯片；如果否，则POS机上未安装国密芯片。
[0011]优选地，步骤S3中，使用国密芯片实现国密算法的使用过程中还包括以下步骤，具体按照下述实现：MCU发送数据包后，判断MCU是否在预定的超时时间内收到国密芯片返回的运算结果，如果是，则继续使用国密芯片保护数据传输安全；如果否，则所述国密芯片工作不正常，通讯失败，进入S4。
[0012]优选地，所述国密软件程序为SM2算法软件程序，具体按照下述步骤实现：
[0013]A1，初始化
说 明 书
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