基于SM1算法CPU門禁讀卡器設計

姜志憲　張偉　王福虎

摘 要：針對目前門禁讀卡器主要采用Mifare卡技術，而該技術為偽隨機數認證、密鑰長度過短，導致易被破解。為了解決門禁系統安全性問題，研發一款支持SM1密碼算法CPU讀卡器，保證數據安全可靠性，滿足某些部門對門禁高安全加密應用的需求，能夠為門禁系統提供可靠性與安全性方面的保障。

關鍵詞：讀卡器;SM1算法;可靠性;安全性

隨著社會經濟的發展和科技的進步，門禁系統從最初的普通單元門對講，到可視的單元門對講，發展到現在的非接觸卡式門禁管理系統。并且隨著人們對安全意識的提高，人們對居住周邊環境的安全性、舒適性和便捷性也提出了越來越高的要求，智能門禁系統作為目前普遍采用的安防設備其性能也需要不斷提高，因此作為其核心組件的更高級別的門禁讀卡器的設計和應用就顯得非常重要[1]。

1 總體設計

國密CPU讀卡器主要由PSAM模塊、主控芯片、非接接口模塊，電平模塊四部分構成，主控芯片完成芯片操作系統的所有邏輯功能，是這個產品的核心硬件部件;PSAM模塊用來提供產品所需的密碼算法和密鑰存儲功能;非接通訊模塊用于與非接觸式門禁卡進行數據交互;電平轉換模塊用于完成信號的轉換[2]。讀卡器的總體設計框圖如圖1所示。

智能IC卡和門禁讀卡器之間采用SM1密碼算法進行身份鑒別和數據加密通訊，智能IC卡和門禁讀卡器之間認證由安裝在門禁讀卡器上的PSAM卡進行運算的。PSAM卡支持國密SM1算法，并可根據密鑰長度自動選擇算法，其中SM1算法為對稱加密，且算法不公開，安全性較高。門禁讀卡器獲得智能IC卡產生的身份鑒別信息后，將該信息通過PSAM卡模塊進行身份鑒別;如果信息合法，則將信息傳輸給主控模塊，并將處理后的信息上傳給門禁控制器。

2 硬件設計

硬件主要采用已經經過國家密碼管理局審批的SJK1116安全存取模塊、晶振和非接接口模塊等以及其他簡單外圍電路。主控芯片STC15W4K48S4完成芯片操作系統的所有邏輯功能，是這個產品的核心硬件部件;PSAM模塊用來提供產品所需的密碼算法和密鑰存儲功能;非接通訊模塊用于與非接觸式門禁卡進行數據交互;RJ45接口用于連接門禁系統控制器，通過網絡接口與門禁控制器進行通訊。SJK1116安全存取模塊內置真隨機數發生器。派瑞門禁系統安全讀卡器需要生成或使用真隨機數時，SJK1116的真隨機數發生器是唯一的隨機數來源。

3 軟件設計

讀卡器完成卡片類型的鑒別，主要借助PSAM卡與智能IC卡完成密碼通信功能，這樣門禁讀卡器就可以和智能IC卡完成身份信息的鑒別，達到讀取智能IC卡內部文件內容的目的[3]。最終，安全讀卡器將獲取的卡片內容上傳到門禁控制器。

該讀卡器的軟件部分主要是對主控芯片進行編程，主要分為尋卡、鑒別及讀卡三部分。讀卡器上電后進入初始化階段檢測讀卡模塊，檢測通過后讀卡器進入正常尋卡狀態;讀卡器檢測到卡后，對CPU卡進行認證鑒別，該鑒別過程主要通過讀卡器上的PSAM卡來完成;認證通過后開始讀取CPU卡片內容并將卡片內容通過外接通信接口上傳到門禁控制器。

4 結語

隨著國產算法的推廣，越來越多的密碼設備開始使用國產密碼算法。本文介紹了國密CPU讀卡器設計，同時從硬件和軟件兩個方面論述了該方案的可行性。該設計可以滿足相關部門對門禁高安全加密應用的需求，能夠為門禁系統提供可靠性與安全性方面的保障，市場前景很廣泛。

參考文獻：

[1]王海洋.新型非接觸式IC卡讀卡器設計及其應用[D].廣東工業大學，2014.

[2]閆永昭，鄭金州.基于國密SM1算法的CPU卡應用[J].現代電子技術，2013，36（15）：82-83+87.

[3]王素琴.Mifare1非接觸式IC卡的研究與實現[D].北京工業大學，2013.