基于轻量级数字签名的银行卡身份认证系统

摘要

近年来，银行卡产业虽然得到了快速的发展，但是各类银行卡的风险也逐渐地凸显。其中侧录、克隆银行卡诈骗犯罪呈现高发趋势。这些不法之徒不但严重影响了持卡人以及金融机构的资产安全，还扰乱了正常的社会与经济秩序。因此解决银行卡的安全性问题迫在眉睫，直接关系到银行卡产业的发展以及金融行业的稳定。
　　本文首先对现有磁性银行卡易被伪造以及IC银行卡推广的高成本等不足进行了分析，提出了将JUNA轻量级数字签名技术和居民身份证应用于银行卡防伪的优势。用私钥对客户信息（含身份证号）进行签名，用生成的JUNA数字身份替代CVV码存储在磁道中，以确保银行和银行卡之间是发行和被发行的关系，保证银行卡不是盗刷者伪造，并且以身份证作为安全可信根，在现有ATM机中加入居民身份证验证模块，确保客户和银行卡之间是持有和被持有的关系，保证即使盗刷者采用复制磁道所有内容的方式克隆卡，在没有卡片持有者身份证的情况也是无法得逞的。银行卡在ATM机交易时首先利用从身份证读卡器中提取的身份证号以及磁道内保存的客户信息进行重新组合，再用公钥对重新组合的信息进行JUNA数字身份验证。验证的结果同时保证了客户、银行卡和银行三者之间的对应的关系，可以真正防止银行卡的盗刷行为。
　　然后从客户和银行的角度，提出了银行卡身份认证系统的功能需求，设计出本系统的总体框架，包括银行卡印制子系统、密钥生成子系统、数字身份编码子系统和验证报警子系统，其中验证报警子系统又可细分为身份验证子系统和伪卡报警子系统。并对各个子系统的具体功能和业务流程进行了设计，其中密钥生成子系统用来产生公钥和私钥;数字身份编码子系统用来生成数字身份;验证报警子系统用来验证银行卡是否为伪卡，如果验证是伪卡，记录相应的伪卡信息，为银行和警方追究盗刷行为的违法事件提供线索。
　　最后给出本系统所用到数据储存方式，展示系统办卡系统的模拟实现和ATM机验证过程的仿真实现，分析基于JUNA数字签名的银行卡身份认证系统的安全性，并且通过与IC银行卡的成本对比，证明本文设计的系统具有易操作，低成本，高防伪的特性，推广性较强。

目录

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要内容

1．4 论文的结构安排

第二章 相关理论与技术

2．1 单向散列函数

2．2 数字签名的定义及常用签名技术

2．2．1 数字签名的定义

2．2．2 RSA签名算法

2．2．3 ECC签名算法

2．2．4 REESSE1+签名方案

2．3 数字身份

2．4 超长整数算法

2．5 身份证的可信性

2．5．1 数字防伪技术

2．5．2 射频识别技术

2．5．3 工作原理

2．5．4 芯片

2．6 现有磁性银行卡规范

2．6．1 磁卡物理结构及数据结构

2．6．2 磁道使用的数字和字符

2．6．3 磁道的标准定义

2．7 本章小结

第三章 系统功能需求分析

3．1 现有磁性银行卡的伪卡犯罪现状

3．2 现有银行卡的防伪措施及漏洞分析

3．2．1 卡片验证码校验技术防伪

3．2．2 芯片防伪

3．3 JUNA应用于银行卡身份认证系统的优势

3．3．1 基于JUNA的磁性银行卡与基于CVV的磁性银行卡对比

3．3．2 基于JUNA的磁性银行卡与IC银行卡对比

3．4 系统功能需求

3．5 新型ATM业务流程图

3．6 本章小结

第四章 银行卡身份认证系统的概要设计

4．1 网络拓扑

4．2 系统的模块组图

4．3 系统数据流程图

4．4 银行卡身份认证序列图

4．5 数据库关系模型

4．6 本章小结

第五章 系统的详细设计

5．1 超长整数算法

5．1．1 减法

5．1．2 除法

5．1．3 模运算

5．2 数据库设计

5．2．1 数据库关系图

5．2．2 详细表设计

5．3 银行卡印制子系统

5．4 密钥生成子系统

5．5 数字身份编码子系统

5．6 验证报警子系统

5．6．1 身份验证子系统

5．6．2 伪卡报警子系统

5．7 本章小结

第六章 系统仿真与效果分析

6．1 成果展示

6．1．1 数据存储方式

6．1．2 银行卡办卡过程仿真

6．1．3 新型ATM机验证过程仿真

6．2 系统的安全性分析

6．2．1 系统设计的总体安全性分析

6．2．2 银行卡的防伪性分析

6．2．3 银行卡的防侧录性分析

6．3 系统的可用性分析

6．3．1 升级成本

6．3．2 便民性

6．4 本章小结

第七章 结论与展望

参考文献

致谢

攻读硕士期间发表的学术论文

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