基于MAXQ1850安全芯片的PIN输入安全设计

王国民　闻海霞

摘 要：针对银行卡PIN输入安全的保护工作，通过同时使用逻辑和物理两个手段对PIN输入进行保护，利用MAXQ1850安全芯片独有的安全机制应用到PIN输入安全保护当中，确保了银行卡使用安全。

关键词：MAXQ1850安全芯片；PIN输入

在金卡工程的推动下[1]，我国的银行卡业务发展迅速，银行卡的联网通用工作取得显著成绩，应用和服务水平明显提高，银行卡已成为广大人民群众方便、快捷、安全的支付工具。有关银行卡的使用安全研究日益受到人们的重视，只要是能操作银行卡的终端设备，都必须对PIN输入的安全进行防护。

1 硬件设计

1.1 处理器

处理器采用的是MAXIM公司的MAXQ1850，该芯片是一款低功耗、32位RISC器件，设计用于电子商务、银行及数据安全系统。具有四路独立自毁技术以及先进的硬件加密和防篡改检测技术，提供业内领先的数据安全和密钥保护。

物理安全机制包括环境传感器，可检测出超范围的电压或温度，检测到这种情况时会立即清除关键数据。内部硅片上的防护网可提供防探针保护。内部高速环形振荡器可阻止通过控制芯片时钟频率的攻击。为保护数据，集成了多个高速、抗解析的加密引擎。硬件算法包括：AES（达256位）、DES、3DES（2密钥和3密钥）、WCDSA（达256位密钥）、DSA、RSA（达2048位）、SHA-A、SHA-24以及SHA-256。MAXQ1850先进的安全功能完全符合ITSEC E3高级、FIPS 140-23级以及公共标准等最严格的安全认证要求。

芯片含256KB闪存，16KB ROM，8KB安全数据SRAM，硬件支持7816/USB/SPI/USART等协议，真正的硬件随机数、实时时钟、可编程看门狗定时器以及灵活的16位定时器，可支持捕获、比较及脉宽调制操作，支持JTAG下载调试。

1.2 自毁检测设计

芯片独有的四路独立自毁检测脚，每一路可单独配置成开路或闭路自毁，通过结构和PCB上的一系列的防护触点或开关，形成交叉的开路和闭路自毁检测防护网络。

1.3 按键设计

如图1所示，按键设计采用随机轮转的按键能量消耗防护技术，防止密码输入时的能量探测[2]。

1.4 结构设计

在PIN输入设备的上下壳、显示屏、按键导电胶，凡是可拆卸并易探测、更换的部件处增加触点开关，配合PCB和自毁检测输入组成交叉安全防护网络。

1.5 PCB设计

在PCB上划分核心安全区和一般安全区，安全芯片位于核心安全区，核心安全区增加单独的硬件防护机制，使用PCB墙板或金属屏蔽罩对核心区进行防护，PCB均采用多层板设计，所有敏感数据引脚和自毁检测输入脚走线均采用盲埋孔技术，四路自毁检测输入脚在内层走线均为蛇形，并进行交叉互锁。

2 软件设计

主程序流程图如图2所示，上电工作首先进行初始化，然后打开终端，查询自毁状态寄存器，如有变化则立即清除敏感数据，并及时提醒自毁并显示自毁代码（提示哪一路自毁和自毁方式）。如状态寄存器未发生变化则查询按键和自毁状态寄存器。

3 结论

本文提出的基于MAXQ1850安全芯片的单芯片高集成度RISC的安全PIN输入设计方案，确保了输入设备的安全可靠与较低的成本，我们用此方案成功的完成了PIN输入密码键盘的设计工作，并通过了中国银联PIN输入设备安全认证，现已开始大批量应用于银行等金融领域。

[参考文献]

[1]叶伟春.金卡工程.上海，上海译文出版社，2003.3.

[2]刘海成.嵌入式系统智能键盘的软件设计[J].单片机与嵌入式系统应用，2010（01）：21-23.