由于國家“三金工程”的發(fā)展，一般的邏輯加密卡和非加密智能卡也被廣泛用于收費系統(tǒng)中，可想而知，其信息安全的重要性不言而喻。因此，一種基于數(shù)字混沌密碼的IC卡數(shù)據(jù)加密方法應(yīng)運而生，并成功將其應(yīng)用到智能儀表中，由于該加密方法具有較高的安全性，這樣保證了IC卡卡智能儀表的數(shù)據(jù)可靠，從而使得整個智能儀表系統(tǒng)具有很高的安全性能。

一、基于數(shù)字混沌的密碼設(shè)計

1、混沌系統(tǒng)及其特點

混沌系統(tǒng)是一個確定性系統(tǒng)，有確定的動態(tài)系統(tǒng)方程描述和方程中的確定參數(shù)，但是由于其對初始狀態(tài)和參數(shù)值的敏感性，使得其方程的軌跡具有隨機性，難以預(yù)測，即使是初始數(shù)值的差值很小，形成的軌跡也是千差萬別，而且混沌的軌跡具有白噪聲特性，即其軌跡等概率地分布在值域上，因此，正是利用混沌系統(tǒng)的這一特性，構(gòu)造出需要的混沌流密碼，并在通信、信息隱藏等方面具有廣泛的應(yīng)用。

Logsstc映射是一個離散序列混沌系統(tǒng)，其方程如下：

x(n+1)=rx(n)(1-x(n)) （1）

式中x(n)=(0,1) n=1,2,3...，并且當(dāng)參數(shù)r=(3.57,4)時，系統(tǒng)呈現(xiàn)混沌狀態(tài)。

顯然,該系統(tǒng)的值分布在(0,1)上，Schuster _HG用概率統(tǒng)計的方法證明了系統(tǒng)產(chǎn)生的混沌序列的概率分布密度函數(shù)為：

從（2）式可以看出，Logsstc混沌映射生成的序列具有遍歷性!，由于它還有d-like型自相關(guān)函數(shù)和零互相關(guān)函數(shù)，因此在加密方面具有優(yōu)良的性能。

2、基于混沌密碼的加密算法設(shè)計

基于混沌系統(tǒng)的密碼設(shè)計已經(jīng)成為密碼學(xué)中的一個熱門問題，特別是Logsstc這一映射的討論，人們已經(jīng)提出了各種各樣的實現(xiàn)方法，在基于Logsstc混沌密碼設(shè)計中，系統(tǒng)的初始值和參數(shù)r對密碼的設(shè)計至關(guān)重要，由于這2個參數(shù)在系統(tǒng)中分別占用8byte，于是密碼位數(shù)為2*8*8=128bit，由于DES加密算法具有相當(dāng)高的復(fù)雜性，使得破譯的開銷超過可能獲得的利益，而且在硬件上容易實現(xiàn)，因此，加密算法采用DES和CRC驗相結(jié)合的方式。

三、混沌密碼在智能卡上的實現(xiàn)

智能卡種類繁多，因其存儲容量和保密程度的不同而千差萬別，由于方便攜帶，存儲容量大，其應(yīng)用日益廣泛。邏輯加密卡和非邏輯加密卡因為價格低廉，軟硬件設(shè)計簡單，因此在智能儀表、智能門禁系統(tǒng)等方面得到了廣泛的使用。下面我們以西門子SLE4442卡這一應(yīng)用最普遍的卡為例介紹混沌密碼在智能卡上的實現(xiàn)。

SLE4442卡本身為邏輯加密卡，該卡共有256byte，其中前32byte出廠時已經(jīng)固化，不可更改，因此實際上該卡可以使用剩余的224byte，它具備3byte共計6位的密碼，如果不對密碼進(jìn)行驗證，無法對卡內(nèi)數(shù)據(jù)進(jìn)行寫操作，但是卡內(nèi)的數(shù)據(jù)是可以讀取的，因此卡內(nèi)的數(shù)據(jù)必須保證是安全的。否則，通過對智能儀表數(shù)據(jù)的讀寫和卡內(nèi)數(shù)據(jù)的分析，很容易對智能儀表系統(tǒng)進(jìn)行解密，從而產(chǎn)生不可估量的后果。

假定需要保密的信息為Nbyte(N<224)，為了對信息進(jìn)行加密，并能夠在系統(tǒng)的上位機和下位機之間進(jìn)行有效的密鑰交換，設(shè)定27byte的公鑰在上、下位機之間進(jìn)行傳輸，存放在智能卡第32至58位置處，格式如下：

1、基于混沌密碼流的IC卡數(shù)據(jù)加密算法

（1）生成混沌系統(tǒng)的隨機初始值x(0)和參數(shù)值r，序列的步長t=(1,32767)以及序列的開始序號s=(1,32767)。

（2）根據(jù)x(n+1)=rx(n)(1-x(n))，迭代進(jìn)行t(s-1)次得到開始序列x(n)。

（3）計算明文的CRC-32校驗和。

（4）根據(jù)明文長度計算混沌序列求得同樣長度的混沌序列。

（5）用混沌序列和明文進(jìn)行加密運算得到密文。

（6）生成密文隨機存放的位置p=(60,256-N）。

（7）將上面的數(shù)據(jù)按順序?qū)懭胫悄芸ǖ南鄳?yīng)位置。

可以看出，由于系統(tǒng)在上、下位機之間具備27byte，多216位的公鑰。這樣對它進(jìn)行無窮盡搜索找到真正的私有密鑰是不現(xiàn)實的，因此，系統(tǒng)的可靠性較強。對卡中的數(shù)據(jù)進(jìn)行修改，也將導(dǎo)致下位機對數(shù)據(jù)的棄用，因系統(tǒng)將進(jìn)行各類數(shù)據(jù)校驗，所以該算法可以有效保護卡中的數(shù)據(jù)信息。

利用混沌系統(tǒng)的類隨機性和難以預(yù)測性的特點，提出了一種基于混沌流密碼的IC卡數(shù)據(jù)加密算法，實現(xiàn)了智能卡信息的有效加密，并成功將該方法應(yīng)用到了智能儀表中，取得了很好的效果。

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