An Anonymous Secure Payment Protocol in a Payment Gateway Centric Model 付款閘道中心模型的匿名安全支付協定

An Anonymous Secure Payment Protocol in a Payment Gateway Centric Model付款閘道中心模型的匿名安全支付協定Jes´us T´ellez Isaac, Sherali ZeadallyProcedia Computer Science 10 ( 2012 ) 758 – 765

報告學生：周廷駿指導教授：陳炳彰

摘要

• 近年來，行動付款系統的採用有相當明顯的增長。大多數的系統都具同一情境 (scenario)，即各實體 (entity)皆與彼此直接相關，稱為全網路連接模式 (Full connectivity scenario)。

• 在不失付款安全的情況下，這些情境能就設計簡潔與發展付費協定等方面，向協定設計者提供有利的條件，但全網路連接模式無法讓客戶直接和商家聯繫。

• 以付款閘道中心情境為基礎，提出匿名安全付款協定的設計。採用對稱密鑰作業系統，能在低計算能力需求時，作業速度比非對稱式的系統要來得快。

緒論

• 消費者利用行動裝置來支付各類服務或商品的款項，如信用卡帳單、小額付費及電子貨幣。就大多數的行動付款系統而言，客戶端和商家之間的關係相當嚴苛，而且並不允許當事人直接的溝通。因此有必要發展行動付款系統，讓客戶透過付款閘道傳送訊息與商家互動。

• 以全網路連接模式為基礎，本篇論文提出的行動付款協定消除了行動付款系統的限制，在為了進行身分驗證的情形下，要求客戶端和商家之間作出直接聯繫。提出的付款協定支援信用卡交易，在購物過程中保護客戶端的真實身分，並且採用對稱式簽章法來滿足提出的協定對於安全方面的需求。

• 對稱加密（雙方採用共同金鑰）能提供訊息的保密性、完整性，提供參與者的身分認證作業，並且支援替代方案，以確保行動付款系統的協定安全。此外，也不需要高計算能力，也不需要額外的通訊處理步驟。

相關文獻• 過去十年內，出現了數個以全網路連接模式為基礎的行動付款協定。大多協定都以下列方式進行身分認證：用戶名／密碼、對稱、非對稱、橢圓曲線加密、二維條碼、生物辨識法。

• 雖然對稱和非對稱的簽章法被廣泛運用於身分驗證，但並非全部的方法都使用於保障行動商務的安全。

• 在行動情境下，並不可能在付款閘道中心案例使用這些協定，因為它限制只允許客戶端和商家各自與付款閘道作聯繫。

• 在通信限制的情境下，有些協定在改寫後克服此限制，並達到同樣的安全性以及效能。

• 提出一個採用對稱密碼系統的安全付款中心模型 (PCMS)協定，讓客戶端在不能直接與商家聯繫時，能處理付款請求。

操作模型

• 客戶端和商家之間並無直接關聯，因此這兩個實體間的訊息發送必須透過付款閘道傳送。客戶端與商家雙方各自對付款閘道的連結透過網路建立，採用行動電話營運商提供的通信技術。

• 由於發行機構、收單機構及付款閘道皆透過銀行的專用網路操作，它們之間的訊息交換安全不包含在本文的討論範圍。

付款閘道中心模型付款協定

• PCMS協定由兩個子協定組成，分別為 PCMS商家註冊協定，於客戶 C和商家 M之間執行，及 PCMS付款協定，於客戶 C和商家 M以及付款閘道 PG間執行。

• 客戶必須在 PCMS商家註冊協定中與商家註冊，才能發送金鑰。每次客戶想要和商家進行交易時，都得執行協定。

• 當客戶和商家交換必要資訊，他們能利用相同的金鑰生成技術來建立新的對稱金鑰。客戶端也能開始使用 PCMS付款協定。

• 因為 PCMS付款協定，客戶端能向商家購買貨物，然後使用信用卡付帳。

付款閘道中心模型付款協定• 步驟 1：客戶 C和商家 M（透過付款閘道 PG）交換開始協議所需要的必要資訊。

• 步驟 2：客戶 C建立付款請求。

• 步驟 3：付款閘道 PG收到付款請求，將該訊息傳送至商家 M做處理。

• 步 驟 4 ： 商 家 M 產 生 價 值 主 張 請 求 (Value-Claim Request)。

付款閘道中心模型付款協定

• 步驟 5：使用銀行的專用網絡，付款閘道 (PG)進行認證以及同意執行付款動作。

• 步驟 6：付款閘道 (PG)產生價值主張回應 (Value-Claim Request)。

• 步驟 7：付款閘道 (PG)產生付款請求（代表客戶請求，並稱為 Presponse）。

付款閘道中心模型付款協定

安全分析• 就 PCMS協定而言，客戶會使用一個暱稱（僅有客戶端和發行機構所知的暫時身分），商家和付款閘道皆不能得知客戶端的暱稱及真實身分。

• 每一筆交易的進行，該協定所傳輸的訊息皆受到對稱加密保護。加密金鑰也允許接收者和發送者進行相互驗證。

• 對稱金鑰能由客戶端或發行機構產生（非商家），確保了交易的不可否認證據，向其他方證實客戶確實已經向商家發送訊息或是請求進行交易。

• 在傳送訊息中的時間戳能確保訊息在有效期內，避免受到重複攻擊 (reply attacks)。此外，每一筆交易皆使用源自一個主金鑰的不同對稱金鑰，確保我們提出的協定能抵禦金鑰猜測攻擊 (key guessing attacks)。

成效分析

• PCMS協定和 KSL以及 LMPP作比較是因為它們採用對稱式金鑰，和提出的實體訊息交換以及金鑰生成技術相似。

成效分析

• 和 KSL以及 LMPP相比， PCMS需要進行的對稱金鑰加密／解密的密碼操作較少。

• 與 KSL和 LMPP相比， PCMS在金鑰雜湊函數方面，需要較小密碼操作。就雜湊函數來說， PCMS和 LMPP進行密碼操作相同。

• 金鑰生成步驟能在離線時完成，提出的協定在金鑰生成步驟上除了比 KSL和 LMPP需要較多的密碼操作外，並不會造成更大的延誤。

結論

• 本文提出一個適用於安全線上支付的輕量型通訊協定，能在限制客戶端於商家通訊的情境下操作。

• 協定採取對稱加密技術，對任何一方來說皆符合低計算要求。

• 提出的協定是以一受限情境為基礎，為了行動付款系統而設計的，仍能確保安全特性。

• 成效分析顯示，提出的行動付款協定 (PCMS)需要較少的計算，會提升端對端之間的成效，也能被應用於具有限資源的行動裝置上。