基于智能卡的多銀行離線電子現(xiàn)金模型及協(xié)議設(shè)計

　　隨著計算機網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和數(shù)字信息技術(shù)的迅速發(fā)展, 電子商務(wù)將成為信息化社會的主要商務(wù)模式, 其核心技術(shù)之一就是提供安全方便并能保障用戶隱私的電子支付系統(tǒng)( EPS) , 而電子現(xiàn)金( e-cash) 就是一種非常重要的電子支付系統(tǒng)。其中, 商家和用戶可擁有各自銀行的多銀行離線電子現(xiàn)金系統(tǒng)更符合實際需求, 是當(dāng)今各國學(xué)者研究的熱點問題。然而, 數(shù)字串形式的電子現(xiàn)金很容易被拷貝多次, 因此, 設(shè)計多銀行離線電子現(xiàn)金方案的一個重要問題就是阻止重復(fù)花費?，F(xiàn)有的離線解決方案有兩種:

　　a) 預(yù)先阻止。在用戶的電子錢包中加入防竄改硬件, 一般用于單銀行。例如, 1993 年由S. Brands[ 3 ] 首次提出的一種利用Smart 卡的電子支付系統(tǒng)。

　　b) 事后檢測。存儲時, 查找已支付的電子現(xiàn)金數(shù)據(jù)庫。如果找到與本次存儲的電子現(xiàn)金相同的記錄, 銀行會查出重復(fù)花費者的身份 。

　　大多數(shù)現(xiàn)有離線電子現(xiàn)金方案只采用方法b) 來確保安全性。但如果某人用錯誤的身份擁有賬戶, 或在重復(fù)花費大量貨幣后消失, 那么即使系統(tǒng)事后檢測出重復(fù)花費者的身份, 也無法禰補已經(jīng)造成的巨大損失?？梢? 能在發(fā)生前阻止重復(fù)花費的方法a) 也是非常重要的。

　　本文將多銀行離線電子現(xiàn)金協(xié)議的思想[ 4 ～6] 與上述兩種方法相結(jié)合, 采用橢圓曲線密碼體制, 提出一種基于智能卡的多銀行離線電子現(xiàn)金模型及相應(yīng)協(xié)議的詳細(xì)設(shè)計。該協(xié)議在確保用戶隱私性的情況下, 同時采用預(yù)先阻止和事后檢測兩種方法來有效解決重復(fù)花費問題, 減輕了銀行事后檢測的負(fù)擔(dān),增強了系統(tǒng)的安全性; 同時, 智能卡的引入又可以提高用戶在交易時的方便靈活性, 更切合實際發(fā)展的潮流。

　　1 基于智能卡的多銀行離線電子現(xiàn)金模型

　　本文提出的基于智能卡的多銀行離線電子現(xiàn)金模型。模型包括以下參與方: 銀行( Bank1 , ?, Bankn) 、用戶( User, 有自己的銀行Banki ) 和商家( Shopper, 有自己的銀行Bankj) 。各參與方之間執(zhí)行不同的協(xié)議來完成電子交易。

　　本模型的特點如下:

　　a) 多家銀行之間協(xié)同工作 , 相互傳遞信息, 共同完成任務(wù)。

　　b) 用戶的電子錢包中加入銀行發(fā)行的、不可竄改的智能卡。智能卡和用戶的個人計算機( PC 機) 通過相互制約共同完成協(xié)議。智能卡對PC 機的制約表現(xiàn)為: 如果用戶刪除智能卡中對自己不利的信息或兩次花費同一電子現(xiàn)金, 則智能卡不工作; PC 機對智能卡的制約表現(xiàn)為: 智能卡不能直接向外界傳送或從外界接收信息, 而必須通過PC 機進行, 以防止智能卡將用戶的保密信息( 如身份等) 泄露出去, 并且在PC 機和智能卡交互時要相互驗證[ 7] 。

　　在電子現(xiàn)金的生命周期中, 要經(jīng)過提取、支付和存儲三個過程, 前提是用戶和商家在各自的銀行有賬戶。如果沒有, 就必須先在各自的銀行申請一個新賬戶。因此, 在協(xié)議具體實現(xiàn)的過程中, 分為開戶、提取、支付和存儲四個過程。

　　下面簡述基于智能卡的多銀行離線電子現(xiàn)金模型中的交易流程:

　　a) 開戶。用戶、商家分別與自己的銀行執(zhí)行開戶協(xié)議, 并且要到銀行去確認(rèn)。銀行發(fā)給用戶一張智能卡, 它和PC 機組成用戶端電子錢包, 共同參與協(xié)議。

　　b) 提取。用戶和自己的銀行在認(rèn)證過的通信信道上執(zhí)行提取協(xié)議, 從用戶的賬戶中提取電子現(xiàn)金。電子現(xiàn)金的公鑰包含智能卡和PC 機共同產(chǎn)生的信息, 多家銀行對其進行受限盲簽名。

　　c) 支付。用戶與商家執(zhí)行支付協(xié)議, 要經(jīng)過智能卡的檢測, 確認(rèn)沒有重復(fù)花費后才可成功支付。該過程中, 商家無須與銀行進行通信, 該交易是離線的。

　　d) 存儲。商家和自己的銀行執(zhí)行存儲協(xié)議, 銀行檢測是否重復(fù)花費或重復(fù)存儲。如果沒有, 將電子現(xiàn)金存入商家的賬戶; 否則, 銀行可以從兩次不同的支付信息中揭示用戶或商家的身份。

　　2 基于智能卡的多銀行離線電子現(xiàn)金協(xié)議

　　按照上述電子現(xiàn)金的交易流程, 采用橢圓曲線密碼體制,來設(shè)計一個基于智能卡的多銀行離線電子現(xiàn)金協(xié)議。協(xié)議中多家銀行協(xié)同工作, 智能卡在方便用戶使用電子現(xiàn)金的同時起到監(jiān)控作用, 達到預(yù)先阻止重復(fù)花費的目的。

　　在協(xié)議執(zhí)行之前要求由多個銀行完成系統(tǒng)的初始化, 同時用戶和商家必須到各自的開戶銀行注冊獲取賬號。

　　2. 1 系統(tǒng)參數(shù)的建立

　　2. 2 開戶協(xié)議

　　2. 3 提取協(xié)議

　　2. 4 支付協(xié)議