關于門禁系統(tǒng)控制器安全漏洞的技術探討

　　四、解決方案

　　1．門禁控制器工作原理

　　為了阻斷“后門卡” 的通路。我們必須首先熟悉門禁系統(tǒng)各個設備的工作原理，了解各個設備是如何協(xié)調(diào)工作的，掌握其運行的機制，這樣就可以找到解決問題的辦法。為了說明問題，我們可以構建一個簡化的門禁系統(tǒng)模型。在這個模型中，使用一個門禁控制器控制管理一個感應讀卡器，設備之間通過RS485進行數(shù)據(jù)通訊。系統(tǒng)的工作流程如圖

圖2 門禁系統(tǒng)工作流程

　　門禁控制器工作在兩種模式之下。一種是巡檢模式，另一種是識別模式。在巡檢模式下，控制器不斷向讀卡器發(fā)送查詢代碼，并接收讀卡器的回復命令。這種模式會一直保持下去，直至讀卡器感應到卡片。當讀卡器感應到卡片后，讀卡器對控制器的巡檢命令產(chǎn)生不同的回復，在這個回復命令中，讀卡器將讀到的感應卡內(nèi)碼數(shù)據(jù)傳送到門禁控制器，使門禁控制器進入到識別模式。

　　在門禁控制器的識別模式下，門禁控制器分析感應卡內(nèi)碼，同設備內(nèi)存儲的卡片數(shù)據(jù)進行比對，并實施后續(xù)動作。門禁控制器完成接收數(shù)據(jù)的動作后，會發(fā)送命令回復讀卡器，使讀卡器恢復狀態(tài)，同時，門禁控制器重新回到巡檢模式。

2．數(shù)據(jù)篩選器的工作原理

　　通過上面門禁控制器和讀卡器的工作流程，可以看出要實現(xiàn)開門，需要經(jīng)過以下幾個步驟：

　　1)感應讀卡器讀取感應卡信息，獲取感應卡內(nèi)碼；

　　2)感應讀卡器將感應卡信息傳遞到門禁控制器；

　　3)門禁控制器對讀取的感應卡數(shù)據(jù)和系統(tǒng)內(nèi)部存儲信息進行比對；

　　4)門禁控制器根據(jù)判斷結果，控制電路實現(xiàn)開門。

　　其中步驟1在讀卡器內(nèi)部完成，步驟3、4在門禁控制器中完成，它們已經(jīng)固化到設備 當中，無法改變。而第2步是通過連接兩個設備的RS485通訊線完成的，這為我們從根本上阻止“后門卡”創(chuàng)造了條件。

　　我們設計一個稱為數(shù)據(jù)篩選器的設備，該設備串行安裝在數(shù)據(jù)通訊的通道上，對所有刷卡的內(nèi)碼先行經(jīng)過該設備的比對，對認可的數(shù)據(jù)，將卡片內(nèi)碼數(shù)據(jù)發(fā)送到門禁控制器進行后續(xù)操作；對不被認可的數(shù)據(jù)，直接將數(shù)據(jù)丟棄；這就使得那些“后門卡” 的數(shù)據(jù)根本無法發(fā)送到門禁控制器，從而從根本上截斷了“后門卡”信息的通路。以下就是數(shù)據(jù)篩選器的工作框圖。

圖3數(shù)據(jù)篩選器的工作框圖

　　數(shù)據(jù)篩選器如同門禁控制器一樣，一般工作在巡檢模式下，它不斷向感應讀卡器發(fā)送巡檢數(shù)據(jù)，并且等待獲取感應卡內(nèi)碼數(shù)據(jù)。在這個過程中，感應讀卡器已經(jīng)完全和門禁控制器分離，門禁控制器對它的巡檢命令完全由數(shù)據(jù)篩選器完成。只有當數(shù)據(jù)篩選器獲取到卡信息并通過自身驗證之后，才將數(shù)據(jù)送到門禁控制器。建立起感應讀卡器和門禁控制器的聯(lián)系。數(shù)據(jù)篩選器進行自身驗證的數(shù)據(jù)源是經(jīng)可靠途徑獲取的卡片內(nèi)碼數(shù)據(jù)?！昂箝T卡”的內(nèi)碼不可能被傳遞到數(shù)據(jù)篩選器中，從而阻止了“后門卡”的攻擊。

　　3．數(shù)據(jù)篩選器的硬件實現(xiàn)

　　根據(jù)以上思路，可使用單片機實現(xiàn)硬件電路設計，硬件框圖如圖4所示。單片機的～個串口，同門禁控制器以及讀卡器進行通訊，這個串口通過切換電路來保證在一個時間點上只能和兩種設備之一進行通訊，所有傳送到門禁控制器的命令全部是經(jīng)過單片機程序確認的合法命令，這樣就可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的篩選和隔離。同時，單片機還要通過另一個串口，監(jiān)聽門禁控制器與控制計算機之間的通訊，通過解析通訊內(nèi)容，來獲取合法的感應卡內(nèi)碼數(shù)據(jù)，并將數(shù)據(jù)存儲在一個大容量E PROM中，作為數(shù)據(jù)比對的依據(jù)。

　　4．數(shù)據(jù)篩選器軟件流程

　　串口是聯(lián)系門禁控制器和感應讀卡器的通訊端口。在巡檢模式下，數(shù)據(jù)篩選器通過串口，模擬門禁控制器。向感應讀卡器發(fā)送查詢命令；感應讀卡器沒有被刷卡，發(fā)送沒有感應卡的回復命令；數(shù)據(jù)篩選器進行下一輪查詢。

　　當感應讀卡器有刷卡后，卡片數(shù)據(jù)會傳送到數(shù)據(jù)篩選器。數(shù)據(jù)篩選器進入到識別模式，將卡片數(shù)據(jù)與本地存儲的標準數(shù)據(jù)進行比對，如果數(shù)據(jù)不存在。則將數(shù)據(jù)丟棄，并回復感應讀卡器數(shù)據(jù)已經(jīng)接收。數(shù)據(jù)篩選器返回到巡檢模式并開始下一輪查詢。

　　如果數(shù)據(jù)在存儲器中被找到，說明這張卡是一張合法卡，則應該將數(shù)據(jù)發(fā)送到門禁控制器。此時，設備首先進行串口的切換，使單片機和門禁控制器進行通訊。將從感應讀卡器接收的數(shù)據(jù)原樣發(fā)送到門禁控制器。并等待接收門禁控制器的回復；收到回復后。再次將串口切換回同感應讀卡器進行通訊，轉發(fā)門禁控制器的回復命令；完成數(shù)據(jù)的傳送之后，數(shù)據(jù)篩選器回到巡檢狀態(tài)，進行下一輪查詢。具體的比對流程如圖5所示。

　　數(shù)據(jù)篩選器通過實時監(jiān)聽門禁控制器與控制計算機之間的通訊，從中獲取合法的感應卡內(nèi)碼數(shù)據(jù)，并存儲在數(shù)據(jù)篩選器的E PROM中，作為將來進行數(shù)據(jù)比對的依據(jù)。其工作流程如下：數(shù)據(jù)篩選器監(jiān)聽計算機發(fā)送給門禁控制器的所有命令，通過解析，獲取所有對卡片進行增、刪、改的內(nèi)部操作命令，根據(jù)命令，相應地將E2pROM中存儲的感應卡內(nèi)碼數(shù)據(jù)進行增、刪、改，保證數(shù)據(jù)篩選器內(nèi)存儲的數(shù)據(jù)與門禁控制器的合法數(shù)據(jù)保持一致。具體操作流程如圖6所示：

　　在現(xiàn)實中，由于門禁控制器、前端設備以及它們之間的通訊協(xié)議均由同一生產(chǎn)廠商生產(chǎn)，因此可能存在“后門卡” 的安全隱患。對于特殊部門、要害部門來說，他們對安全有著特殊的要求，在使用門禁系統(tǒng)保護安全的同時，也關心設備自身的安全性、可靠性。筆者在文中提出的數(shù)據(jù)篩選器構想可以有效的防止“后門卡”對門禁系統(tǒng)的攻擊，保障門禁系統(tǒng)自身的安全。