GP SCP02协议 - 实例计算详解
一、概述
在智能卡中，卡和卡外实体都可以作为安全消息的发送实体和接受实体。因此，SCP02是卡和卡外实体之间，用于保证实体认证，传输数据完整性和数据来源认证，传输数据的机密性的安全通道协议。
在SCP02中，卡将至少支持以下由“i”定义的实现选项中的一个：
“i” = ‘04’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，无ICV加密，1个安全通道基本密钥，未指定卡Challenge生成方法，无R-MAC。
“i” = ‘05’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，无ICV加密，3个安全通道密钥，未指定卡Challenge生成方法，无R-MAC。
“i” = ‘0A’，隐式发起模式，未修改的APDU的C-MAC，ICV设置为AID的MAC值，无ICV加密，1个安全通道基本密钥，无R-MAC。
“i” = ‘0B’，隐式发起模式，未修改的APDU的C-MAC，ICV设置为AID的MAC值，无ICV加密，3个安全通道密钥，无R-MAC。
“i” = ‘14’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，为C_MAC会话加密ICV，1个安全通道基本密钥，未指定卡Challenge生成方法，无R-MAC。
“i” = ‘15’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，为C_MAC会话加密ICV，3个安全通道密钥，未指定卡Challenge生成方法，无R-MAC。
“i” = ‘1A’，隐式发起模式，未修改的APDU的C-MAC，ICV设置为AID的MAC值，为C_MAC会话加密ICV，1个安全通道基本密钥，无R-MAC。
“i” = ‘1B’，隐式发起模式，未修改的APDU的C-MAC，ICV设置为AID的MAC值，为C_MAC会话加密ICV，3个安全通道密钥，无R-MAC。
“i” = ‘24’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，无ICV加密，1个安全通道基本密钥，未指定卡Challenge生成方法，支持R_MAC。
“i” = ‘25’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，无ICV加密，3个安全通道密钥，未指定卡Challenge生成方法，支持R_MAC。
“i” = ‘2A’，隐式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为AID的MAC值，无ICV加密，1个安全通道基本密钥，支持R_MAC。
“i” = ‘2B’，隐式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为AID的MAC值，无ICV加密，3个安全通道密钥，支持R_MAC。
“i” = ‘34’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，为C-MAC会话加密ICV，1个安全通道基本密钥，未指定卡Challenge生成方法，支持R_MAC。
“i” = ‘35’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，为C-MAC会话加密ICV，3个安全通道密钥，未指定卡Challenge生成方法，支持R_MAC。
“i” = ‘3A’，隐式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为AID的MAC值，为C-MAC会话加密ICV，1个安全通道基本密钥，支持R_MAC。
“i” = ‘3B’，隐式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为AID的MAC值，为C-MAC会话加密ICV，3个安全通道密钥，支持R_MAC。
“i” = ‘44’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，无ICV加密，1个安全通道基本密钥，众所周知的伪随机数算法（卡Challenge），无R-MAC。
“i” = ‘45’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，无ICV加密，3个安全通道密钥，众所周知的伪随机数算法（卡Challenge），无R-MAC。
“i” = ‘54’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，为C-MAC会话加密ICV，1个安全通道基本密钥，众所周知的伪随机数算法（卡Challenge），无R-MAC。
“i” = ‘55’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，为C-MAC会话加密ICV，3个安全通道密钥，众所周知的伪随机数算法（卡Challenge），无R-MAC。
“i” = ‘64’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，无ICV加密，1个安全通道基本密钥，众所周知的伪随机数算法（卡Challenge），支持R-MAC。
“i” = ‘65’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，无ICV加密，3个安全通道密钥，众所周知的伪随机数算法（卡Challenge），支持R-MAC。
“i” = ‘74’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，为C-MAC会话加密ICV，1个安全通道基本密钥，众所周知的伪随机数算法（卡Challenge），支持R-MAC。
“i” = ‘75’，显式发起模式，修改后APDU的C-MAC，ICV设置为0，为C-MAC会话加密ICV，3个安全通道密钥，众所周知的伪随机数算法（卡Challenge），支持R-MAC。
本文讨论 i = ‘55’（伪随机数卡Challenge）的情况。
二、SCP02协议两条重要APDU
SCP02协议以两条指令体现。分别是：
1、INITIALIZE UPDATE Command
2、EXTERNAL AUTHENTICATE Command
不赘述以上两条指令，直接上实例，了解如何计算session key，Card Authentication Cryptogram，Host Authentication Cryptogram，Card Challenge（伪随机数）等。
三、实例
No.1
Command = 00A4040000
(Received) SW: 6C12 Data:
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No.2
Command = 00A4040012
(Received) SW: 9000 Data: 6F108408A000000003000000A5049F6501FF
Cmd RSW Results: 命令执行成功
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No.3
Command = 80500000080102030405060708
(Received) SW: 611C Data:
Cmd RSW Results: 回送数据有1C字节等待返回
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No.4
Command = 00C000001C
(Received) SW: 9000 Data: 00000000000000000000200200072ECCEBB6BA1FDF88B64A3B75C058
Cmd RSW Results: 命令执行成功
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No.5
Command = 8482000010B59940DCDE10EC7E625C0BA49051C6C9
(Received) SW: 9000 Data:
Cmd RSW Results: 命令执行成功根据以上实例计算如下：
前提条件：
已知SCP02的static keys，分别为：
STATIC ENC KEY: 404142434445464748494A4B4C4D4E4F
STATIC MAC KEY: 404142434445464748494A4B4C4D4E4F
STATIC DEK KEY: 404142434445464748494A4B4C4D4E4F
解析INITIALIZE UPDATE Command返回的响应数据：
| Key diversification data | Key information | Sequence Counter | Card challenge | Card cryptogram |
| 00000000000000000000 | 2002 | 0007 | 2ECCEBB6BA1F | DF88B64A3B75C058 |
1、第一步由SCP02 static keys计算SESSION KEY:
（1）ENC SESSION KEY计算方法:
使用算法：3DES - CBC模式加密（输入数据不再补位，icv为0）
使用key：static ENC key （404142434445464748494A4B4C4D4E4F）
输入数据：2字节S-ENC常量 + 2字节Sequence Counter + 12字节‘00’填充 （01820007000000000000000000000000）
ENC SESSION KEY: A2268F71917EFE0F33CC6166E1154E27
（2）C-MAC SESSION KEY计算方法:
使用算法：3DES - CBC模式加密（输入数据不再补位，icv为0）
使用key：static ENC key （404142434445464748494A4B4C4D4E4F）
输入数据：2字节C-MAC常量 + 2字节Sequence Counter + 12字节‘00’填充 （01010007000000000000000000000000）
ENC SESSION KEY: 7A227D376A9DBE23AB50B7DCB45B2093
（3）R-MAC SESSION KEY计算方法:
使用算法：3DES - CBC模式加密（输入数据不再补位，icv为0）
使用key：static ENC key （404142434445464748494A4B4C4D4E4F）
输入数据：2字节R-MAC常量 + 2字节Sequence Counter + 12字节‘00’填充 （01020007000000000000000000000000）
ENC SESSION KEY: EF14C57DB4BB9015E88963D9D920A588
（4）DEK SESSION KEY计算方法:
使用算法：3DES - CBC模式加密（输入数据不再补位，icv为0）
使用key：static ENC key （404142434445464748494A4B4C4D4E4F）
输入数据：2字节DEK常量 + 2字节Sequence Counter + 12字节‘00’填充 （01810007000000000000000000000000）
ENC SESSION KEY: F39FCFB2383B09578723B8C2E03B2729
2、Card Challenge（伪随机数）计算方法：
使用算法：DES CBC运算输入数据（length - 8）字节（数据前半段），icv为0；
3DES CBC运算输入数据剩余的8字节（数据后半段），icv为第一步单DES CBC运算的结果。
使用key：C-MAC SESSION KEY （7A227D376A9DBE23AB50B7DCB45B2093）
输入数据：安全域AID(如前面log)并填充（A0000000030000008000000000000000）。
（1）首先DES CBC计算：
key为：7A227D376A9DBE23
输入数据为：A000000003000000
结果为：445899189F7FC692
（2）最终3DES CBC剩余数据计算：
key为：7A227D376A9DBE23AB50B7DCB45B2093
数据为：8000000000000000
icv为：445899189F7FC692
结果为：2ECCEBB6BA1FD866
最终Card Challenge（伪随机数）为上述结果取前6个字节：2ECCEBB6BA1F。
3、Card Authentication Cryptogram计算方法：
使用算法：3DES CBC运算，icv为0
使用key： ENC SESSION KEY（A2268F71917EFE0F33CC6166E1154E27）
输入数据：8字节host challenge + 2字节Sequence Counter + 6字节Card Challenge，数据需要‘80’方式填充（010203040506070800072ECCEBB6BA1F8000000000000000）
结果：2078A1B45A0F1B9DB7DB67B6DEC50224DF88B64A3B75C058
Card Authentication Cryptogram为取上述结果的后8字节：DF88B64A3B75C058
4、Host Authentication Cryptogram计算方法：
使用算法：3DES CBC运算，icv为0
使用key： ENC SESSION KEY（A2268F71917EFE0F33CC6166E1154E27）
输入数据：2字节Sequence Counter + 6字节Card Challenge + 8字节host challenge，数据需要‘80’方式填充（00072ECCEBB6BA1F01020304050607088000000000000000）
结果：F25DE6478BCC3DD9B3A9D4EE7199BB13B59940DCDE10EC7E
Host Authentication Cryptogram为取上述结果的后8字节：B59940DCDE10EC7E
至此，SCP02相关的数据已经计算得出。以上计算仅供参考。