Card Brand Mixup Attack（对银行卡的攻击）

感慨（可略过）

原本以为自己只有快到研究生的时候，才会这么读全是英文的文字，但是没想到老师让我提前了这么多，，不能说看懂了吧，只能一点一点写，别再读着读着忘了哈哈哈

概括

我搜集了一部分资料，因为我光看英文的理解不了 发现，这是一套论文的下半部分，上半部分应该是另一篇论文，跟这个论文是同一个作者，在上一篇文章中，讲述了研究人员构造了一个很巧妙的relay attack，把contactless payment和标准的支付连接起来，但是在中间过程进行了一些交易数据的篡改。也就是说，先借用无感支付来生成一些可信数据，然后把这些数据用在一个恶意的支付过程中就不需要输入PIN码而完成支付了。但是上一篇大多针对的visa卡进行的攻击和实验，因为visa卡要比万事达卡多了一层防御，也就是Visa 协议中的缺陷是缺乏对 CTQ （卡交易限定符）数据对象的身份验证。这种攻击不适用于万事达卡协议，因为与 Visa 协议相比，该卡（缺乏）对消费者设备上持卡人验证的支持受到加密保护，不会被修改。，也就是然后这一篇文章的来源吧可以说是。这一篇就是进一步针对MasterCard开展了攻击。此前针对VISA的攻击里面，攻击者完全可以绕过PIN码，而针对MasterCard的攻击就是一个非常典型的数学家思维模式——先去欺骗交易参与者以为这张卡是一张VISA卡而不是一张MasterCard，然后再利用前一篇论文的方法来绕过MasterCard的PIN码验证

细说

第一部分：Introduction

主要是介绍了一下国外的三大银行卡公司EMV。EMV三个字母分别代表Europay、MasterCard与Visa，是制定该标准最初的三家公司。目前标准由 EMVCo 机构管理，EMVCo最初由EMV三大组织于1999年2月共同成立，目前由Visa、Mastercard、JCB、美国运通、中国银联和Discover共同负责。主要任务系发展制定与主管维护EMV支付芯片卡的规格、标准与认证，监督并确保该标准于全球的安全互通性与其付款环境的可用性。然后大体得介绍了一下用户进行交易时，在用户看不到得地方会发生什么事情，大体流程如下。

涉及四方：（1）支付终端； (2) 商户收单行，即代表商户处理卡支付的银行或金融机构； (3) 连接收单机构和发卡机构的支付网络； (4) 发行者本身。有多种支付网络，例如 Visa 或 Mastercard 网络，收单行选择授权请求发送到的机制称为路由。通常，路由基于支付卡的品牌。例如，如果卡是 Visa 品牌的，则授权请求将路由到 Visa 支付网络。
接着介绍了一下支付终端如何确定卡的品牌，如何对文章的大体内容进行了一个概况

第二部分：Background

这里分为两部分，一个就是visa的中继攻击和pin绕过

visa的中继攻击就是在非接触支付时，近场通信 (非接触式支付使用的通信技术）它允许任何合适的支持 NFC 的设备与非接触式卡进行通信并进行欺诈交易。虽然 NFC 信号的范围通常只有几厘米，但它可以通过中继攻击扩展到更大的范围。中继攻击者使用两个无线连接的移动设备，使受害者的卡与远程支付终端进行交易。

然后简单介绍了一下在技术层面PIN绕过的实现原理，就是在数额较大的时候，会需要PIN进行验证，但是小额的时候可以免密支付，这就造成，攻击者将卡交易限定符 (CTQ，Card Transaction Qualififiers) 设置为值 0x0280，然后就相当于告诉终端不需要PIN验证，在持卡人消费的设备上已经进行验证了从而实现PIN绕过

第二个就是：EMV 非接触式协议
（1）应用选择
使用六个 EMV 非接触式协议之一执行交易。每笔交易都从应用程序选择过程开始，其中终端发出 SELECT 命令，卡为支持的应用程序（也称为内核或协议）提交应用程序标识符 (AID，Application Identififier)。根据收到的 AID，终端激活交易的内核，它是以下之一：

• 用于万事达卡 AID 的内核 2，

• 用于签证援助的内核 3，

• 用于美国运通 AID 的内核 4，

• 用于 JCB AID 的内核 5，

• 用于发现 AID 的内核 6，

• 银联AID 内核7。

与本文工作最相关的内核是万事达卡，工作原理如图

（2）离线数据认证
在内核被激活并通过第二个 SELECT 命令向卡宣布后，卡请求处理数据对象列表 (PDOL，Processing Data Object List)，它指示卡为协议所需的一些特定于交易的数据对象。这些数据对象包括但不限于交易金额、终端的国家代码和终端生成的随机数。

使用 GET PROCESSING OPTIONS 命令，终端向卡提供请求的 PDOL 数据。后者使用应用程序交换配置文件 (AIP，Application Interchange Profifile) 和应用程序文件定位器 (AFL，Application File Locator) 进行响应。 AIP 将卡的功能告知终端，而 AFL 是终端用于使用 READ RECORD 命令请求卡的静态数据（也称为记录）的数据对象。

此时，终端对卡进行密码验证。此过程称为离线数据身份验证 (ODA，Offlfline Data Authentication)，并使用以下三种方法之一：

1.静态数据认证 (SDA，Static Data Authentication)

2.动态数据认证（DDA，Dynamic Data Authentication）

3.组合动态数据认证（CDA，Combined Dynamic Data Authentication）

（3）持卡人验证
持卡人验证方法 (CVM) 如下：

1.在线PIN：终端将在终端键盘上输入的密码加密后发送给发卡机构进行验证。

2.消费设备CVM：持卡人验证在消费设备上进行。此方法主要用于 Google Pay 和 Apple Pay 等移动支付应用程序，通过指纹或面部识别等生物识别技术验证持卡人。

3.纸质签名：持卡人（用笔）在购买收据上签名，收银员对照银行卡背面的物理签名进行核对。

如果适用，通常当金额高于 CVM 要求的限额时，终端通过选择上述三种方法中的一种（或两种）来验证持卡人。

（4）交易授权
交易授权是通过让卡计算和传输应用密码 (AC，Application Cryptogram) 来实现的。这是一个基于 MAC 的交易加密证明，通过交易细节、AIP 和应用交易计数器（ATC，在每次交易时递增）计算得出。

第三部分：通过卡品牌混合绕过 PIN

威胁场景

1.攻击者可以访问受害者的卡。

2.攻击者在卡和终端之间的无线信道上具有主动（所谓的Dolev-Yao）攻击者的能力。也就是说，攻击者可以在该通道上读取、阻止和注入消息。

该模型在实践中是现实的。攻击者可以访问丢失或被盗的受害者卡。实际上，在实践中，仅在物理上靠近受害者的卡（几厘米内）就足够了。此外，使用支持 NFC 的标准智能手机可以对无线信道进行主动中间人攻击。

攻击方法
建立在中继攻击架构之上的中间人攻击：

1.终端发送选择命令

2.卡片回应，我是一个万事达卡

3.攻击者用我是一个VISA代替响应

4.事务处理将在两个同时进行的会话中继续进行：
Terminal & Attacker running the Visa protocol，攻击者运行Visa协议
Attacker & Card running the Mastercard protocol

5.Attacker applies PIN bypass on Visa

如果往细致的地方讲的话，就是

对于支付终端执行万事达卡内核的交易，无法绕过 PIN 验证。根据该内核的规范，AIP（特别是字节 1 的第 2 位）是唯一指示卡支持设备上持卡人验证的数据对象。因此，修改 AIP 将导致交易被拒绝，因为它是使用卡的 PK 证书、应用程序密码 (AC) 和签名动态身份验证数据 (SDAD) 进行身份验证的。已经用几张卡验证了这一点。

与 AIP 不同，卡的应用标识符 (AID) 不受保护。事实上，AID 仅在 SELECT 命令交换期间使用。这些交换完成后，终端根据从卡上接收到的AID激活相应的内核。例如，如果首选 AID（或第一个，取决于终端的选择方法）是 AIDVisa = 0xA0000000031010，则终端激活 Visa 内核。如果 AID 改为 AIDMastercard = 0xA0000000041010，则终端激活 Mastercard 内核。由于缺乏对 AID 的认证，攻击者可以恶意替换它们，从而在终端上激活所需的内核。这是攻击利用的基本安全缺陷。上图显示了攻击的概述，下面是分步说明：

1.激活Visa内核：终端首先激活Visa内核。为此，攻击者应用了刚才描述的技巧，即用 AIDVisa 替换卡的合法 AID。

2.请求处理选项：在协商 AID 后，攻击者从卡接收处理数据对象列表 (PDOL) 的请求（即标签和长度）。攻击者将此请求转发到终端，并添加对终端交易限定符 (TTQ，Terminal Transaction Qualififiers) 和 Visa 内核指定的所有其他处理数据对象的请求。攻击者的请求中还包括万事达内核指定的First Card Risk Management Data Object List (CDOL1)所引用的数据对象，通常是终端类型(TT，Terminal Type)和持卡人验证方法结果(CVMR，Cardholder Verifification Method Results)。

3.运行万事达卡会话：一旦攻击者从终端接收到 GET PROCESSING OPTIONS，攻击者就会运行与卡的万事达卡会话。该步骤不涉及终端。子步骤如下：

​ (a) 攻击者构建并向卡发送 GET PROCESSING OPTIONS 命令以及卡请求的 PDOL 数据，该数据从终端的命令有效载荷中填充。该卡使用应用程序交换配置文件 (AIP) 和应用程序文件定位器 (AFL) 响应攻击者的命令。

​ (b) 攻击者使用收到的 AFL 继续读取卡的记录。收集的相关记录是 PAN、卡的到期日期、发卡行国家代码、应用程序使用控制以及 CDOL1 标签和长度。

​ © 攻击者构建并向卡发送GENERATE AC 命令，其载荷是CDOL1 数据，其中填充了从终端的GET PROCESSING OPTIONS 命令的载荷中解析出的PDOL 数据。 CDOL1 通常是 PDOL 的超集。如果卡支持 CDA（即 AIP 字节 1 的第 1 位已设置），则该命令应请求 CDA。此外，必须分别清除和设置命令参考控制参数（即字节 3）的第 7 位和第 8 位。这告诉银行卡正在请求 ARQC。

​ (d) 根据卡对 GENERATE AC 命令的响应，攻击者收集 CID、ATC、IAD 以及 AC 或 SDAD，具体取决于是否请求了 CDA。如果发送 SDAD，则攻击者必须使用卡的公钥 (PK) 提取 AC。使用收到的银行卡记录，攻击者使用以下步骤检索银行卡的 PK：

​ i.从 CA 的索引中检索 CA 的 PK，

​ ii.使用 CA 的 PK 从颁发者的 PK 证书中检索颁发者的 PK，

​ iii.使用发行人的 PK 从卡的 PK 证书中检索卡的 PK。

4.PIN绕过：此时对Visa 进行PIN 绕过攻击。也就是说，攻击者注入一个值为 0x0280 的 CTQ 数据对象，它指示终端不需要在线 PIN 验证并且执行了消费设备 CVM。攻击者与 CTQ 一起提供 AIP、值为 0x18010100 的人工 AFL、AC、IAD 以及 Visa 内核指定的所有其他数据对象。

5.传输记录：响应终端的 READ RECORD 命令，由于人工 AFL 为 0x00B2011C00，攻击者回复 PAN、到期日期、应用程序使用控制 (AUC，Application Usage Control) 和发行国。

下面是用图片表示

第四部分：对策

A验证防御对策
对 Visa 的 PIN 绕过攻击提出了两个修复程序。这些修复是：

1.终端必须始终设置终端交易限定符 (TTQ) 字节 1 的第 1 位。

2.终端必须始终验证签名动态认证数据 (SDAD)。

上述修复确保使用 Visa 内核处理的高价值交易使用 Visa 的安全配置（在线授权中的 DDA），其中要求卡提供 SDAD，终端对其进行验证。从结果（上表，第 4 行）中可以看出，已经验证了这种配置以及上面列出的两个修复程序，可以防止将万事达卡变成 Visa 卡。由于卡签名以生成 SDAD 的数据的特定于内核格式，因此修复工作有效。
换句话说，对于需要在线授权的交易，万事达卡生成的 SDAD 不会通过运行 Visa 内核的终端的验证。此外，提出了以下新颖的 EMV 范围对策，内核可以在内部实施这些对策，以保证安全的在线授权交易，而不必依赖 Visa 特定的对策：

1.所有交易必须让卡生成SDAD并由终端验证。

1.选定的 AID 必须是 SDAD 输入的一部分。

第一个对策概括了在原文前面列出的两个修复方法。第二个对策正是针对在本文中描述的银行卡品牌混淆攻击。使用扩展模型为这些对策制作了机器检查的安全证明。这意味着它们可以有效地防止卡品牌混淆攻击以及 PIN 绕过攻击。请注意，第二个对策将是昂贵的，因为它需要重新发行卡。

B.万事达卡的防御对策
作为披露过程的一部分，与万事达卡分享了本研究的对策，并从他们那里了解到以下信息：

1.要求万事达卡收单行在授权数据中包含 AID，允许发卡行根据 PAN 检查 AID。

2.万事达卡在授权请求中还有其他数据点可以用来识别攻击。

作为披露过程的结果，一旦万事达卡了解到并非所有发行人都会检查 AID 或这些其他数据点，他们就会在他们的网络上实施这些检查。与万事达卡的互动还提供了关于某些终端（例如来自 SIX 的终端）如何检测不匹配的 AID 和 PAN 从而从一开始就拒绝交易的更多见解。

完成上述检查后再次尝试攻击。这次失败了：终端请求将卡插入终端并输入 PIN。因此，实验证明，万事达卡现在部署的这些检查可以防止Mastercard-Visa 混合攻击。

第五部分：Conclusions

在 EMV 非接触式协议中发现了一个严重的、容易被利用的漏洞，即应用程序标识符 (AID) 未通过支付终端的身份验证。 AID 定义了必须为事务激活协议的哪个实例（也称为内核）。结果，攻击者可以恶意替换合法的 AID 以欺骗终端激活有缺陷的内核。本文已经展示了如何使用中间人攻击来利用此漏洞，该攻击诱使终端使用万事达卡进行交易，同时相信它是Visa卡。这种卡品牌混合，结合最近开发的针对 Visa 的 PIN 绕过攻击，导致了一种新颖的、关键的攻击，攻击者可以绕过万事达卡的 PIN。该品牌的卡以前假定受 PIN 保护。令人震惊的是，对于终端和发卡机构不同意支付卡品牌的在线授权交易，这甚至是可能的。

为了实现漏洞利用，开发了一个概念验证的 Android 应用程序，并成功地测试了对现实世界支付终端的攻击。例如，在使用 Maestro 借记卡进行 400 瑞士法郎的交易中绕过了 PIN。还扩展了 EMV 的形式化模型，通过对终端发卡行渠道进行建模，即使这些代理在卡品牌上存在分歧，也允许进行通信。使用扩展模型来形式化验证提出的适用于 Visa 内核的准备部署修复程序是对Mastercard-Visa 混合攻击的有效对策。此外还指定并验证了两种新的内核内部对策，它们可以在万事达卡内核上实施，而无需依赖 Visa 的防御。万事达卡已在网络级别实施了一种替代防御机制，已通过实验证实该机制可有效抵御本文攻击。