开开心心住酒店，谁来保护我的身份证号

 

作者：阿里安全安全工程师 正哥（真的很正，正直的正）。

本文收录于《阿里安全新一代安全架构之安全基建专栏》

今天，阿里安全的小哥哥要讲述的是从他的“一个朋友”入住酒店开始，如何获得安全思考的“生活案例”（研究探讨）。

好了，我们要开始正经讲故事了。

现实生活中，一个人出差住酒店，到前台进行登记，从钱包中拿出身份证，登记名字和身份证号，还需要做人脸识别。钱包解决身份证存放问题，人脸识别来保证身份证号使用安全。

在数字空间中，我们如何解决数字身份证的存放和使用问题？数字空间，会面临各种攻击，造成关键信息泄漏，比如我们所说的“身份证号”（SK）。

保护 AK/SK 需要密码模块，密码模块分为硬件和软件两种方式，但是硬件密码模块的普及率很低，或者成本高昂，所以需要软件的密码模块。白盒密码就是这样一种软件密码模块，我们采用白盒密码来保护AK/SK。

安全问题的“哲学思考”

在古希腊的一座海岛上，某日，夕阳西下，圣者苏格拉底在天涯，遥望苍茫大海，春暖花开，提出了三个问题：

我是谁？我从哪里来？我要到哪里去？

问题一出，便成为哲学的终极命题，始终考验着人类的智慧。当然，最近经常问我们这些问题的是小区保安。

对于一个自然人，“我是谁”是有标准答案的，伟大导师马老师（名克思）指出“人的本质是一切社会关系的总和”；说人话，就是MFA（多因素认证）：我知道什么（知识因素），我拥有什么（身份证、U盾），我的天赋神通（生物特征）。

那么，对于数字空间的实体，我们如何回答这类似终极3问：我是谁，我要干什么，我能干什么？

 

什么是“数字空间的实体”

在数字空间，前端一个简单按钮，或者网址，涉及后台多种服务，以购物为例，某人看到心动的商品，点击购买，涉及后台用户、商品、订单、库存和支付等环节。

每个环节都存在多个服务的互动，例如用户购买之后，会通过订单状态，查询商品到哪里了，这就涉及订单管理和物流系统互动。再比如收到商品之后，用户点击已收货，钱会打到商家账户上，订单状态更新为完成，这个过程涉及订单、支付系统。

一个大系统，必然由多个服务组件协同完成一个任务。服务组件互动的过程，也必然涉及我是谁？我要干什么？我能干什么？一个服务组件只有告诉其他服务组件，我是谁，我要干什么，其他服务组件识别，决定能干什么。才能完成整个为用户服务的流程。我们给每个服务组件分配一个名字（AK）和一个身份证号（SK），来标识该服务组件。

 

数字实体的名字和身份证

每个服务组件由一个名字（AK）和身份证号（SK）来标识。

在订单管理服务与物流系统互动的时候，订单管理服务发送：我是订单管理，我要查询XX订单的物流信息和SK参与的校验信息。物流系统收到后，对信息进行校验，校验通过才能相信数据是订单管理系统发送过来的，然后才能返回XX订单的物流信息。从示例来看，身份证号（SK）是认证的核心，我们如何保护它呢？

 

数字实体的身份证号保护—-白盒密码

现实生活中，一个人出差住酒店，到前台进行登记，从钱包中拿出身份证，登记名字和身份证号，还需要做人脸识别。钱包解决身份证存放问题，人脸识别来保证身份证号使用安全。在数字空间中，我们如何解决数字身份证的存放和使用问题呢？数字空间，会面临各种攻击，造成关键信息泄漏，比如我们所说的“身份证号”（SK）。

保护 AK/SK 需要使用密码模块，密码模块分为硬件和软件两种方式，硬件密码模块基于可信硬件实现，其安全级别较高，但是很多场景不具备硬件条件，或者可信硬件成本过高，所以需要软件的密码模块。然而一般的软件加解密算法的设计思路是仅保证算法在“黑盒”状态（即攻击者只能获取算法的输入输出）下的安全性，并不能保证算法在“白盒”状态（即攻击者可以获取算法内部运行状态）下的安全性。许多环境(如root过的Android/iOS、PC等)经常就是完全暴露给攻击者的，是一个白盒攻击环境。以某标准算法举例，攻击者若仅拿到的明文-密文对，是无法破解密钥的，但是如果允许攻击者获取实现的内部内存状态，那么它就能够直接通过观察算法迭代过程破解出密钥。能否设计一种软件密码模块，在白盒攻击环境下，依然能够把内部的秘密隐藏起来？

白盒密码技术是一项能够抵抗白盒攻击的密码技术。白盒攻击是指攻击者对设备拥有完全的控制能力，能够读写硬盘数据，能偶观测和更改程序运行时的内部数据，这种环境称为白盒攻击环境。大多环境(Android、iOS、PC、服务器等)在很多情况下就是一个白盒攻击环境。白盒密码有ASASA、多项式置乱和置乱编码等多种方式实现。但是核心思想是通过多种方式，引入干扰项，将标准算法变为一个混乱的过程，例如一个算法有N轮，每轮又有W个步骤，如下图所示。

白盒化之后，整个过程如下：

白盒密码是将数字身份证号，通过复杂的方式，转变为一系列数据——白盒，后续存储和使用都是白盒，而不是SK。仍然拿身份证的例子来打比方，相当于身份证芯片被嵌入了钱包（白盒）中，身份证（SK）这个实体不再独立存在了。

白盒安全性如何呢？目前所有的白盒都是可以被破解的，例如ches 2019 challenge 白盒大赛，最好的s白盒方案也只活了29天；但是这种破解是有相当门槛的：这个29天是在提交源代码情况下，由国际顶级的密码学专家完成的。我们团队也参加了ches 2019 challenge 白盒大战，取得了团体第6名。此外我们也基于最新的可证安全的白盒技术，研发了更难被破解的自主知识产权的新一代白盒密码算法。由于标准白盒还有兼容现有的标准算法，自由度更高等优势，我们在实际应用中按需使用不同的白盒方案。

当然白盒密码本身也有其无法解决的问题，例如代码拷贝攻击：攻击者可以不需要破解白盒密码模块的私钥，只需要把白盒模块本身从软件中定位并提取出来，需要加解密时就把它当做一个库来重复调用就行了。仍然拿身份证的例子来打比方，相当于攻击者不是偷走身份证，而是偷走整个钱包；但是偷走钱包的动静比偷身份证大多了，可以采取的防御的措施也更多。这里我们可以提供多种防御技术，各兵种各展所长、协同作战，实现更高的安全水准。

 

加固方式 说明

代码混淆 虚拟化，花指令、加密等，防逆向，防调试。

指纹绑定 提取运行终端机器、系统、应用等等信息，对白盒文件进行混淆，达到白盒文件与使用终端的绑定，达到身份证只能所有者才能使用。

轮转 定期对白盒进行轮转，缩短白盒使用周期，提高安全水位

借助可信软件基 系统：IDS，应用：RASP 进行加固，提高侧信道攻击和破译的门槛

尤其是RASP( Runtime Application Self-Protection，是一种在运行时检测应用程序攻击并进行自我保护的安全产品。)，它像疫苗一样注入到应用程序中，与应用程序融为一体，能实时检测和阻断安全攻击，使应用程序具备自我保护能力，当应用程序遭受到实际攻击伤害，就可以自动对其进行防御，而不需要进行人工干预，下一篇我们介绍RASP。

以朋友的名义保证，绝对不鸽，草稿已经在路上。