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- 一、DUKPT流程简析
一、DUKPT流程简析
接着上一篇文章DUKPT讲
依旧引用上图，我们单看POS和Acquirer Host这两个结点之间（其它结点之间的处理，基本类似）：
Acquirer在布放POS到商场时，已经提前给这台POS的安全芯片中，灌输了BDK，并：生成了EC=0的Initial PEK：Initial PEK =PEK_Derive(BDK, KSN with EC=0)，然后销毁了终端中的BDK（保证BDK的安全性）。当然，BDK在Acquirer Host中肯的是有保存的。一般来说Acquirer Host都是使用硬件加密机（HSM/SafeNet）保存密钥的，基本不会存在密钥泄漏的风险。
重头戏来啦：小明在POS上进行刷卡交易，此时POS做了哪些事情呢？
1、 Current KSN = IKSN and EC++【即，Current KSN中的EC = 1】
2、 Current PEK = PEK_Derive(Initial PEK, Current KSN)
3、 Encrypted PIN = T-DES(Opr=Encrypt, Current PEK, Clear PIN)
至此，Encrypted PIN已经得出来啦！POS开开心心的把Encrypted PIN放到交易报文里面，送给Acquirer Host咯。
等等！POS只送出一个Encrypted PIN，真的够了吗？
想一下，Acquirer Host收到交易报文之后，需要解密Encrypted PIN的哦！怎么解密？Clear PIN = T-DES(Opr=Decrypt, Current PEK, Encrypted PIN)
【淡定，这个步骤是在HSM里面做的，只有HSM/SafaNet知道clear PIN，Acquirer Host的软件是不知道的哦】。
问题又来了，Acquirer Host大叫：我怎么知道Current PEK(IPEK)是神马？我只知道BDK啊！
Acquirer Host真是个笨蛋！人家POS都知道怎么算Current PEK，你咋不知道？同样的步骤算一下呗：
1、 Initial PEK = PEK_Derive(BDK, KSN with EC=0)
2、 Current PEK = PEK_Derive(Initial PEK, Current KSN)
Acquirer Host再次大叫：我说了我只知道BDK啊！看看上面两个步骤的参数，我还需要Current KSN，才能算出Current PEK呢！
好吧，POS不得不承认自己的错误：不好意思刚刚只在交易报文里面塞进了Encrypted PIN，忘了把Current EC塞进去啦！
于是，POS不得不屁颠屁颠的把Encrypted PIN和Current KSN都塞进交易报文，送给Acquirer Host
于是，Acquirer Host收到报文后，开开心心的解密成功，可以进行后续交易处理啦。
于是，我们总结一下上述流程：
初始化：Acquirer Host和POS交互相同的BDK，且POS中销毁BDK，仅保存由BDK分散出来的Initial PEK
发生交易时，POS的处理：再重复一遍，不就是上面的这些步骤么
1、 Current KSN = IKSN and EC++
2、Current PEK = PEK_Derive(Initial PEK, Current KSN)
3、Encrypted PIN = T-DES(Opr=Encrypt, Current PEK, Clear PIN)
4、把Current KSN和Encrypted PIN放到交易报文里面，发送给Acquirer Host
收到交易时，Acquirer Host的处理：
1、 Initial PEK = PEK_Derive(BDK, KSN with EC=0)
2、Current PEK = PEK_Derive(Initial PEK, Current KSN)
3、Clear PIN = T-DES(Opr=Decrypt, Current PEK, Encrypted PIN)
4、后续交易处理
呼…说这么多，刚解释完DUKPT的第一轮计算方式… 想想如果是你来设计这个算法，接下来该怎么处理EC=2、EC=3…EC=n的情况呢？
我们回头看一下上文中提到的”发生交易时，POS的处理“：
1、 Current KSN = IKSN and EC++
2、Current PEK = PEK_Derive(Initial PEK, Current KSN)
3、Encrypted PIN = T-DES(Opr=Encrypt, Current PEK, Clear PIN)
4、把Current KSN和Encrypted PIN放到交易报文里面，发送给Acquirer Host
想一下，在这个追求用户体验的年代，刷卡交易的速度一定是评估刷卡体验的重要指标。
那么，为了提高速度，怎么简化一下上述流程呢？抛开算法层面的优化，很自然的一个想法：把能提起做的事情，先提前做起来！
哪些步骤可以提前做？看看上述流程中每个步骤的入参，好像只有Clear PIN是持卡人在交易发生时输入的，其它参数不都是POS内部的数据么！
这是个好消息！这样的话，我们可以在初始化POS（想想上文提到的“初始化”流程）时，就把EC=2、EC=3…EC=n时的每个EC对应的(Current Key)i 计算出来，提前保存到POS中，交易发生时，只需要EC++并取出相应的(Current Key)i ，就万事大吉啦！
呃，好像有哪里不对的样子……哦哦哦，EC=2、EC=3…EC=n，这个n到底是多少啊？要是有个几十上百万，POS中哪有那么大的空间给你存(Current Key)i呢！要知道，POS的硬件就那么一块小板子，每一个字节都是很宝贵的哦！
该死的，又是时间和空间互换的问题，那就找个平衡点咯！于是乎，ANSI果断的找到了这个平衡点：POS中预先存储的Current Key（插一句，这些Key都是后续交易中，EC++之后才用到的Key，是不是应该叫做Future Key啊？）数量，是21个！
【为啥是21？我咋知道！或许是这个数字比较吉利？不过想想EC的长度也是21个bit，好像发现了点儿神马哦…】
于是，POS中出现了21个寄存器，叫做Future Key Register，在POS初始化时，它们被依次填充了EC=1 … EC=21的Future Key
于是，我们更新一下POS初始化的流程：
1、 Acquirer给POS灌输BDK
2、Initial PEK = PEK_Derive(BDK, KSN with EC=0)
3、
(Future Key)1 = PEK_Derive(Initial PEK, KSN with EC=1) -> (Future Key Register)1
(Future Key)2 = PEK_Derive(Initial PEK, KSN with EC=2) -> (Future Key Register)2
……
(Future Key)21 = PEK_Derive(Initial PEK, KSN with EC=21) -> (Future Key Register)21
4、 为了保证密钥安全性，别忘了销毁BDK和Initial PEK！
ok啦，POS机曰：万事大吉，坐等刷卡！
那么，21个Future Key用完了咋办？当然后面接着生成啦。这里就有2个新问题了：
比较明显的问题：什么时机去生成和更新EC=22、EC=23…的Future Key？
既然POS中只有21个寄存器，那当然得物尽其用啦！反正EC又不会重复使用（EC++操作是有上限的哦，后面会提到），EC=1的Future Key用过一次之后，就木有用啦！
那就在POS的第一笔交易处理完成后，把(Future Key Register)1中保存的Key，更新成(Future Key)22吧！这样既不影响交易处理效率，又可以充分利用空间，多好啊！
比较隐晦的问题：(Future Key)22是怎么生成的呢？
最直接的想法，跟(Future Key)1采用同样的方式呗：
(Future Key)22 = PEK_Derive(Initial PEK, KSN with EC=22) -> (Future Key Register)1
Stop！POS曰：我去哪儿找Initial PEK啊？之前初始化的第4步里面，已经把这玩意儿销毁了哎！
呃，有点儿麻烦了，是之前不应该销毁Initial PEK吗？可是如果不销毁，后续所有的Key，都由Initial PEK分散得到的话，那这个Initial PEK可是个相当重要、相当机密的东东啦！
嘿，换个思路如何？我现在是要生成(Future Key)22，而它要占用的地盘儿（寄存器），正是(Future Key Register)1，那我干脆就用(Future Key)1来分散得到(Future Key)22吧！
于是： (Future Key)22 = PEK_Derive( (Future Key)1 , KSN with EC=22) -> (Future Key Register)1
ok，总算是把(Future Key)22搞定了，接下来就好说啦，以此类推呗：
(Future Key)23 = PEK_Derive( (Future Key)2 , KSN with EC=23) -> (Future Key Register)2
(Future Key)24 = PEK_Derive( (Future Key)3 , KSN with EC=24) -> (Future Key Register)3
……
(Future Key)42 = PEK_Derive( (Future Key)21 , KSN with EC=42) -> (Future Key Register)21
哦，又是21，好巧哦，又是一个轮回啊！接下来咋办？
(Future Key)43 = PEK_Derive( (Future Key)? , KSN with EC=43) -> (Future Key Register)?
好办啊！跟(Future Key)22一样处理呗：
(Future Key)43 = PEK_Derive( (Future Key)22 , KSN with EC=43) -> (Future Key Register)1
……
其实前文已经将DUKPT算法解释的差不多了，需要进一步说明的，就是Future Key的计算了。其实之前已经推理了一大堆了，我就直接把结果贴出来吧：
EC共有21个bit，每个bit可能的取值为“0”或“1”，那么如此多的EC，可以形成一棵树状结构：
说明一下，这棵树的组成是这样的：
层次：树的每一层，EC中包含的
bit为“1”
的数量是固定的；即
第0层的EC中，包含0个bit的“1”
第1层的EC中，包含1个bit的“1”
第2层的EC中，包含2个bit的“1”
…
子结点：每个结点的子结点，均保留本结点的EC中所有为“1”的bit，并将最右侧的“1”后面的“0”，依次替换为“1”；例如
EC=(1000)2的结点，有(1100)2、(1010)2和(1001)2这3个子节点
EC=(1100)2的结点，有(1110)2和(1101)2这2个子结点
深度：为保证算法效率，DUKPT规定，上面那棵树的
最大深度为10
，即
有效的EC中，包含“1”的bit个数 <= 10
计算过程中遇到无效的EC，直接跳过
这样的话，有效的EC个数为100多万个
Future Key：与EC是对应的
每个EC，对应一个Future Key
子结点EC的Future Key，是被父结点EC的Future Key加密的
即，上面的那棵树，就是一棵Future Key计算体系的树
好啦，DUKPT基本上就是这样了
哦对了，再补充一句： 上述流程只讲解到了Future Key，但实际用于数据（如PIN、MAC等）加密的，其实不是直接拿Future Key来用的，而是Future Key xor 分散向量得到的工作密钥
PIN密钥的分散向量：00000000000000FF00000000000000FF
MAC密钥的分散向量：000000000000FF00000000000000FF00
【其它的分散向量好像还有，但没有在ANSI x9.24规范（2004版）中提及】
话说看到评论才发现，全文对于PEK_DERIVE的步骤，没有进行明确说明， 不多说，直接上图吧
简要说明：
黄色底色的2个框框，是PEK_DERIVE的2个入参；绿色底色的框框，是PEK_DERIVE的结果
图中的“Set Bit”（右边KSN的黄色框框 下面的步骤），是一个很简单的步骤：
取KSN中最右边的21bit的EC（例如，01100000…1000，共21bit）
得到EC中最右侧的bit “1”（01100000…1 000）
将EC其余bit置为0，即获得Set Bit的结果（00000000…1 000）
