Upendekezo wa Programu ya Malipo ya NFC: Mfumo wa Mkoba wa Wingu na Uthibitishaji wa GSM

Yaliyomo

1. Utangulizi na Muhtasari

Karatasi hii, "Upendekezo wa Programu ya Malipo ya NFC," inashughulikia vizuizi muhimu vya kupitishwa kwa upana kwa teknolojia ya Mawasiliano ya Karibu (NFC) kwa malipo ya rununu. Ingawa NFC inaahidi miamala rahisi isiyogusana, ukuaji wake umekwama kutokana na mienendo changamani ya mfumo, wasiwasi wa usalama kuhusu Kipengele Salama (SE), na mizozo juu ya umiliki na usimamizi. Waandishi wanapendekeza mfano wa ubunifu unaobadilisha dhana: "Mkoba wa Wingu wa NFC." Mfano huu unakusanya usimamizi wa programu ya malipo katika mazingira ya wingu yanayodhibitiwa na Mtoa Huduma za Mtandao wa Rununu (MNO) na kutumia miundombinu thabiti, iliyopo tayari ya usalama ya mitandao ya GSM kwa ajili ya uthibitishaji. Nadharia kuu ni kwamba kwa kurahisisha usanifu wa mfumo na kutumia tena usalama wa simu uliothibitishwa, malipo ya NFC yanaweza kuwa salama zaidi, ya gharama nafuu, na rahisi kusanidi.

2. Uchambuzi wa Msingi: Mfumo wa Hatua Nne

2.1 Uelewa wa Msingi

Mafanikio ya msingi ya karatasi hii sio algoriti mpya ya usimbuaji, bali ni mabadiliko makini ya usanifu. Inatambua kwa usahihi kwamba mzozo wa malipo ya NFC sio hasa tatizo la usalama wa kiufundi, bali ni tatizo la utawala wa mfumo. Benki, MNO, na wazalishaji wa vifaa wamekwama katika "vita baridi ya Kipengele Salama," kila mmoja akijitahidi kudhibiti. Pourghomi na wenzake wanapunguza hili kwa kupendekeza wingu linalosimamiwa na MNO kama kituo cha amri cha upande wowote na, kwa ubunifu, kutumia mtandao wa GSM sio tu kama bomba la data, bali kama msingi mkuu wa uthibitishaji. Hii inabadilisha dhamana iliyopo ya MNO (usalama wa mtandao) kuwa mali yake kuu kwa huduma mpya.

2.2 Mtiririko wa Kimantiki

Mantiki ya mfano huu ni mviringo kwa ustadi: 1) Tatizo: Usimamizi uliotawanyika wa SE unazuia NFC. 2) Suluhisho: Kusanya usimamizi katika wingu la MNO. 3) Sababu: MNO tayari wana miundombinu salama (Uthibitishaji wa GSM) na uhusiano na wateja. 4) Utaratibu: Tumia kadi ya SIM (UICC) kama SE ya ndani, ikithibitishwa kwa mbali kupitia itifaki za GSM. 5) Matokeo: Mtiririko wa miamala uliorahisishwa, salama kutoka kwa simu hadi kwenye kituo cha malipo (POS), hadi wingu na kurudi. Mtiririko huu unapendelea urahisi wa uendeshaji na kutumia gharama zilizotumika tayari katika miundombinu ya simu, hatua mahiri kwa ajili ya usanidi wa haraka.

2.3 Nguvu na Mapungufu

Nguvu:

• Usanifu wa Kivitendo: Kutumia uthibitishaji wa GSM (algoriti za A3/A8) ni hatua bora. Inatumia mfumo uliokwisha jaribiwa, uliosanidiwa ulimwenguni, na kuepuka hitaji la kuunda upya gurudumu kwa ajili ya uthibitishaji wa kifaa.
• Urahisishaji wa Mfumo: Kumteua MNO kama msimamizi mkuu wa wingu kunapunguza mzigo wa uratibu miongoni mwa washirika wengi, na kwa uwezekano kuongeza kasi ya kufika sokoni.
• Hali ya Usalama Iliyoboreshwa: Kuhamisha shughuli nyeti hadi kwenye mazingira salama ya wingu kunaweza kuwa thabiti zaidi kuliko kutegemea tu vifaa vya simu, ambavyo vinaweza kudhurika kimwili.

Mapungufu na Ukosefu Muhimu:

• Sehemu Moja ya Kushindwa: Wingu linalozingatia MNO linakuwa lengo kubwa. Uvunjaji hapa ni janga, hatari ambayo haijapimwa kikamilifu dhidi ya mfano uliotawanyika.
• Vikwazo vya Udhibiti na Uaminifu: Karatasi haijazungumzia kwa kina ikiwa watumiaji na wadhibiti wa kifedha watawamini MNO kwa hati za malipo zaidi kuliko benki. Athari za faragha za MNO kuona kikamilifu miamala ni kubwa.
• Usalama wa GSM Unachakaa: Ingawa uthibitishaji wa GSM umesambaa, unajulikana kuwa na udhaifu (mfano, udhaifu katika misimbo ya A5/1 & A5/2). Kujenga mfumo mpya wa malipo juu ya usalama wa zamani wa 2G kunaonekana kama kujenga ngome juu ya msingi wa zamani. Karatasi ilipaswa kushughulikia njia za uhamisho hadi kwenye uthibitishaji wa 3G/4G/5G (AKA).
• Hatari ya Kufungwa kwa Mtoa Huduma: Mfano huu unaweza kudhibitisha utawala wa MNO, na kwa uwezekano kuzuia ubunifu na kusababisha gharama kubwa kwa washirika wengine wa mfumo.

2.4 Ufahamu Unaoweza Kutekelezwa

Kwa washirika wa tasnia:

• Kwa MNO: Hii ndiyo mwongozo wenu. Ongeza juhudi katika usalama wa mtandao (wekeza katika uandali wa usimbuaji wa baada ya quantum) na anza kujenga miundo ya udhibiti na ushirikiano sasa hivi. Jionyeshe kama watoa wa jukwaa salama, sio tu wamiliki wa bomba.
• Kwa Benki na Taasisi za Fedha: Shiriki, usikinzane. Jadili kwa mfano wa udhibiti mseto ambapo wingu husimamia mambo ya kimantiki, lakini funguo za usimbuaji au idhini ya miamala inabaki chini ya udhibiti wa kifedha. Unda SLA zilizo wazi na MNO.
• Kwa Vyombo vya Kawaida (GSMA, NFC Forum): Tumia mfano huu kama kichocheo kuweka viwango rasmi vya usimamizi wa SE unaotegemea wingu na kufafanua itifaki za uthibitishaji zinazoweza kutumika pamoja ambazo zinaunganisha GSM na mitandao mipya ya rununu.
• Kwa Watafiti wa Usalama: Uwanja wa mashambulizi umebadilika. Zingatia utafiti kwenye hesabu salama ya washirika wengi kwa ajili ya mikoba ya wingu na mifano ya vitisho kwa vituo vya data vya MNO vinavyoshughulikia data ya kifedha.

3. Uchunguzi wa Kina wa Kiufundi

3.1 Mfumo wa NFC na Kipengele Salama (SE)

Mfumo wa NFC ni mtandao changamani unaohusisha wazalishaji wa vifaa, MNO, mitandao ya malipo, benki, na wafanyabiashara. Kipengele Salama—chip isiyoweza kuharibika—ndio moyo wa usalama, ikihifadhi hati na kutekeleza miamala. Karatasi inasisitiza mzozo juu ya umiliki wake (ulioingizwa, unaotegemea SIM, au microSD). Mfano uliopendekezwa unapendekeza SIM (UICC) kama SE, ikisimamiwa kwa mbali kupitia wingu.

3.2 Mfumo wa Mkoba wa Wingu wa NFC

Mfano huu unatoa usimamizi na uhifadhi wa programu za malipo kutoka kwa SE ya kimwili hadi kwenye seva salama ya wingu inayoendeshwa na MNO. SE ya simu (SIM) hufanya kazi kama njia salama na hifadhi ya ndani. Hii inaruhusu usanidi wa mbali, usasishaji, na ufutaji wa kadi za malipo bila itifaki changamani za moja kwa moja kwa hewa (OTA) kwenye SE.

3.3 Ujumuishaji wa Uthibitishaji wa GSM

Hii ndiyo msingi wa usimbuaji. Mfano huu unatumia tena itifaki ya Uthibitishaji na Makubaliano ya Ufunguo (AKA) ya GSM. Miamala inapoanzishwa, wingu la MNO linafanya kazi kama Rejista ya Eneo la Nyumbani (HLR). Linazalisha changamoto RAND na majibu yanayotarajiwa (SRES) kwa kutumia ufunguo wa siri uliogawanywa Ki uliohifadhiwa kwenye wingu na SIM.

Maelezo ya Kiufundi na Fomula:
Uthibitishaji wa msingi wa GSM unategemea algoriti ya A3 (kwa ajili ya uthibitishaji) na algoriti ya A8 (kwa ajili ya uzalishaji wa ufunguo).
SRES = A3(Ki, RAND)
Kc = A8(Ki, RAND)
Ambapo:
- Ki ni ufunguo wa uthibitishaji wa mteja wa biti 128 (ufunguo wa siri uliogawanywa).
- RAND ni nambari ya nasibu ya biti 128 (changamoto).
- SRES ni Majibu Yaliyosainiwa ya biti 32.
- Kc ni ufunguo wa biti 64 wa usimbuaji wa kipindi.
Katika itifaki iliyopendekezwa, kituo cha malipo (POS) au simu hutuma RAND kwenye SIM, ambayo inahesabu SRES' na kuituma nyuma. Wingu linalithibitisha ikiwa SRES' inalingana na SRES iliyohesabiwa. Ulinganifu unathibitisha utambulisho wa kifaa/SIM.

3.4 Itifaki ya Miamala Iliyopendekezwa

Karatasi inaelezea itifaki ya hatua nyingi:
1. Uanzishaji: Mteja agiza simu kwenye kituo cha malipo (POS).
2. Ombi la Uthibitishaji: POS hutuma ombi la miamala kwenye Wingu la MNO.
3. Changamoto ya GSM: Wingu linazalisha RAND na kuituma kwenye simu kupitia POS au moja kwa moja.
4. Hesabu ya Ndani: SIM ya simu inahesabu SRES' kwa kutumia Ki yake.
5. Majibu na Uthibitishaji: SRES' hutumwa kwenye Wingu, ambalo linathibitisha.
6. Idhini ya Miamala: Baada ya uthibitishaji mafanikio, Wingu linashughulikia malipo na benki/mchakato.
7. Ukamilifu: Matokeo ya idhini yanatuma kwa POS ili kukamilisha miamala.

4. Uchambuzi wa Usalama na Matokeo

Karatasi inadai mfano huu unatoa usalama mkali kulingana na:
- Uthibitishaji wa Pande Zote: SIM inathibitisha utambulisho wake kwa wingu, na kwa kificho, changamoto ya wingu inathibitisha uhalali wake.
- Usiri wa Data: Ufunguo wa kipindi Kc unaotokana unaweza kutumika kusimbua data ya miamala kati ya simu na wingu.
- Uthabiti wa Data: Usalama wa GSM hutoa taratibu dhidi ya mashambulizi ya kurudia (kupitia RAND).

Hata hivyo, uchambuzi huu ni wa kinadharia. Hakuna matokeo ya kimajaribio, simulisho, au data ya upenyezaji inayotolewa. Hakuna maelezo ya vipimo vya utendaji (ucheleweshaji unaoongezwa na uthibitishaji wa wingu), majaribio ya kuongezeka, au uchambuzi wa kulinganisha na miundo mingine (mfano, HCE - Uigaji wa Kadi ya Mwenyeji). Madai ya usalama yanategemea kabisa nguvu inayodhaniwa ya usimbuaji wa GSM, ambayo, kama ilivyotajwa, ina udhaifu unaojulikana katika utekelezaji wake.

5. Mfumo wa Uchambuzi: Utafiti wa Kesi Usio na Msimbo

Fikiria mradi wa majaribio kwa malipo ya usafiri katika jiji kuu:
Hali: Mamlaka ya Usafiri wa Jiji inashirikiana na MNO maarufu.
Utumiaji wa Mfano:
1. Watu wanaosafiri na kadi ya SIM ya MNO wanaweza kupakua programu ya "Mkoba wa Wingu wa Usafiri".
2. Programu hiyo inaunganishwa na akaunti yao, inayosimamiwa kwenye wingu la MNO.
3. Mlango unapoagizwa, kugusa simu husababisha itifaki ya uthibitishaji ya GSM na wingu.
4. Baada ya mafanikio, wingu linakubali kupunguzwa kwa nauli na kuashiria mlango ufunguke.
Vipengele Muhimu vya Tathmini:
- Kipimo cha Mafanikio: Muda wa miamala chini ya ms 500, ukilingana na kasi za sasa za kadi zisizogusana.
- Tathmini ya Hatari: Mfumo unashughulikiaje kukatika kwa mtandao mlangoni? (Kurudi kwenye ishara ya uthibitishaji iliyohifadhiwa ndani?)
- Maoni ya Washirika: Chunguza watumiaji kuhusu usalama unaoonwa dhidi ya urahisi. Fuatilia viwango vya udanganyifu ikilinganishwa na mfumo uliopo wa kadi.
Utafiti huu wa kesi hutoa mfumo wa ulimwengu halisi wa kujaribu uwezekano wa vitendo wa mfano zaidi ya usanifu wa kinadharia wa itifaki.

6. Matumizi ya Baadaye na Mwelekeo

Mfano wa Mkoba wa Wingu unafungua milango zaidi ya malipo ya rejareja:
1. Utambulisho wa Dijitali & Ufikiaji: SIM iliyothibitishwa inaweza kutumika kama ufunguo wa ufikiaji wa kimwili (milango ya ofisi) na kidijitali (huduma za serikali), na kuunda jukwaa la utambulisho wa dijitali lililo umoja.
2. Malipo Madogo ya IoT: Vihisi au magari vilivyothibitishwa katika mtandao wa IoT vinaweza kulipa kwa huduma kiotomatiki (mfano, ushuru, malipo ya umeme) kwa kutumia SIM zilizoingizwa (eSIM) zinazosimamiwa na jukwaa moja la wingu.
3. DeFi & Daraja la Blockchain: Kifaa salama cha rununu kilichothibitishwa kinaweza kutumika kama moduli ya kusaini vifaa kwa ajili ya miamala ya blockchain, na kuleta usalama wa kiwango cha taasisi kwenye mikoba ya fedha isiyo na kituo kimoja.
4. Mageuzi ya Baada ya Quantum & 5G: Mwelekeo wa baadaye lazima uhusishe usasishaji wa kiini cha usimbuaji. Usanifu wa wingu unaafaa kwa ajili ya uzinduzi wa hatua kwa hatua wa algoriti za usimbuaji za baada ya quantum na ujumuishaji na uthibitishaji wa mteja ulioboreshwa wa 5G (5G-AKA), ambao unatoa usalama ulioboreshwa kuliko GSM.
5. Miundo ya Wingu Isiyo na Kituo Kimoja: Ili kupunguza hatari ya sehemu moja ya kushindwa, matoleo ya baadaye yanaweza kuchunguza mawingu yasiyo na kituo kimoja yanayotegemea ushirikiano au blockchain kwa ajili ya usimamizi wa hati, na kusambaza uaminifu miongoni mwa ushirika wa MNO na taasisi za kifedha.

7. Marejeo

1. Pourghomi, P., Saeed, M. Q., & Ghinea, G. (2013). A Proposed NFC Payment Application. International Journal of Advanced Computer Science and Applications, 4(8), 173-?.
2. GSM Association. (2021). RSP Technical Specification. GSMA. [Mamlaka ya Nje - Chombo cha Tasnia]
3. Barkan, E., Biham, E., & Keller, N. (2008). Instant Ciphertext-Only Cryptanalysis of GSM Encrypted Communication. Journal of Cryptology, 21(3), 392-429. [Mamlaka ya Nje - Utafiti wa Kitaaluma Unaosisitiza Mapungufu ya GSM]
4. NFC Forum. (2022). NFC Technology: Making Convenient, Contactless Connectivity Possible. [Mamlaka ya Nje - Chombo cha Viwango]
5. Zhu, J., & Ma, J. (2004). A New Authentication Scheme with Anonymity for Wireless Environments. IEEE Transactions on Consumer Electronics, 50(1), 231-235. [Mamlaka ya Nje - Utafiti wa Uthibitishaji Unaohusiana]
6. National Institute of Standards and Technology (NIST). (2022). Post-Quantum Cryptography Standardization. [Mamlaka ya Nje - Utafiti wa Serikali juu ya Usimbuaji wa Baadaye]