电子护照eMRTDs定义在ICAO Doc9303号文件《机读旅行证件》（Machine Readable Travel Documents）的第11部分机读旅行证件安全机制(Security Mechanisms for MRTDS)中。

保护电子数据

访问电子护照包括以下步骤

• 获得eMRTD的非接触访问权限
• 数据认证
• 芯片认证
• 其他访问控制机制
• 读取数据
  不同的步骤有可以使用的不同协议，eMRTD的具体配置有签发机构选定。ICAO给出了选择的建议。

BASELINE SECURITY METHOD

方法	非接触	查验系统	优点	说明
被动认证	M	M	证明 和LDS的内容真实且未被修改	不能防止完全复制或者芯片被替换； 不能防止未经授权的访问； 不能防止非法浏览

ADVANCED SECURITY METHODS

方法	非接触	查验系统	优点	说明
传统MRZ(OCR-B)和基于芯片的MRZ（LDS）的比较	n/a	o	证明芯片内容和物理的eMRTD匹配	增加少许的复杂性 不能防止对芯片和传统证件的完全复制
主动认证 芯片认证	O	o	防止拷贝，并证明他是从真实的芯片中读取的 证明非接触IC没有被替换	不能防止未经授权的访问 增加复杂度
基本访问控制 Basic Access Control	r/c	m	防止非法浏览和误用 防止窃听eMRTD和查验系统之间的通信（用于建立加密会话的信道时）	不能防止完全复制或IC被替换（还需要复制传统证件） 增加复杂性
口令认证链接确立协议 Password Authenticated Connection Establishment	R	r	同上	同上
扩展访问控制	o	o	防止对其他生物特征进行非授权的访问 防止非法浏览其他生物特征	需要额外的密钥管理 不能防止完全复制或IC替换 增加复杂性
数据加密	o	o	保护其他生物特征的安全 不需要芯片处理器	需要复杂的解密密钥管理 不能防止完全拷贝或IC替换 增加复杂性

m=Required,r=Recommended,o=Optional,c=Conditional,n/a=not applicable

访问非接触IC

MRTD增加非接触IC，如果没有访问控制会带来两种可能的攻击：

• 在未经授权的情况下对存储在非接触IC中的数据进行阅读
• 非接触IC和Reader之间的未加密通信会被窃听

签发机构应该选择实施一种芯片范文控制机制，即证件持有者知道存储在非接触IC中的数据在被安全读取的一种访问控制机制。

查验系统必须首先得到这方面的信息才能够阅读非接触IC，信息必须从eMRTD中以光学或者目视的方式获得。在不能进行机器阅读信息时，查验人员还可以以人工的方式将该信息输入到查验系统。
假定数据页上的信息不能从没有经过查验的证件上得到，可以认为eMRTD时在持证者之情的情况下交送查验的。
举个例子，比如必须知道MRZ才能获得护照非接触IC的访问权限，你护照的MRZ信息必须在你把护照交给查验人员后，查验人员可才能获得MRZ的数据，因此如果查验系统知道了你MRZ，那么就认为你知道要接受证件查验了

合规的设置

下面的配置符合ICAO的规范：

• 不实施芯片访问控制的eMRTD芯片
• 仅实施BAC的eMRTD芯片
• 实施BAC和PACE的eMRTD芯片
• 从2018年1月起，仅实施PACE的eMRTD芯片
  为了保证全球兼容，各国在2017年12月31日前不能在未实施BAC的情况下仅实施PACE。如果eMRTD芯片只支持PACE，查验系统应实施和使用PACE

芯片的访问过程

1 读取EF.CardAccess

如果eMRTD支持PACE，eMRTD芯片在文件EF.CardAcess中必须提供用于PACE的参数。
如果EF.CardAcess可用，查验系统应读取文件EF.CardAcess来确定eMRTD芯片支持的参数（对称密码、密钥协商算法、域参数和映射），查验系统可以选择这些参数中的任意一个。
如果文档EF.CardAcess不可用，或者不包括PACE参数，查验系统应该利用BAC读取eMRTD

2 PACE

建议该步骤在eMRTD芯片支持PACE的情况下使用。

• 查验系统根据MRZ分散密钥，如果查验系统知道CAN（Card Acess Number），则可以使用CAN代替MRZ。
• eMRTD应将MRZ作为PACE的口令，也可以用CAN作为口令。
• 查验系统和eMRTD芯片使用互相认证，并分散出会话密钥和，应使用PACE协议。
  如果成功，eMRTD应当执行以下操作：
• 启动安全通信
• 允许访问不敏感数据(例如DG1,DG2,DG14,DG15等，（Document Security Object）定义在敏感数据中)
• 限制访问权限以要求安全通信

3 选择eMRTD应用

4 BAC

如果eMRTD实施芯片访问控制，但是没有使用PACE，那么必须要有这一步，如果芯片成功实施了PACE，这一步就可以跳过。

• 查验系统从MRZ中分散基本访问密钥
• 查验系统和eMRTD芯片使用证件基本访问密钥相互认证，并传出会话密钥
  如果成功，eMRTD应当执行以下操作：
• 启动安全通信
• 允许访问不敏感数据(例如DG1,DG2,DG14,DG15等，（Document Security Object）定义在敏感数据中)
• 限制访问权限以要求安全通信
  查验系统必须使用DG14验证文件EF.CardAcess内容的真实性

4.3 BAC协议

4.3.1 协议规范

Authentication和Key Establishment是根据ISO/IEC 11770-2的Key Establishment机制6，使用3DES，通过三轮挑战应答协议实现的。A cryptographic checksum是根据ISO/IEC 9797-1的MAC算法3计算，并附加到加密数据上。必须使用4.3.3节中描述的运算方式。被交换的随机数必须为8个字节，被交换的密钥材料为16个字节。接口设备IFD（查验系统）和非接触式IC不得使用特异标识符作为随机数。
具体地讲，IFD和IC应实施下列步骤：

• 1. IFD发送GET CHALLENGE命令，请求RND.IC，IC生成并返回随机数RND.IC
• 2. IFD执行下列操作：
  • a) 生成一个随机数RND.IFD和密钥材料K.IFD
  • b) 生成S=RND.IFD||RND.IC||K.IFD
  • c) 计算密文
  • d) 计算MAC
  • e) 发送EXTERNAL AUTHENTICATE命令，使用数据实现外部认证功能
• 3. IC执行下列操作：
  • a) 检验密文的MAC
  • b) 解密密文
  • c) 从S中提取RND.IC,并检查IFD是否返回了正确的随机数
  • d) 生成密钥材料K.IC
  • e) 生成 R= RND.IC||RND.IFD||K.IC
  • f) 计算密文
  • g) 计算MAC
  • h) 返回响应数据
• 4. IFD执行下列操作：
  • a) 检查密文的MAC
  • b) 解密密文
  • c) 从R中提取RND.IFD,并检查IC是否返回了正确的随机数
• 5. IFD和IC以K.IC和K.IFD作为密钥种子，使用9.7.4的密钥分散机制产生会话密钥。

4.3.2 查验过程

当实施BAC的eMRTD提供给查验系统查验时，使用光学或者视读的方式读取的信息分散得到证件的基本访问密钥()，以便访问非接触IC，并且建立查验系统和非接触IC之间的安全通信信道。
建立安全信道后，支持BAC的eMRTD对任何未使用安全通信的APDU，做出没有满足安全状态（SW:6982）的响应。如果IC在安全信道建立之前或者安全信道终端之后发出普通指令SELECT，IC返回SW:6982或者9000，两种响应都符合ICAO的规定。
为了认证查验系统，必须实施以下步骤：

• 1. 查验系统读取MRZ_information,MRZ_information由证件号码、出生日期和到期日期拼接构成，并包括他们各自的校验位（ICAO Doc9303第4部分、第5部分或者第6部分分别对TD3、TD1和TD2这三种尺寸的证件的校验位做了描述）。MRZ_information通过使用OCR-B阅读器从MRZ读取，或者通过手工输入。这种情况下，手工输入的信息必须与MRZ中显示的信息保持一致。MRZ_information的SHA-1散列值中最重要的16个字节比用作密钥种子，通过第9.7.2节描述的密钥分散机制产生证件基本范文密钥。
• 2. 查验系统和eMRTD的非接触IC相互认证产生会话密钥，必须使用上文描述的认证和密钥建立协议。
• 3. 在成功执行认证协议后IFD和IC以（K.IC xor K.IFD）作为密钥种子，通过使用9.7.40描述的机制产生会话密钥。随后的通信必须通过第9.8节中描述的安全通信加以保护。

4.3.4 密码规范

4.3.4.1 Challenge和Response的加密

使用ISO/IEC 11568-2中的0初始化向量zero IV(0x00 00 00 00 00 00 00 00)的双密钥3DES CBC模式来计算。在执行EXTERNAL AUTHENTICATE命令时，禁止对输入数据进行填充。

4.3.4.2 Challenge和Response的认证

使用ISO/IEC 9797-1中的MAC算法3计算MAC ,其中用到了分组密码DES、0初始化向量zero IV（8字节）和ISO/IEC 9797-1中的填充方法2.MAC长度必须为8字节。

4.3.4 APDU

APDU使用ISO/IEC 7816-4中的规定编码

4.3.4.1 取随机数 Get Challenge

4.3.4.2 外部认证 External Authenticate

C-APDU
CLA
INS	'82'	External Authenticate
P1	'00'
P2	'00'
DATA

4.4 PACE

PACE是口令认证的Diffie-Hellman密钥协商协议，提供eMRTD芯片和查验系统的安全通信和基于口令的认证（即eMRTD芯片和查验系统共享同一个口令）.
PACE在弱口令的基础上确立eMRTD芯片和查验系统之间的俺去那通信，在主文件中确立安全环境。协议使eMRTD芯片能够核验查验系统访问数据存储权限并具有下列特征：

• 不受口令强度影响，提供强会话密钥
• 用来认证查验系统的口令熵可能非常低（6位数足矣）
  PACE使用的密钥是由密钥分散函数( 参见Doc 9303 part 11 9.7.3)从口令分散得到。对于有全球操作性的eMRTD，可以使用下列两种口令和相应的密钥：
• MRZ：由定义的密钥是必要的。类似于BAC，该密钥是从机读区（MRZ）分散而来，即由证件号码、生日、到期日分散而来。
• CAN：由定义的密钥是可选的。该密钥是由CAN分散而来，CAN是因在数据页正面的数字，必须随机或者伪随机选择（比如使用加密型强PRF）。
  注意： 与MRZ(证件号、出生日期、到期日)相反，CAN的优点是便于人工键入。

作为协议执行的一部分，PACE支持不同的映射：

• 基于Diffie-Hellman密钥协商的通用映射；
• 基于域元素到密码群的嵌入映射的合成映射；
• 芯片认证映射扩展通用映射，并将芯片认证纳入PACE协议
  如果芯片支持芯片认证映射，则芯片也必须支持通用映射或合成映射中的一种以及芯片认证。这意味着对于支持PACE的查验系统来说，仅支持通用映射和集成映射是必要的。支持芯片认证映射是可选的。

4.4.1 协议规范

查验系统从文件EF.CardAcess读取eMRTD芯片支持的PACE参数，选取要使用的参数，随后执行协议。
应使用下列命令：

• Doc 9303第10部分规定的READ BINARY
• 4.4.4.1中规定的MSE:SET AT(具有设定认证模板功能的MANAGE SECURITY ENVIRONMENT命令)
• 查验系统和eMRTD芯片使用第4.4.4.2中规定的一系列通用认证命令实施下列步骤：
  • 1. eMRTD芯片选择随机数s，将该随机数加密为，其中是从共享口令中分散的来，并将密文发送给查验系统
  • 2. 查验系统在共享口令的帮助下，恢复出明文
  • 3. eMRTD芯片和查验系统两者都执行下列步骤：
    • a) 交换随机数映射必须的其他数据：
      • i) 对于通用映射，eMRTD芯片和查验系统交换临时密钥公钥
      • ii) 对于合成映射， 查验系统向eMRTD芯片发送另一个随机数
    • b) 按照4.4.3.3的描述，计算临时域参数
    • c) 在临时域参数的基础上进行匿名Diffie_Hellman密钥协商，生成共享密钥
    • d) 在Diffie-Hellman密钥协商的过程中，继承电路和查验系统应验证两个公钥是不同的
    • e) 按照Doc 9303 Part.11 9.7.1的描述，产生会话密钥
    • f) 按照4.4.3.4的描述，交换并核验认证令牌(authentication token)
  • 4. 在一定条件下，eMRTD芯片计算芯片认证数据，将数据加密，并将加密数据发送给终端，终端解密，通过使用经恢复的芯片认证数据来证实芯片的真实性。

4.4.2 安全状态

支持PACE的eMRTD芯片对应非授权的阅读企图（包括对逻辑数据结构中的被保护文件的选择）做出“没有满足安全状态”（SW:6982）的响应。
注意：该规范比仅支持BAC的eMRTD的相应规范更具限制性。
如果成功进行了PACE，eMRTD便核验了所使用的口令。使用分散得到的会话密钥启动安全通信。

4.4.3 密码规范

eMRTD的签发者选择特定算法。查验系统必须支持下列所有算法的组合，eMRTD芯片可支持一种以上算法组合。
注意：一些算法不可用于芯片认证映射：鉴于安全原因，不再建议使用3DES。DH-variants are not available to reduce the number of variants to be implemented by Terminals.。

4.4.3.1 DH

关于DH的PACE，必须使用Doc 9303 part.11 9.6中和下表的响应算法和格式。

DH的算法和格式

4.4.3.2 ECDH

关于ECDH下的PACE，必须使用Doc 9303 Part.11 9.6和下表的算法和格式。
应仅使用带有未压缩点的素数曲线。应该使用Doc 9303 Part.11 9。5.1中描述的标准化域参数。
ECDH的算法和格式

4.4.3.3 加密和映射随机数 Encrypting and Mapping Nonces

eMRTD芯片应选择随机数s，该随机数是长度为l的二进制比特串，l是eMRTD新派你选择的相应分组密码分组长度的倍数。

• 随机数（nonce）s应使用从口令分散的密钥和设为全0的初始化向量，按照ISO/IEC 10116以CBC模式进行加密。
• 使用特定映射函数Map，将随机数（nonce）s转换为随机数发生器（random generator）
• 对应合成映射（ingegrated Mapping），应该额外再选取一个随机数（nonce）t作为长度为k的二进制比特串，并以明文发送。在这种情况下，k是相应分组密码的密钥长度，l是使得的分组密码分组长度的最小倍数。
  将随机数s或者随机数s，t映射入密码群，应采用下列映射的一种：
• 通用映射
• 合成映射
• 芯片认证映射

4.4.3.3.1 通用映射 Generic Mapping

ECDH
函数被定义为，其中选择中的H，使得未知。H点应由匿名Diffie-Hellman密钥协商进行计算，即。
注意：密钥协商算法ECKA通过使用兼容余因子乘法来避免小子群攻击。
DH
函数被定义为，其中，选择<g>中的h，使得未知。群元素h应按照。
注意：必须使用RFC2631*描述的公钥验证方法来避免小子群攻击。 *

4.4.3.3.2 合成映射 Integrated Mapping

4.4.3.3.3 芯片认证映射 Chip Authentication Mapping

4.4.3.4 认证令牌 AUthencation Token