數據加密在支付系統中的工作原理

付款系統運行最敏感的數據-PAN（卡號），有效期，CVV/CVC，3-DS令牌，銀行詳細信息，錢包ID。他們的泄漏包括罰款，銀行/PSP的商人召回以及直接的財務損失。保護是分層構建的：鏈路加密（TLS），存儲加密和/或令牌化，嚴格的密鑰管理和硬件信任模塊（HSM）。下面-安全的整個「管道」用簡單的語言。

基本磚塊

對稱密碼學

算法：AES-GCM/CTR/CBC（事實上的標準-AES-GCM）。

優點：高速,緊湊型鑰匙。

缺點：您需要安全地協商密鑰和IV/nonce。

非對稱密碼學

算法：RSA-2048/3072，ECC（P-256/384，Ed 25519）。

用途：密鑰交換/包裝,簽名,PKI, TLS證書。

優點：不需要事先共享秘密。

缺點：比對稱加密慢。

Идея Perfect Forward Secrecy (PFS)

會話密鑰由effemer ECDHE協商。即使服務器私有密鑰曾經泄漏，過去的會話仍然無法加密。

加密「在路上」： TLS 1。2/1.3

1.握手（TLS握手）：客戶端和服務器同意版本/密碼，服務器出示證書（PKI），交換臨時密鑰（ECDHE）→會話對稱密鑰誕生。

2.數據：通過AEAD模式（AES-GCM/ChaCha20-Poly1305）進行身份驗證。

3.優化：TLS 1。3減少回合，保持恢復；0-RTT謹慎使用（僅限等效查詢）。

4.付款人的做法：我們禁止SSLv3/TLS1。0/1.1，包括TLS1。2/1.3、OCSP stapling, HSTS,嚴格的安全頭條。

💡 內部呼叫（PSP →商人、商人→處理、網絡手冊）通常會進一步保護mTLS：雙方都顯示共同證書。

「存儲」加密： at rest

備選方案

完整卷/DB加密（TDE）：快速輸入,防止對介質的「冷」訪問,但不防止通過受損應用程序泄漏。

按位/字段級別（FLE）：加密各個字段（PAN、IBAN）。顆粒化，但在實現和索引化方面更難。

格式保護加密（FPE）：當需要視圖「16位數字為16位數字」時很有用。

令牌化：PAN被令牌取代（無意義的字符串）；真正的PAN在增強的保護下存儲在token vault中。付款/退貨時使用令牌→商人不處理「原始」卡。

一個關鍵的想法

在存儲中，重要性不是「哪種算法」，而是密鑰位於何處以及誰可以進行分解。所以……

密鑰管理： KMS、HSM和信封

密鑰層次結構（envelope encryption）

Root/KEK（密鑰加密密鑰）：高保護級別,存儲並在HSM中執行。

DEK（數據加密密鑰）：加密特定數據/批次/表；由KEC加密。

輪換：KEK/DEK計劃內和計劃外（事件）輪換的法規；密碼元數據中指定密鑰版本。

HSM (Hardware Security Module)

經過認證的硬件模塊（例如FIPS 140-2/3）,用於存儲和執行內部密鑰操作。

不向外發出私人鑰匙，支持使用限制/政策，審核。

用於：密鑰生成、DEK包裹、服務器密鑰3-DS、EMV密鑰、PIN操作、消息簽名。

KMS

集中密鑰策略、驗證、訪問、日誌和API。

在與HSM的結合中，實現了envelope加密和自動旋轉。

卡標準和行業特點

PCI DSS（和最小化邏輯）

主要思路：不存儲CVV,最小化PAN處理區域（scope）。

在可能的情況下-在Hosted Fields/Iframe PSP上輸入PAN →商人無法訪問原始數據。

Logs, backaps, dumps-與prod相同的規則：掩碼、加密、回避。

EMV, PIN и POS

EMV芯片/聯系人：地圖/終端級別的密碼,防克隆魔術師帶。

PIN單元和ISO 9564： PIN從pin pad加密到處理,可與HSM （pin translation,關鍵區域）配合使用。

DUKPT （Derived Unique Key Per Transaction）：在POS上,每筆付款都使用BDK衍生的唯一密鑰加密→損害一條消息不會拉動其他消息。

PCI P2PE：認證的「端到端」加密方案，從點對點到解密提供商。

3-D Secure (2.x)

卡持卡人的身份驗證→小於炸藥/沖鋒槍。

密碼學用於消息簽名，服務器ACS/DS/3DS密鑰交換；私鑰通常在HSM中。

標準數據保護體系結構

選項A（具有PSP的在線商人）：

瀏覽器→ HTTPS →主機PSP（PAN不屬於商人）。
PSP返回支付令牌。
商品的DB存儲令牌+最後4位數字和BIN（用於UX和規則）。
退貨/重播-僅通過令牌。
秘密/密鑰在KMS中，私鑰TLS/3-DS在HSM中。

變體B（錢包/付款）：

應用程序↔ API是TLS/mTLS。
敏感字段是FLE/FPE或令牌化；vault是隔離的。
僅通過具有「四眼」的服務角色訪問排毒，通過HSM訪問操作。

選項C（離線POS）：

Pin-pad → DUKPT/P2PE →處理。
終端加載密鑰是通過受保護的關鍵噴射器/HSM。
日誌化，防擾器設備保護。

輪換、審計和事件

按鍵輪換：有計劃（X個月一次）和事件（損害）。新的KEK下的DEK rewrap不解密用戶數據。

不變期刊：誰以及何時訪問排毒/密鑰；簽名日誌。

Runbook的罪名：立竿見影的revoke/rotate,證書重發,API密鑰塊,合作夥伴通知,回顧。

常見錯誤以及如何避免錯誤

1.「我們正在加密DB，這意味著一切。」

沒有。受損的應用程序將數據讀取為打開。需要令牌/FLE和最小權利原則。

2.CVV存儲。

你不能。CVV從未存儲過，甚至沒有加密（通過PCI DSS）。

3.數據旁邊的密鑰。

你不能。密鑰在KMS/HSM中，訪問-通過角色，最低特權，個別帳戶。

4.沒有輪換/版本。

始終將密鑰轉換,將「key_version」存儲在密文元數據中。

5.TLS僅在外圍。

加密CDN/WAF後面和數據計劃內（servis→servis, webhooks）。

6.標記化「用於物種」。

如果任何服務都可以使用detokenize，則不是保護。限制到狹窄的圈子並審核呼叫。

7.不負責任的備份/分析卸載。

加密和掩蔽應擴展到備份，狙擊，BI店面，徽標。

實施支票清單（簡短）

運河

TLS 1.2/1.3、PFS、mTLS用於內部和網絡手冊、HSTS、嚴格的安全頭條。

存儲功能

PAN令牌，CVV存儲禁令。

關鍵字段的FLE/FPE；TDE作為基礎層。

鑰匙

KMS+HSM，envelope加密（KEK/DEK），輪換/版本，不變日誌。

體系結構

主機場/PSP SDK，PCI區域最小化。

角色/網絡分離，零信任，秘密-僅通過秘密經理。

業務活動

Pentest/Red團隊的外圍和業務邏輯。

DLP/CTI李子監測，員工培訓。

Runbook на compromise: revoke/rotate/notify.

迷你常見問題

什麼是PAN最好的： 加密或令牌化?

在產品中，是令牌化（最大限度地減少scope）。在vault中-使用HSM/KMS加密。

付款域是否需要EV證書?

沒有約束力。更重要的是正確的TLS配置文件，mTLS，HSM中的密鑰和紀律。

TLS 1中是否可以使用0-RTT。3用於付款？

對於偶然的GET-是的。對於開機自檢,最好關閉或限制。

如何存儲「最後4」和BIN?

與PAN分開；如果正確隔離，這些數據不是敏感數據，但要遵守邏輯/BI中的掩碼。

付款系統中的加密不是單個撥號器，而是生態系統：鏈路中的TLS/PFS，存儲中的令牌化和/或FLE，通過KMS+HSM進行嚴格的密鑰管理，行業標準（PCI DSS，EMV，3-DS），輪換和審核。這種多層體系結構使得卡數據泄露的可能性極小，使審計更容易通過，最重要的是，它保留了銀行，支付合作夥伴和用戶的信任。