高速公路ETC系统已实现全国29个省市联网且显现出良好的规模效益。因在标准制定和系统建设初期,国产密码应用尚不成熟,现有ETC系统的安全体系基于国际公开算法实现。随着国家对信息安全的重视程度日益提升及国产密码产业的蓬勃发展,在不影响现有ETC系统运营的前提下实现ETC系统向国产密码的迁移是当前面临的重要课题。论文针对这一课题开展研究,提出ETC国密化升级的技术方案,实现原型系统,并开展测试验证。论文梳理了ETC系统国密算法迁移的安全需求,并重点对安全支付密钥管理体系进行分析。结合ETC应用需求和各种国产密码算法特征,提出采用SM4替换现有国际通用算法;考虑工程可行性,通过比选,提出了“卡片车道实现兼容,同步改造”的兼容过渡方案。基于上述总体迁移思路,论文对系统安全支付的安全设施,包括密钥管理系统、PSAM、CPU用户卡和OBE-SAM的密钥结构进行设计,并针对车道兼容算法的实现及各环节的密钥计算方法提出了解决方案。根据提出的技术方案,论文对密钥管理系统、PSAM卡、OBU和CPU用户卡的基于SM4算法的发行流程进行细化,并具体实现,最后针对交易流程测试验证。测试验证结果表明,基于SM4算法可实现ETC安全认证交易,论文提出的兼容方案可实现国产密码用户和国际通用算法用户的兼容,兼容交易时间符合ETC过车要求。