校園一卡通系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)規(guī)劃與網(wǎng)絡(luò)安全

文章出處：http://www.luckydriving.com 作者：吳天吉 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年07月12日

        隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)各類校園網(wǎng)建設(shè)水平得到很大的提高。無(wú)論是小學(xué)、中學(xué)還是大學(xué)，都在積極加強(qiáng)學(xué)校內(nèi)校園信息化的建設(shè)，而其中的(非接觸IC卡)技術(shù)在校園信息系統(tǒng)建設(shè)中顯得尤為突出。

        一卡通以智能卡為信息載體，結(jié)合微電子技術(shù)、單片機(jī)技術(shù)、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)等諸多高新科技，使其具有電子身份識(shí)別和電子錢(qián)包的功能，替代校園傳統(tǒng)的日常生活所需的教師工作證、學(xué)生證、借書(shū)證以及與現(xiàn)金相關(guān)交易的食堂飯卡(券)、醫(yī)療證、上機(jī)證、門(mén)票等，達(dá)到教、學(xué)、考、評(píng)、住、用的全面數(shù)字化和網(wǎng)絡(luò)化，真正實(shí)現(xiàn)“一卡在手，走遍校園”。所以，“校園一卡通系統(tǒng)”的建設(shè)勢(shì)在必行。

    1 校園一卡通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

        校園一卡通系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1，其系統(tǒng)的規(guī)劃和建設(shè)遵循”一體化、兩級(jí)體系、三層結(jié)構(gòu)”的原則[1]。“一體化”是指將汁費(fèi)、結(jié)算、賬務(wù)處理、客戶服務(wù)及業(yè)務(wù)管理等數(shù)據(jù)資源進(jìn)行統(tǒng)籌的規(guī)劃和考慮，作為一個(gè)有機(jī)的整體，以數(shù)據(jù)中心的形式集中管理。

        “兩級(jí)體系”是指系統(tǒng)采用校園卡結(jié)算管理中心和管理分中心兩級(jí)體系。“三層結(jié)構(gòu)”是指“校園一卡通”系統(tǒng)在邏輯上按“數(shù)據(jù)核心層、業(yè)務(wù)邏輯層和接入層”三層結(jié)構(gòu)考慮。由于系統(tǒng)為三層結(jié)構(gòu)，并且對(duì)網(wǎng)絡(luò)主機(jī)系統(tǒng)有高可用性和高安全性的需求，我們可采取雙機(jī)熱備方式。

        數(shù)據(jù)中心一臺(tái)為數(shù)據(jù)服務(wù)器．一臺(tái)為應(yīng)用服務(wù)器，當(dāng)一臺(tái)出現(xiàn)故障時(shí)，另一臺(tái)可確保系統(tǒng)正常運(yùn)行，從而保障了整個(gè)系統(tǒng)的高可靠性、高安全性、高可川性、數(shù)據(jù)不丟失和系統(tǒng)不停機(jī)。

    2 智能卡的應(yīng)用規(guī)劃

        一卡通的概念首先是一張卡，它集學(xué)生證、lT作證、身份證、借書(shū)證、醫(yī)療證、會(huì)員證、餐卡、錢(qián)包、存折等于一體，包括身份證明、考勤以及各種消費(fèi)行為，如上繳學(xué)費(fèi)書(shū)費(fèi)，水電費(fèi)，用餐與購(gòu)物等學(xué)生存校園內(nèi)的任何活動(dòng)。這些活動(dòng)分別是由學(xué)校的學(xué)生處、招生就業(yè)辦公室、財(cái)務(wù)處、教務(wù)處、圖書(shū)館、后勤服務(wù)公司、校園網(wǎng)管理中心這些部門(mén)各自獨(dú)立核算。這樣，一張卡就必須獨(dú)立地劃分出這幾個(gè)存儲(chǔ)區(qū)，分別朋于存儲(chǔ)各個(gè)獨(dú)立部門(mén)的數(shù)據(jù)信息。

        M1卡有全球唯一的32位序列號(hào)，分16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)為4塊．塊是最小的讀寫(xiě)單位，每塊16個(gè)字節(jié)，每個(gè)扇區(qū)有獨(dú)立的一組密碼，用戶可靈活定義每個(gè)扇區(qū)的訪問(wèn)控制。M1卡的工作頻率為13．56 MHz，通信速度為106 kB波特率，典型交易過(guò)程小于100 ms，同時(shí)還具有防沖突機(jī)制，支持多卡操作。由于每個(gè)子系統(tǒng)的信息存儲(chǔ)在一個(gè)扇區(qū)內(nèi)，每個(gè)扇區(qū)相對(duì)獨(dú)立，便于應(yīng)用系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級(jí)，具有非常好的系統(tǒng)成長(zhǎng)性。具體規(guī)劃如下：

        卡表面印刷信息：學(xué)號(hào)、姓名、班級(jí)、照片、條碼等。

        卡內(nèi)存儲(chǔ)信息設(shè)計(jì)時(shí)分為公共信息區(qū)和獨(dú)立信息區(qū)兩類．既保持系統(tǒng)的集中性，又保障各子系統(tǒng)的獨(dú)立性和擴(kuò)展性。

        0號(hào)扇區(qū)：卡片唯一代碼(CSN)；1號(hào)扇區(qū)：食堂就餐收費(fèi)管理子系統(tǒng)信息區(qū)；2號(hào)扇區(qū)：計(jì)算中心上機(jī)卡管理子系統(tǒng)信息區(qū)；3號(hào)扇區(qū)：學(xué)校醫(yī)療管理子系統(tǒng)信息區(qū)；4號(hào)扇區(qū)：學(xué)生公寓門(mén)禁管理子系統(tǒng)信息區(qū)；5號(hào)扇區(qū)：學(xué)籍管理子系統(tǒng)信息區(qū)；6號(hào)扇區(qū)：圖書(shū)館應(yīng)用系統(tǒng)信息區(qū)；7號(hào)、8號(hào)、9號(hào)扇區(qū)、10號(hào)扇區(qū)：注冊(cè)巾心使用；11號(hào)扇區(qū)：電子錢(qián)包區(qū)；l2號(hào)扇區(qū)：錢(qián)包交易記錄A區(qū)；l3號(hào)扇區(qū)：錢(qián)包交易記錄B區(qū)；l4號(hào)扇區(qū)：公共信息區(qū)，包括學(xué)號(hào)、姓名、性別、身份證號(hào)碼等；l5號(hào)扇區(qū)：發(fā)行區(qū)，包括發(fā)行流水號(hào)、卡認(rèn)證碼、啟用標(biāo)志、卡種類、發(fā)行日期、有效期、啟用日期、加款POS號(hào)、加款時(shí)間、原額、本次加款值、余額、操作員號(hào)等。
 
        以Ml卡為例(見(jiàn)網(wǎng)2)，內(nèi)部共分l6個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)由4塊組成，每塊l6個(gè)字節(jié)。每個(gè)扇區(qū)都在第4塊的前6個(gè)字節(jié)保存密碼A，最后6個(gè)字節(jié)存儲(chǔ)密碼B，巾問(wèn)余下的4個(gè)字節(jié)是存取控制字，即密碼保護(hù)的基本單元是扇區(qū)，所以獨(dú)立分區(qū)也應(yīng)該以扇區(qū)為單位，比較實(shí)用的方法是每個(gè)扇區(qū)作為一個(gè)獨(dú)立的分區(qū)。那么每個(gè)分區(qū)共有48字節(jié)存儲(chǔ)長(zhǎng)度。

        根據(jù)IC卡的存取控制方式，每個(gè)讀寫(xiě)指令周期只能訪問(wèn)一塊，所以數(shù)據(jù)存儲(chǔ)時(shí)采用不跨塊存儲(chǔ)方式。若用二進(jìn)制存儲(chǔ)方式，每塊也可以存儲(chǔ)0～216—1，對(duì)于學(xué)生乃至教職工的錢(qián)包來(lái)說(shuō)，一個(gè)塊的存儲(chǔ)容量就足夠了。所以將0號(hào)作為主存塊，1號(hào)塊作為備份塊，2號(hào)塊作為備用。

        這樣IC卡可以劃分出15個(gè)完全一致的獨(dú)立分Ⅸ(即錢(qián)包)。雖然IC卡有16個(gè)扇區(qū)，但00塊是廠商標(biāo)志，用戶不能再用。0號(hào)扇區(qū)將用來(lái)記錄學(xué)生個(gè)人的檔案資料，當(dāng)用戶登錄網(wǎng)絡(luò)時(shí)，在考勤、借書(shū)、門(mén)禁等子系統(tǒng)中是統(tǒng)一的身份驗(yàn)證依據(jù)。

    3 安全策略

        安全性是數(shù)字化校園一卡通系統(tǒng)的生命線。校園一卡通系統(tǒng)涉及銀行、學(xué)校、商戶、持卡人多個(gè)不同的層面，涉及圈存、消費(fèi)、結(jié)算、查詢等大量的交易處理，對(duì)系統(tǒng)的安全可靠性要求非常高。

    3．1 卡片安全

        校園應(yīng)用對(duì)卡要求很高，而其中M1射頻卡是非接觸式IC卡中影響較大的一種。由于每張卡有獨(dú)一無(wú)二的序列號(hào)，芯片有16個(gè)存儲(chǔ)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)讀寫(xiě)需要獨(dú)立雙向3次論證，傳遞數(shù)據(jù)有嚴(yán)格的加密算法和密碼保護(hù)。這些優(yōu)點(diǎn)使這種卡成為高校IC卡應(yīng)用的首選。

    3．2 網(wǎng)絡(luò)安全

        采用專網(wǎng)是校園一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全最佳方法，但它投資太大，而且整合其他資源必須與校園網(wǎng)連接，所以這種方法沒(méi)有實(shí)際意義。我們可以用網(wǎng)絡(luò)分段實(shí)現(xiàn)校園一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全。網(wǎng)絡(luò)分段是保證安全的一項(xiàng)重要措施，同B,-NZ是一項(xiàng)基本措施，其指導(dǎo)思想是將非法用戶隔離在需要保護(hù)的應(yīng)用系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)之外，從而達(dá)到限制用戶非法訪問(wèn)的目的。

        網(wǎng)絡(luò)分段可分為物理分段和邏輯分段兩種方式。物理分段通常是指將網(wǎng)絡(luò)從物理層和數(shù)據(jù)鏈路層(ISO／OSI模型中的第一層和第二層，即物理電氣設(shè)備)上分為若干網(wǎng)段，各網(wǎng)段相互之間無(wú)法進(jìn)行直接通信。目前，許多交換機(jī)都有一定的訪問(wèn)控制能力，可實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)的物理分段。

        邏輯分段是指將整個(gè)系統(tǒng)在網(wǎng)絡(luò)層(ISO，OSI模型中的第三層)上進(jìn)行分段。例如，對(duì)于TCP／IP網(wǎng)絡(luò)，可把網(wǎng)絡(luò)分成若干IP子網(wǎng)，各子網(wǎng)問(wèn)必須通過(guò)路由器、三層交換機(jī)、網(wǎng)關(guān)或防火墻等設(shè)備進(jìn)行連接，利用這些中間設(shè)備(含軟件、硬件)的安全機(jī)制來(lái)控制各子網(wǎng)間的訪問(wèn)。

        在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中，通常采取物理分段與邏輯分段相結(jié)合的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的安全性控制。對(duì)一些安全級(jí)別相對(duì)較高的數(shù)據(jù)和信息，應(yīng)參照國(guó)家有關(guān)規(guī)定進(jìn)行安全隔離設(shè)置。

    3．3 數(shù)據(jù)安全

        (1)通過(guò)制定一套完整的密鑰管理體系來(lái)保證消費(fèi)過(guò)程的安全性和終端機(jī)具使用的安全性。“一卡通”系統(tǒng)交易過(guò)程中使用的密鑰有：主密鑰、工作密鑰、扇區(qū)密鑰、卡片扇區(qū)密鑰、個(gè)人密碼密鑰、卡片個(gè)人密碼密鑰，這6個(gè)密鑰組成“一卡通”系統(tǒng)的密鑰體系。為了解決關(guān)鍵業(yè)務(wù)的數(shù)據(jù)安全，在一卡通系統(tǒng)中，采用了符合金融級(jí)安全標(biāo)準(zhǔn)的硬件加密機(jī)制——PSAM加密卡，為卡片訪問(wèn)以及數(shù)據(jù)傳輸提供了一種數(shù)據(jù)安全保證。PSAM加密卡為PC機(jī)(包括臺(tái)式機(jī)和便攜機(jī))提供了加密服務(wù)的專用插卡式密碼設(shè)備，以應(yīng)用程序接口(API)的方式為計(jì)算機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)提供各種安全保密服務(wù)。

        各種密鑰的用途、生成、存儲(chǔ)、傳輸和使用見(jiàn)表1。

        (2)收費(fèi)終端采用雙CPU工作、UPS供電以及無(wú)源存儲(chǔ)保護(hù)數(shù)據(jù)技術(shù)。正常情況下，終端數(shù)據(jù)信息均具有代碼標(biāo)志，實(shí)時(shí)經(jīng)專網(wǎng)上傳到“結(jié)算中心”進(jìn)行結(jié)算；異常發(fā)生時(shí)，肩動(dòng)收費(fèi)終端的數(shù)據(jù)分析功能，迅速查出數(shù)據(jù)出錯(cuò)源，通過(guò)底層數(shù)據(jù)還原校驗(yàn)予以糾正。

        (3)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器的數(shù)據(jù)備份，同時(shí)采用磁盤(pán)陣列、磁帶機(jī)等多重備份，提供足夠的數(shù)據(jù)冗余；備份方式采用標(biāo)準(zhǔn)備份、增量備份、差量備份3種方法相結(jié)合保證數(shù)據(jù)的安全性。
 

        (4)軟件安全。建立嚴(yán)格的用戶權(quán)限管理系統(tǒng)，并在用操作權(quán)限分配、登錄控制、身份驗(yàn)證、密碼控制、日志跟蹤等方面設(shè)計(jì)嚴(yán)密的機(jī)制來(lái)保證安全性。

    4 結(jié)語(yǔ)

        隨著我國(guó)高校日益加大信息化校園的建設(shè)步伐，許多先進(jìn)的信息處理技術(shù)都被引人校園，使教育與信息技術(shù)真正地融合。逐步實(shí)現(xiàn)了校園環(huán)境、資源到活動(dòng)的全部數(shù)字化管理。本文在總結(jié)多種校園網(wǎng)一卡通建設(shè)方式的基礎(chǔ)上，提出了系統(tǒng)安全解決方案，使“校園一卡通”工程成為數(shù)字化校園建設(shè)的重要組成部分和基礎(chǔ)工程。

    參考文獻(xiàn)
    [1] 李宏芳．一種高安全的校園多功能一卡通設(shè)計(jì)[J]．計(jì)算機(jī)與現(xiàn)代化，2005(2)：79．
    [2] 王愛(ài)英．智能卡技術(shù)[M]．北京：清華大學(xué)出版社，2000．
    [3] 謝希仁．計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)[M]．2版．北京：電子工業(yè)出版社，2000．
    [4] 夏恒，徐向陽(yáng)，李仁發(fā)．一種安全實(shí)用的密鑰管理系統(tǒng)的研究與實(shí)現(xiàn)[J]．計(jì)算機(jī)應(yīng)用與軟件

    第一作者簡(jiǎn)介：吳天吉。女，1981年8月生，2007年畢業(yè)于湖北大學(xué)計(jì)算機(jī)專業(yè)，助理館員，華中農(nóng)業(yè)大學(xué)圖書(shū)館，湖北省武漢市洪山區(qū)獅子山特1號(hào)。