城市IC卡收費系統(tǒng)升級為CPU卡的典型問題研究

文章出處：http://www.luckydriving.com 作者： 人氣： 發(fā)表時間：2012年02月20日

    一、CPU卡升級改造的意義

    1. M1卡被破解，給中國的IC卡市場帶來沖擊

    邏輯加密卡的安全性問題越來越引起各地IC卡主管部門及各運營單位的高度重視，住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部IC卡應(yīng)用服務(wù)中心、工業(yè)和信息化部、相關(guān)省市政府部門均下發(fā)了專門的通知，對當(dāng)前大量使用M1芯片的非接觸式邏輯加密卡的IC卡發(fā)行與應(yīng)用單位的IC卡情況進(jìn)行調(diào)查，同時，相關(guān)部門也提出了各應(yīng)用單位根據(jù)實際情況逐漸實現(xiàn)IC卡從邏輯加密卡向CPU卡升級的相關(guān)要求。

    作為城市IC卡收費系統(tǒng)，從本質(zhì)上屬于一個準(zhǔn)金融的系統(tǒng)。它直接面對的是錢。充值和消費環(huán)節(jié)的安全性，直接影響到公司的生存、發(fā)展、聲譽(yù)。

    2. 采用非接觸CPU卡是技術(shù)發(fā)展趨勢，CPU更適合于一卡通應(yīng)用

    作為M1邏輯加密卡替代產(chǎn)品的CPU卡芯片內(nèi)部都有雙重安全機(jī)制，第一重是芯片本身集成的加密算法模塊，芯片設(shè)計公司通常都會將經(jīng)實踐檢驗最安全的幾種加密算法集成入芯片，目前比較常見的安全算法有RSA，3-DES等。第二重保護(hù)則是CPU卡芯片特有的COS（Card Operation System）系統(tǒng)，COS可以為芯片設(shè)立多個相互獨立的密碼，密鑰以目錄為單位存放，每個目錄下的密鑰相互之間獨立。同時COS內(nèi)部還設(shè)立密碼最大重試次數(shù)以防止惡意攻擊。由此可見，非接觸式CPU卡比非接觸式邏輯加密卡具有更高的安全性。

    除此以外，CPU卡可以實現(xiàn)真正意義上的“一卡多用”，每個應(yīng)用相互獨立并受控于各自的密鑰管理系統(tǒng)。不同應(yīng)用可以共享一個“錢包”，也可以分別擁有各自的“錢包”。服務(wù)商可以通過使用CPU卡進(jìn)行更加靈活有效的管理，用戶也能使用CPU卡實現(xiàn)多功能應(yīng)用的需求。

    3. 市場上舊有的車載機(jī)面臨升級換代的需求

    鑒于城市IC卡收費系統(tǒng)中所采用的早期型號的車載機(jī)，已經(jīng)運營很多年的時間，作為精密電子設(shè)備，在目前車輛的實際運行環(huán)境下，由于顛簸、振動、灰塵等其它外界環(huán)境的因素，同時由于車輛運行狀況的不斷惡化，車載機(jī)長期工作在相對比較惡劣的電磁環(huán)境下，導(dǎo)致車載收費機(jī)部分元器件的基本參數(shù)下降，再者電子元器件本身也存在自然老化的現(xiàn)象，綜合這些因素使得車載機(jī)性能出現(xiàn)下降。由于元器件老化所造成的車載機(jī)性能下降的趨勢在逐步增加，車載機(jī)本身的故障率也有所提高，維護(hù)量在不斷上升。由于車載機(jī)性能的下降，也必將會造成持卡人與司乘人員之間的糾紛上升。同時車載收費機(jī)的性能下降將導(dǎo)致將來的清算劃撥出現(xiàn)問題。

    二、城市IC卡收費系統(tǒng)升級為CPU卡過程中存在的問題研究

    1. 明確需求、統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)、加強(qiáng)合作

    作為系統(tǒng)軟件的升級，面臨的首要問題就是需求分析，只有做好仔細(xì)、深入的調(diào)研分析工作，才能為系統(tǒng)平穩(wěn)、安全的升級奠定基礎(chǔ)。從系統(tǒng)的角度出發(fā)，在需求調(diào)研和分析中對收集到的用戶需求進(jìn)行分類和優(yōu)化，結(jié)合行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行系統(tǒng)抽象化并通用化。

    目前住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部于2009年頒布的《建設(shè)事業(yè)CPU卡操作系統(tǒng)技術(shù)要求》和《建設(shè)事業(yè)非接觸式CPU卡芯片技術(shù)要求》是我們遵循的行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)。該標(biāo)準(zhǔn)的發(fā)布和實施為城市IC卡收費系統(tǒng)升級CPU卡提供了依據(jù)。相關(guān)的軟件、硬件開發(fā)商需要對這些標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行有效的貫徹和實施，制定CPU卡結(jié)構(gòu)、交易流程、充值和消費數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)等相關(guān)技術(shù)文檔，統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)有助于未來城市間互聯(lián)互通的實現(xiàn)。我們相信《城市互聯(lián)互通通用技術(shù)要求》、《城市互聯(lián)互通卡清分清算技術(shù)要求》、《城市互聯(lián)互通卡密鑰及安全技術(shù)要求》系列標(biāo)準(zhǔn)的頒布將會規(guī)范和推動城市一卡通互聯(lián)互通。

    在需求調(diào)研和分析過程中，要堅決避免倉促上馬，調(diào)研不充分現(xiàn)象的發(fā)生。城市IC卡收費系統(tǒng)CPU卡的升級，面臨著部IC卡中心、IC卡運營單位、軟件開發(fā)廠商、車載機(jī)生產(chǎn)廠商、POS機(jī)生產(chǎn)廠商、合作單位開發(fā)商等多家供應(yīng)商之間的合作，因此，統(tǒng)一領(lǐng)導(dǎo)和制定統(tǒng)一的執(zhí)行規(guī)范變得尤為重要。同時為了防止在升級過程中的穩(wěn)定性，我們建議盡量不要增加新的開發(fā)單位，以避免扯皮、推諉現(xiàn)象的發(fā)生。

    2. M1卡與CPU卡共存的問題

    現(xiàn)在全國大部分的城市已經(jīng)開通了城市一卡通或者公交IC卡收費系統(tǒng)，并且具有了一定的M1卡保有量，如何使得系統(tǒng)進(jìn)行平穩(wěn)升級，是各個城市面臨的實際問題。

    從數(shù)據(jù)的角度上來講，將M1卡數(shù)據(jù)和CPU卡數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分是一個更好的解決方法。它既兼顧了數(shù)據(jù)的獨立性、安全性，同時為未來取消M1卡后，數(shù)據(jù)的維護(hù)奠定了基礎(chǔ)。

    從清算的角度上來講，將M1卡數(shù)據(jù)和CPU卡數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)分，將有助于數(shù)據(jù)的明確劃分和對賬，也便于對問題數(shù)據(jù)的定位。

    從系統(tǒng)的角度上來講，同時進(jìn)行系統(tǒng)軟件和硬件中嵌入式軟件的開發(fā)，并且在系統(tǒng)正式使用前進(jìn)行充分的測試，將有效的避免M1卡和CPU卡共存的情況下，系統(tǒng)發(fā)生沖突的問題。

    從應(yīng)用的角度上來講，盡量維持原有操作界面，將更多的代碼變化放在程序內(nèi)部完成，這樣避免二次培訓(xùn)的問題。
    
    從實施的角度上來講，實行先更新硬件設(shè)備軟件，再升級系統(tǒng)軟件的執(zhí)行策略，這樣有助于系統(tǒng)平穩(wěn)過渡。

    3. 車載機(jī)終端等的設(shè)備升級問題

    目前在所有城市IC卡收費系統(tǒng)項目上使用的配套機(jī)具（車載機(jī)、脫機(jī)充值機(jī)、小額消費機(jī)、發(fā)卡充值機(jī)等）在硬件上是兼容符合國際標(biāo)準(zhǔn)的非接觸CPU卡的讀寫操作的，但由于早期型號的車載機(jī)在產(chǎn)品硬件上的本身限制，實現(xiàn)非接觸CPU卡的應(yīng)用，需要解決：由于M1卡和非接觸CPU卡兼容所導(dǎo)致的車載機(jī)程序容量不足的問題、刷卡速度下降的問題、以及由此造成車載機(jī)具整體效率下降的問題等。針對這些問題，我們提出以下3個在公交IC卡車載機(jī)終端上應(yīng)用非接觸CPU卡的方案：

    方案一：M1、CPU兩種卡片兼容的機(jī)具軟件改造升級方案

    1) 對城市IC卡收費系統(tǒng)使用的車載機(jī)、發(fā)卡充值機(jī)、脫機(jī)充值機(jī)等專用讀寫機(jī)具進(jìn)行新的整體規(guī)劃，按照兼容M1和CPU兩種卡的要求規(guī)劃機(jī)具硬件資源，重新分配存儲空間，根據(jù)原有M1卡和非接觸CPU兩種卡的消費流程，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，保證機(jī)具的程序空間能滿足升級需要。

    2) 更換/升級所有的ISAM卡/PSAM卡，ISAM/PSAM卡中保留原先的密鑰體系中支持M1卡的所有功能，同時由部IC卡中心在密鑰卡中加裝非接觸CPU卡密鑰，逐步發(fā)行非接觸CPU卡來替換系統(tǒng)現(xiàn)有的M1卡，在一定時期內(nèi)保持非接觸CPU卡和M1卡的兼容，待根據(jù)部IC卡中心規(guī)定的M1卡的密鑰失效期前完成全部M1卡向非接觸CPU卡的遷移。也可保留原先的PSAM卡支持M1卡的所有功能，在車載機(jī)中加裝新發(fā)行的支持非接觸CPU卡的PSAM卡，系統(tǒng)新增卡片和新發(fā)行的卡片使用非接觸CPU卡，然后逐步將M1卡升級為CPU卡，待時機(jī)成熟時，逐步淘汰M1卡。

    3) 精心設(shè)計機(jī)具的軟件，保證M1卡和CPU卡的完全兼容，并改善刷卡速度，盡量減少因兼容2種卡而產(chǎn)生的刷卡速度下降。

    4) 重新規(guī)劃通訊協(xié)議，提高采集補(bǔ)采集及黑名單下載速度，使采集下載速度提高2倍以上。

    方案二：將原有M1卡全部更換為CPU卡的機(jī)具軟件改造升級方案

    1) 對城市IC卡收費系統(tǒng)使用的所有機(jī)具進(jìn)行新的整體規(guī)劃，按照系統(tǒng)發(fā)行非接觸CPU卡的要求重新規(guī)劃卡結(jié)構(gòu)、機(jī)具硬件資源，重新分配存儲空間，設(shè)計非接觸CPU卡的消費流程，優(yōu)化程序結(jié)構(gòu)，保證機(jī)具的程序空間能滿足升級需要。

    2) 向住房和城鄉(xiāng)建設(shè)部申請支持非接觸CPU卡的密鑰管理系統(tǒng)，更換現(xiàn)有專用配套讀寫機(jī)具中的ISAM、PSAM卡，實現(xiàn)CPU卡的硬密鑰方式，最終完成全部升級。在發(fā)行新的非接觸CPU卡的同時，對系統(tǒng)中原有的M1卡進(jìn)行清算、退卡和換卡。

    3) 精心設(shè)計機(jī)具的軟件，并改善刷卡速度。

    4) 重新規(guī)劃通訊協(xié)議，提高采集補(bǔ)采集及黑名單下載速度，使采集下載速度提高2倍以上。

    方案三：機(jī)具設(shè)備換代升級方案

    隨著電子技術(shù)的不斷發(fā)展，車載機(jī)本身的性能也在不斷的更新?lián)Q代，處理速度、存儲容量、接口性能、采集速度等等的性能指標(biāo)也在不斷地提升。為了有效地保證整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)完整和準(zhǔn)確性，特建議目前系統(tǒng)中早期的車載收費機(jī)進(jìn)行逐步的更換和升級，從而在提高車載收費機(jī)性能的同時，逐步提高工作效率。

    1) 機(jī)具改造、施工方案

    第一種情況：對于實施軟密鑰的IC卡終端機(jī)具，在改造工程中需要拆下車載機(jī)，并在車間將車載機(jī)終端打開，裝上PSAM卡后，再裝回運營車輛。

    第二種情況：對于使用原建設(shè)部密鑰的城市，同樣要拆下機(jī)具，并在車間將車載機(jī)終端打開，裝上支持CPU卡的新的PSAM卡，再裝回運營車輛。

    改造中按照線路為單位，逐步升級，批量的替換設(shè)備這樣可以保證在不影響公交正常運營的原則上施工改造。

    2) 項目實施計劃

    步驟1：由軟件工程師修改調(diào)試可以兼容M1卡和CPU卡的程序，并在實驗室測試合格后，交與改造項目施工負(fù)責(zé)人。

    步驟2：由施工負(fù)責(zé)人帶領(lǐng)高級技工并攜帶調(diào)試好的程序和必要的工具到達(dá)現(xiàn)場（如果有必要軟件工程師也可以到達(dá)改造現(xiàn)場）。

    步驟3：根據(jù)現(xiàn)場情況修訂升級改造計劃，包括需要公交給予的配合要求和進(jìn)度計劃。

    步驟4：根據(jù)制定計劃實施升級改造。

    步驟5：改造升級完畢交由使用方驗收。

    4. 系統(tǒng)安全性問題

    多數(shù)城市的IC卡收費系統(tǒng)，多數(shù)采用的是離線充值和在線充值并存的方式，而且離線充值占大多數(shù)，這樣對于充值密鑰的保存、保管、使用的安全性都存在著一定的隱患。特別是充值密鑰卡的丟失，將給IC卡系統(tǒng)安全性帶來隱患，甚至需要更換密鑰的嚴(yán)重后果。

    隨著通訊費用的不斷下降和通訊技術(shù)的成熟，采用在線充值方式替代離線充值方式是解決密鑰安全性的有效途徑。采用加密機(jī)代替充值SAM卡進(jìn)行密鑰的計算，更符合金融系統(tǒng)的安全性要求。在加密機(jī)與應(yīng)用終端之間增加中間層，將顯著的提高系統(tǒng)的抗攻擊能力，有效的保護(hù)系統(tǒng)的安全性。

    在線充值方式占大多數(shù)的情況下，允許存在少量的離線充值方式，以滿足通訊不暢時，業(yè)務(wù)不間斷的問題。

    5. 系統(tǒng)拓展的問題

    作為城市IC卡收費系統(tǒng)的運營者來說，單單憑借自己的力量進(jìn)行網(wǎng)點的擴(kuò)充，勢必造成較大的資金壓力和維護(hù)成本的壓力。隨著發(fā)卡量的不斷擴(kuò)大，借助第三方的力量進(jìn)行網(wǎng)點的擴(kuò)充，是一個較好的選擇。

    采用專用的讀寫設(shè)備進(jìn)行IC卡的操作，將有效的保護(hù)卡片的安全性。同時在專用的讀寫設(shè)備上，不再存放充值或消費密鑰卡，轉(zhuǎn)而采用安裝通訊密鑰卡的方式，對卡片的交易過程進(jìn)行加解密，保證密鑰傳輸?shù)陌踩浴?br />
    針對銀行ATM、查詢終端、柜面系統(tǒng)、郵局、超市、互聯(lián)網(wǎng)等不同應(yīng)用的需求，開發(fā)不同接口、種類的讀寫設(shè)備，將使得IC卡的應(yīng)用拓展到各個領(lǐng)域。提供第三方SDK，將有助于解決系統(tǒng)拓展的需要。

    綜上所述，邏輯加密卡向CPU卡遷移是大勢所趨，各地IC卡運營機(jī)構(gòu)應(yīng)根據(jù)當(dāng)?shù)匦枨蠛瓦\營特點，選擇最佳的升級方案，確保系統(tǒng)的平穩(wěn)過渡。