“銀校卡”模式在東華大學(xué)一卡通系統(tǒng)中的應(yīng)用

    隨著計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，整個(gè)社會(huì)正在深層次地進(jìn)行著信息化、網(wǎng)絡(luò)化革命，其應(yīng)用領(lǐng)域越來(lái)越廣泛．學(xué)校作為社會(huì)的重要組成部分，正逐步進(jìn)入數(shù)字化校園時(shí)代．利用計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)和其他信息技術(shù)推動(dòng)學(xué)校的信息化水平，提高學(xué)校的管理水平，從而建立高度信息化和現(xiàn)代化的新型學(xué)校．一卡通系統(tǒng)在高校的廣泛應(yīng)用應(yīng)運(yùn)而生． 

    在全國(guó)高校的一卡通系統(tǒng)中，有學(xué)校自主發(fā)卡和銀行學(xué)校聯(lián)合發(fā)卡兩種模式．學(xué)校自主發(fā)卡模式的優(yōu)點(diǎn)是學(xué)校自己發(fā)卡，系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理、維護(hù)、擴(kuò)展等較為方便，帶有電子錢(qián)包但不具備銀行卡功能，電子錢(qián)包的消費(fèi)數(shù)據(jù)通過(guò)接V1和銀行互連，不足之處在于校方金融服務(wù)系統(tǒng)管理方面難以達(dá)到金融標(biāo)準(zhǔn)的安全強(qiáng)度，另外結(jié)算由學(xué)校負(fù)責(zé)，校方必須承擔(dān)系統(tǒng)管理和運(yùn)行的風(fēng)險(xiǎn)．銀行學(xué)校聯(lián)合發(fā)卡模式是將銀行卡和校園卡集成在一張卡上，持卡人持有一張帶有個(gè)人身份信息和電子錢(qián)包的銀聯(lián)卡，是校園卡和銀行卡真正的合二為一．這種模式的優(yōu)點(diǎn)是銀行發(fā)卡，學(xué)校省缺了制卡、發(fā)卡的麻煩，消費(fèi)數(shù)據(jù)的安全有了專(zhuān)業(yè)的保障，結(jié)算也由銀行完成，金融服務(wù)系統(tǒng)管理方面達(dá)到金融標(biāo)準(zhǔn)的安全強(qiáng)度，學(xué)?？梢詫?zhuān)注于和消費(fèi)無(wú)關(guān)的數(shù)據(jù)處理，安全級(jí)要求降低，設(shè)備成本降低．缺點(diǎn)也是顯而易見(jiàn)的，因銀行發(fā)卡給學(xué)校帶來(lái)諸多不便，主要是由于安全性考慮，銀行扇區(qū)對(duì)于學(xué)校是不公開(kāi)的，這樣阻礙了學(xué)校的一卡通應(yīng)用的進(jìn)一步擴(kuò)展，這是許多學(xué)校一卡通規(guī)劃時(shí)，放棄這一方案的主要原因． 

    東華大學(xué)一卡通系統(tǒng)始建于2003年，采用“銀?？ā蹦Ｊ剑畬W(xué)校在充分借鑒了兄弟院校一卡通系統(tǒng)成功經(jīng)驗(yàn)基礎(chǔ)上，結(jié)合松江大學(xué)城的特點(diǎn)，開(kāi)發(fā)了具有自身特色的一卡通系統(tǒng)，使其成為學(xué)校數(shù)字化校園建設(shè)重要的支撐平臺(tái)之一．

1 東華大學(xué)一卡通系統(tǒng)應(yīng)用的關(guān)鍵問(wèn)題 

1.1 卡的選用 

    用于一卡通的卡片有很多種，有接觸式、非接觸式，其中非接觸式卡也有很多種．本系統(tǒng)選用非接觸式射頻卡——Mifare 1卡(以下簡(jiǎn)稱(chēng)MI卡)，主要是基于它的便捷、多功能及安全性高等特點(diǎn)． 

1.1.1M1卡的性能

    M1卡采用先進(jìn)的芯片制造工藝制作，內(nèi)建有高速的CMOS EEPROM 和MCU等，卡片工作頻率為13．56 MHz．M1卡的讀寫(xiě)距離大約為10~25 mm(與讀寫(xiě)器和卡天線尺寸有關(guān))．M1卡具有先進(jìn)的數(shù)據(jù)通信加密及雙向驗(yàn)證系統(tǒng)，且具有防沖突機(jī)制，能在同一時(shí)間處理重疊在卡片讀寫(xiě)器天線的有效工作距離內(nèi)的多張重疊的卡片，支持多卡操作．卡片制造時(shí)具有唯一的卡片系列號(hào)(32位)． 

    M1卡與讀寫(xiě)器通信使用握手式半雙工通信協(xié)議，卡片上有高速的CRC協(xié)處理器，符合CCITT標(biāo)準(zhǔn)．射頻卡與讀寫(xiě)器的通信速率高達(dá)106 kbit／s．卡片內(nèi)建8 k位EEPROM 存儲(chǔ)區(qū)，并劃分為16個(gè)扇區(qū)，每個(gè)扇區(qū)分為4個(gè)塊，并以塊為存取單位．每個(gè)扇區(qū)可分別設(shè)置各自的密碼及訪問(wèn)控制，并以多種方式進(jìn)行管理，互不干涉．因此，每個(gè)扇區(qū)可以獨(dú)立地應(yīng)用于一個(gè)應(yīng)用場(chǎng)合， 整個(gè)卡片非常適合于各種“一卡通”應(yīng)用系統(tǒng)．

    卡片上還內(nèi)建有增值／減值的專(zhuān)項(xiàng)的數(shù)學(xué)運(yùn)算電路，非常適合公交、食堂等檢票收費(fèi)系統(tǒng)．典型的檢票交易時(shí)間最長(zhǎng)不超過(guò)100 ms(0．1 s)．卡片上的數(shù)據(jù)可改寫(xiě)10萬(wàn)次以上，讀無(wú)限次；數(shù)據(jù)保存期可達(dá)10年以上，且卡片抗靜電保護(hù)能力達(dá)2 kV以上．

1.1.2 M1卡的工作原理 

    卡片由一個(gè)卷繞天線和特定用途集成電路模塊組成，卡片上無(wú)源(無(wú)任何電池)．其中，模塊由一個(gè)高速(106 kbit／s)的RF接口、一個(gè)控制單元和一個(gè)8k位EEPROM 組成．讀寫(xiě)器向M1卡發(fā)出一組固定頻率(13．56 MHz)的電磁波，卡片內(nèi)有一個(gè)I C串聯(lián)諧振電路，其頻率與讀寫(xiě)器發(fā)射的頻率相同，在電磁波的激勵(lì)下，I C諧振電路產(chǎn)生共振，從而使諧振電容內(nèi)有電荷，在這個(gè)電容的另一端，接有一個(gè)單向?qū)ǖ碾娮颖?，將電容?nèi)的電荷送到模塊存儲(chǔ)電容內(nèi)儲(chǔ)存，當(dāng)所積蓄的電荷達(dá)到2V以上時(shí)，此電容可作為電源向模塊電路提供工作電壓，將卡內(nèi)數(shù)據(jù)發(fā)射出去或接收讀寫(xiě)器的數(shù)據(jù)．

1.1.3 M1卡的安全控制 

    M1卡的16個(gè)扇區(qū)中，每個(gè)扇區(qū)的用戶密碼和存取控制條件都是獨(dú)立設(shè)置的，可以根據(jù)實(shí)際需要設(shè)定各自的密碼和存取控制．在存取控制中，每個(gè)塊都有3個(gè)控制位相對(duì)應(yīng)，用以決定某數(shù)據(jù)塊或控制塊的讀寫(xiě)條件，定義為“CXxy”，見(jiàn)表1所示．其中CX代表每塊控制位號(hào)(C1～ C3)，X代表某塊所屬扇區(qū)號(hào)(0～15)，Y代表該扇區(qū)內(nèi)某塊號(hào)．例如Clx2即為X扇區(qū)內(nèi)塊2的第1控制位，依此類(lèi)推。

表1 控制位定義“CXxy”

    M 1卡具有對(duì)數(shù)據(jù)塊嚴(yán)格的存取控制權(quán)限，通過(guò)每個(gè)扇區(qū)中的存取控制進(jìn)行．存取控制結(jié)構(gòu)見(jiàn)表2。

表2 存取控制結(jié)構(gòu)

    注：_b表示取反，如C2X3_b即C2X3取反；B表示備用位．

    各扇區(qū)數(shù)據(jù)塊0～塊2的3個(gè)控制位以正反兩種形式存在于塊3的存取控制字節(jié)中，它決定了該塊的訪問(wèn)權(quán)限，例如進(jìn)行減值及初始化值操作必須驗(yàn)證Key A，進(jìn)行加值操作必須驗(yàn)證Key B等．3個(gè)存取控制位在存取控制字節(jié)(6～ 9字節(jié))中的權(quán)限如表3所示.

表3 數(shù)據(jù)塊的存取控制權(quán)限

    注：Key AlB表示密碼A或密碼B，Never表示沒(méi)有條件實(shí)現(xiàn)；x=0~15，y=塊O、塊1、塊2

    例如當(dāng)某區(qū)塊0的存取控制位C10，C20，C30 的設(shè)置均為100時(shí)，表示驗(yàn)證密碼A或密碼B正確后可讀出其數(shù)據(jù)；只有驗(yàn)證密碼B正確后才可允許改寫(xiě)數(shù)據(jù)；不能進(jìn)行加值、減值等操作．

    據(jù)此通過(guò)授權(quán)機(jī)制，對(duì)特定操作用戶實(shí)現(xiàn)不同級(jí)別的讀寫(xiě)控制．只有知道特定密碼組合的操作用戶才能更新卡中數(shù)據(jù)，從而大大增強(qiáng)了系統(tǒng)的安全性．

1．2 扇區(qū)規(guī)劃 

    M1卡雖然有15個(gè)扇區(qū)可用(第0扇區(qū)用于廠商代碼，不可用)，但對(duì)于松江大學(xué)城的一卡通應(yīng)用來(lái)說(shuō)，必須對(duì)這些扇區(qū)做合理的規(guī)劃．

    松江大學(xué)城共有7所大學(xué)，由同一家銀行發(fā)卡，銀行每發(fā)一張卡會(huì)自動(dòng)生成一個(gè)卡號(hào)．因?yàn)榘踩缘目紤]，銀行扇區(qū)對(duì)于學(xué)校來(lái)說(shuō)是個(gè)黑匣子，讀寫(xiě)扇區(qū)都需要專(zhuān)門(mén)的POS機(jī)以及專(zhuān)門(mén)的接口軟件，給學(xué)校的一卡通應(yīng)用擴(kuò)展帶來(lái)不便．7所大學(xué)如果要有自己的應(yīng)用，則必須要有自己的扇區(qū)，因此，必須合理地規(guī)劃扇區(qū)．在松江大學(xué)城的一卡通應(yīng)用中，將15個(gè)扇區(qū)分為兩部分：前10個(gè)扇區(qū)為銀行扇區(qū)，留做銀行功能擴(kuò)展；后5 個(gè)扇區(qū)為學(xué)校扇區(qū)，學(xué)校扇區(qū)的密碼為各所學(xué)校所擁有．這樣，各所學(xué)?？梢栽谧约旱纳葏^(qū)內(nèi)進(jìn)行各自的應(yīng)用．當(dāng)然，如果今后各所學(xué)校聯(lián)系緊密了，可以再開(kāi)一個(gè)具有公共密鑰的“公共扇區(qū)”．

    這樣會(huì)帶來(lái)一個(gè)問(wèn)題，就是二次發(fā)卡．因?yàn)閷W(xué)校自己的扇區(qū)必須學(xué)校自己來(lái)寫(xiě)卡，這樣每張卡銀行發(fā)一次，學(xué)校又要發(fā)一次，給實(shí)際的應(yīng)用帶來(lái)麻煩．設(shè)置“共享扇區(qū)”可以很好地解決這一問(wèn)題．所謂“共享”，即與銀行扇區(qū)共享信息：包括卡號(hào)、持卡人姓名、學(xué)工號(hào)、身份證號(hào)、性別、部門(mén)等．在銀行發(fā)卡時(shí)，將銀行扇區(qū)部分對(duì)學(xué)校有用信息復(fù)制到學(xué)校扇區(qū)來(lái)，學(xué)?？梢员苊舛伟l(fā)卡．具體的寫(xiě)扇區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)可以由學(xué)校來(lái)定義，東華大學(xué)“共享扇區(qū)”數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)如圖1所示．個(gè)人編號(hào)：ASC型，例如：“A20004321” = 0x65 Ox32 Ox3O Ox3O Ox3O Ox34 Ox33 Ox32 Ox3 1；部門(mén)編號(hào)：ASC一>BCD型，例如：“9212o1”=0x92 0xl2 0x01，其他不再贅述．

圖1 共享扇區(qū)數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

1．3 系統(tǒng)架構(gòu)及數(shù)據(jù)運(yùn)行 

    一卡通系統(tǒng)是在校園網(wǎng)的基礎(chǔ)上，通過(guò)劃分一卡通虛擬子網(wǎng)的方式與校園網(wǎng)公網(wǎng)隔離，該虛網(wǎng)與其他虛網(wǎng)之間取消路由功能，并通過(guò)防火墻與校園網(wǎng)連接，從而在邏輯上與校園網(wǎng)隔開(kāi)．專(zhuān)用的物理通道保證了各部分、各層次網(wǎng)絡(luò)連接和信息傳輸?shù)陌踩裕?BR>
    銀行發(fā)卡、卡掛失、補(bǔ)卡數(shù)據(jù)流是通過(guò)數(shù)據(jù)同步機(jī)制在一卡通系統(tǒng)中運(yùn)行的．整個(gè)同步系統(tǒng)是以共享數(shù)據(jù)庫(kù)為中心，并作為權(quán)威數(shù)據(jù)源向各應(yīng)用系統(tǒng)同步人員及組織數(shù)據(jù)，以保持各應(yīng)用系統(tǒng)間人員數(shù)據(jù)及身份的一致和統(tǒng)一．

    目前東華大學(xué)的人員數(shù)據(jù)來(lái)源于人事處和教務(wù)處兩個(gè)部門(mén)，分別管理著教工和學(xué)生的數(shù)據(jù)，卡管理中心也是從這兩個(gè)部門(mén)獲取申請(qǐng)開(kāi)通一卡通服務(wù)的人員數(shù)據(jù)，然后把這些數(shù)據(jù)由卡中心審核后通過(guò)FTP提交給銀行．當(dāng)銀行完成開(kāi)通卡后，銀行把開(kāi)戶信息和黑名單返回給卡管理中心(也包括卡掛失、補(bǔ)卡信息)．?dāng)?shù)據(jù)同步服務(wù)取得用戶的各種變更信息及銀行傳送的黑名單信息后，將根據(jù)各應(yīng)用系統(tǒng)的需要把相應(yīng)的信息同步到各應(yīng)用系統(tǒng)，如圖書(shū)館、機(jī)房等．

    食堂、超市、書(shū)店等帶有消費(fèi)POS機(jī)的地方，配置一臺(tái)PC機(jī)，消費(fèi)數(shù)據(jù)由PC機(jī)匯總，通過(guò)銀行VPN上傳銀行專(zhuān)用服務(wù)器，同時(shí)將銀行黑名單下載到各個(gè)POS機(jī)終端．消費(fèi)數(shù)據(jù)的統(tǒng)計(jì)、結(jié)算、維護(hù)、安全等工作均由銀行來(lái)完成，銀行將持卡人的消費(fèi)數(shù)據(jù)及各商戶的統(tǒng)計(jì)報(bào)表傳給學(xué)校．東華大學(xué)一卡通系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示．

圖2 東華大學(xué)一卡通系統(tǒng)架構(gòu)

2 東華大學(xué)一卡通系統(tǒng)的成功應(yīng)用及不足 

    目前系統(tǒng)應(yīng)用于在校的2萬(wàn)多名學(xué)生和2干多名教工．持卡人可以把這張卡作為普通的銀聯(lián)卡在任何銀行或ATM／CDM上存款、取款，學(xué)生家長(zhǎng)也可以在異地將生活費(fèi)打在學(xué)生的賬號(hào)里，持卡人可以通過(guò)校園內(nèi)放置的自助圈存機(jī)或人工充值機(jī)將儲(chǔ)蓄賬戶里的錢(qián)轉(zhuǎn)到電子錢(qián)包中進(jìn)行消費(fèi)，可以在松江大學(xué)城的任何POS機(jī)上刷卡消費(fèi)，可以在學(xué)校圖書(shū)館借書(shū)，可以刷卡上機(jī)，可以進(jìn)行各種考勤、門(mén)禁，學(xué)生還可以進(jìn)行體育鍛煉達(dá)標(biāo)測(cè)試，教師還可以刷卡乘班車(chē)．總之，一卡通作為師生身份的有效標(biāo)識(shí)，集學(xué)生證或工作證、銀行卡、借書(shū)證、醫(yī)療卡、就餐卡、上機(jī)卡等功能于一身，使“一卡在手，校園通用，全城通行”得以實(shí) 現(xiàn)，為整所學(xué)校的師生員工帶來(lái)了極大的便利．

    同時(shí)，該方案也有不足之處．主要表現(xiàn)在：銀行發(fā)卡、補(bǔ)辦卡時(shí)間上還是比較慢，而且不方便，不如學(xué)校自己發(fā)卡快捷方便；數(shù)據(jù)同步機(jī)制的實(shí)現(xiàn)上， 存在一些問(wèn)題，如對(duì)數(shù)據(jù)的同步監(jiān)控、容錯(cuò)等．前一個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)和銀行協(xié)調(diào)來(lái)盡量縮短發(fā)卡、補(bǔ)辦卡時(shí)間，減少不便；后一個(gè)問(wèn)題可以通過(guò)不斷完善系統(tǒng)設(shè)計(jì)來(lái)解決．

3 結(jié)語(yǔ) 

    東華大學(xué)對(duì)安全、便捷、多功能的非接觸式射頻M1卡的扇區(qū)進(jìn)行合理的規(guī)劃，通過(guò)設(shè)立“共享扇區(qū)”，拓展了“銀校卡”模式一卡通應(yīng)用；穩(wěn)定安全的系統(tǒng)架構(gòu)，保證了一卡通系統(tǒng)的正常運(yùn)行；通過(guò)卡數(shù)據(jù)的同步機(jī)制，使得校園一卡通系統(tǒng)成為學(xué)校數(shù) 字化校園建設(shè)的基礎(chǔ)平臺(tái)，對(duì)學(xué)校信息化建設(shè)起到重要的作用． 

作者簡(jiǎn)介：
姜 濤1969-)，男，江蘇丹陽(yáng)人，工程師碩士，研究方向?yàn)橐豢ㄍńㄔO(shè)和管理工作．E-mail：raojiang@dhu.edu.cn
東華大學(xué)信息化辦公室   姜 濤 劉素平 蒲 芳

參考文獻(xiàn) 
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