多功能IC卡應用系統(tǒng)的規(guī)劃設計

文章出處：http://www.fang1.net 作者：王永才   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月23日

0 前言 

    IC 卡(IntegratedC ircuitCard，ICC)從功能上一般可分為普通存儲器IC卡、加密邏輯IC卡和智能IC卡(帶MPU)三種;按與ICC讀寫設備(ICC Interface Device, IFD)的連接方式可分為接觸式IC卡和非接觸式IC卡兩類。接觸式IC卡在與外界進行數(shù)據(jù)通訊時，其芯片觸點必須與IFD直接電連接;非接觸IC卡則不需直接連接，而是采用射頻識別技術通過無線電波或電磁感應的方式進行通訊，故非接觸IC卡又稱射頻卡。IC卡進人我國時間較晚，國內IC卡技術公司尚處于起步發(fā)展階段，還沒有形成規(guī)模產業(yè)。IC卡應用系統(tǒng)多為一些中、小規(guī)模系統(tǒng)，如IC卡就餐收費系統(tǒng)、IC卡電表收費系統(tǒng)、IC卡娛樂消費管理系統(tǒng)、IC卡門控系統(tǒng)、Ic卡公路收費系統(tǒng)、IC卡企業(yè)職工管理系統(tǒng)、智能建筑物IC卡管理系統(tǒng)、信用卡系統(tǒng)、電信SIM卡等等。IC卡經過近幾年的迅速發(fā)展已形成多種卡并行發(fā)展、多種應用模式共存的局面。由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，沒有實現(xiàn)，.一卡多用”，導致“一人多卡”，給持卡人保管使用IC卡帶來極大不便。目前，我國IC卡推廣應用開始進人普及階段，IC卡的應用領域越來越廣，而同一持卡人可能涉足多個消費領域，持卡消費者顯然希望“一卡通”。但是，IC卡在各個消費領域的應用不可能是同步進行的，應有一個發(fā)展過程。因此，在開發(fā)、設計IC卡應用系統(tǒng)時，必須遵循“通盤考慮，統(tǒng)一規(guī)劃，分步實施”的原則，這樣，開發(fā)出來的系統(tǒng)才會有生命力。

1 多功能IC卡應用系統(tǒng)的功能規(guī)劃

    在進行多功能IC卡應用系統(tǒng)的規(guī)劃設計時，應考慮其具有如下功能要求:

    (1 )儲蓄卡(DebitC ard)或信用卡(Credit Card) ：為了保證系統(tǒng)的安全性和可信度，應以銀行為開發(fā)主體，按照中國人民銀行關于電子存折(Electronic Bankbook)和電子錢包(Electronic Purse)的規(guī)范，采用智能卡來發(fā)行儲蓄卡或信用卡。該卡應包括電子存折和電子錢包兩部分 
    (2) 工資卡：職工工資應能通過銀行發(fā)放到該卡中。
    (3 )消費卡：持卡人憑此卡能在安有特定POS機的商場購物消費(購物卡);在安有特定POS機的醫(yī)院就診(醫(yī)療卡);在安有特定POS機的食堂就餐(就餐卡);能乘坐安有特定POS機的公交車或的士,.(乘車卡)等等。
    (4) 交費卡：持卡人憑此卡能在銀行或指定設備上交電話費、電費、水費、煤氣費等等。
    (5) 身份識別卡：在不同的場合配置特定的POS機，該卡即能成為門禁卡、考勤卡、借書卡等等。 

2 多功能IC卡卡型選擇與設計 

    從財務安全性考慮，必須選用帶微處理器的智能卡。但在某些污染、振動、擁擠的惡劣環(huán)境和對刷卡速度要求較高的場合智能卡不適用，必須采用非接觸卡。如果把智能卡芯片和射頻卡芯片封裝于同一張卡基上形成多功能智能卡，則既能滿足安全性要求，又能滿足實用性要求。 

    該卡的應用數(shù)據(jù)分為電子存折(存款數(shù)據(jù))、電子錢包(電子現(xiàn)金數(shù)據(jù))、電子帳本(消費數(shù)據(jù))三類。電子存折對應一個銀行帳號，保存戶頭存款。電子錢包有多個，每一具體應用設一個電子包錢。當持卡人要進行某項消費時，可持卡去相應的圈存機上從電子存折中撥出所需金額到相應電子錢包中，以便能在相應的POS機上消費，電子存折和電子錢包在智能卡芯片上實現(xiàn)。電子帳本也有多個，主要用于靠感應方式實現(xiàn)終端消費的領域 如公交車電子車票)，在這種領域，電子帳本與電子錢包一一對應，但所保存數(shù)據(jù)不一定相同。例如，根據(jù)消費單價可將相應電子錢包中金額數(shù)據(jù)轉化為“點數(shù)”保存在電子帳本上，在POS機上消費就是從電子帳本上減“消費點數(shù)”。電子帳本在射頻卡芯片上實現(xiàn)。

3 多功能IC卡應用系統(tǒng)組成 

    多功能IC卡應用系統(tǒng)涉及領域多，系統(tǒng)組成較為復雜。本文給出其一般組成框圖，如圖1所示。圖中，粗實線表示通訊電纜，虛線表示單機工作，采用大容量IC卡傳送數(shù)據(jù)，箭頭實線表示IC卡與IFD之間直接接觸，箭頭虛線表示IC卡與IFD之間采用非接觸方式交換數(shù)據(jù)。

圖1 多功能IC卡應用系統(tǒng)組成框圖 

4 多功能IC卡應用系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)流

    如圖2所示，數(shù)據(jù)流描述如下，多功能IC卡應用系統(tǒng)應用

圖2 多功能IC卡應用系統(tǒng)應用數(shù)據(jù)

流描述圖 

    (1 )銀行與ICC電子存折:持卡人去銀行存款或單位通過銀行發(fā)放工資時往電子存折中寫人存款額或工資額;持卡人可持卡去銀行查詢存款余額。
    (2) ICC電子存折與圈存機:持卡人去圈存機查詢或劃撥金額時，圈存機在對IC進行身份認證后要讀取電子存折中的存款額;同
時根據(jù)劃撥金額改寫電子存折。
    (3 )圈存機與ICC電子錢包:ICC插人圈存機進行身份認證后讀取電子錢包中的電子現(xiàn)金(Electronic Cash);在進行劃撥操作時要改寫電子錢包。顯然，圈存機的作用是將所需數(shù)額的存款從電子存折中取出后放到電子錢包中作為電子現(xiàn)金。對于射頻應用領域 的圈存機，在劃撥操作前，應根據(jù)ICC電子帳本上剩余的消費點數(shù)改寫電子錢包;在劃撥操作后，又應根據(jù)劃撥后電子現(xiàn)金數(shù)據(jù)改寫電子帳本上的消費點數(shù)。
    (4) ICC電子錢包與POS機:ICC插入POS機進行身份認證后，POS機要讀取電子錢包中的電子現(xiàn)金余額;在進行消費操作時要改寫電子錢包。
    (5 )POS 機與應用系統(tǒng)主機:POS機上保存的消費記錄要送往主機，有關系統(tǒng)信息和標識要由主機送往各POS機。對于聯(lián)機系統(tǒng)通過電纜通訊，主機可及時監(jiān)控各終端的營運情況;對于單機系統(tǒng)可利用大容量卡定期傳送。
    (6 )ICC電子錢包與應用系統(tǒng)主機:ICC 可在主機檢查、修復、注冊等。
    (7 )銀行與圈存機:采用聯(lián)機工作方式，各卡(帳號)存款數(shù)據(jù)、圈存記錄、掛失黑名單、有關結算或注冊信息等的傳送都要及時實現(xiàn)。
    (8 )銀行與ICC電子錢包:ICC電子錢包中的金額數(shù)據(jù)相當于儲戶從銀行取走的現(xiàn)金，故銀行對掛失中的電子現(xiàn)金可不負責。但持卡人可持卡去銀行查詢電子錢包中的金額數(shù)據(jù)。
    (9 )銀行與應用系統(tǒng)主機:銀行系統(tǒng)與各應用系統(tǒng)主機之間可通過聯(lián)網實現(xiàn)資金結算與轉帳。 

    在以上數(shù)據(jù)流中，(1) ,(2),(3),(4), (6),(8)等數(shù)據(jù)流實際上是ICC與IFD之間的信息交換，是命令一響應對(Command - Response Pair)結構，如圖’3所示。其命令信息結構和響應信息結構分別見表1和表2。

圖3 IFD與ICC之間的信息交換

表1 命令信息結構

表2 響應信息結構

5 多功能IC卡應用系統(tǒng)的安全問題 

    多功能Ic卡應用系統(tǒng)是一個包含多個應用子系統(tǒng)的復雜系統(tǒng)，牽、涉到銀行與企業(yè)及個人之間的經濟利益關系，安全是系統(tǒng)的首要核心問題，主要應從以下幾方面加以考慮: 

    (1) ICC 的合法性

    為了能驗證ICC持卡人身份的合法性，必須給ICC設置個人識別號(PIN)。在插人IFD時，IFD必須確認Icc的合法性。在多功能IC卡應用系統(tǒng)中，ICC應有全局PIN(GPIN)和局部PIN (I.PIN)兩種。GPIN處于系統(tǒng)的最高層次，一旦非法試探達到極限次數(shù)，整卡自鎖不能使用，須通過全局個人解鎖碼(GPUC)將卡打開后才能使用。LPIN處于某一具體應用層次，因非法試探而導致自鎖時，只鎖住該層次的應用，其他應用不受影響。ICC局部自鎖后，須通過相應的局部個人解鎖碼(LPUC)才能打開。圖4為多功能IC卡應用系統(tǒng)ICC的PIN應用示意圖。

圖 4 多功能ICC的PIN應用示意圖

    (2) ICC與IFD的相互認證:采用隨機數(shù)加密、解密機制進行相互認證。限于篇幅，本文不再贅述。
    (3) ICC與IFD之間的傳輸安全問題:為防止在ICC與IFD之間的傳輸過程中出現(xiàn)信息被惡意截取、篡改的現(xiàn)象，提高動態(tài)傳輸信息的安全性和可靠性，多功能IC卡應用系統(tǒng)必須提供安全傳輸控制機制?？筛鶕?jù)不同應用層次對信息傳輸安全性的特殊要求靈活采用不同的信息傳輸方式，如認證傳輸方式(Authentic Transmit Mode)、加密傳輸方式(Encipher Transmit Mode),混合傳輸方式(Mixed Transmit Mode)等。
    (4 )銀行系統(tǒng)與應用管理系統(tǒng)之間的交易安全問題

    銀行系統(tǒng)與應用管理系統(tǒng)之間的交易是一種電子商務活動，其首要問題是如何確保信息的保密性、傳輸安全性、交易雙方身份的合法性以及交易雙方的不可抵賴性等。依據(jù)密碼學的三種編碼技巧，可對信息本身及其傳輸文件做加密處理:采用“公鑰密碼十時間特征”方案實現(xiàn)數(shù)字電子簽名來確立信息收發(fā)雙方的身份合法性和不可抵賴性。由于智能IC卡本身具有MPU甚至CAU，處理能力十分強，可直接使用智能IC卡作簽名和驗證運算，即銀行方和應用管理系統(tǒng)方都有一張經過CA (Certificate Authority)認證的簽名IC卡。這樣，就避免了在PC機上實現(xiàn)數(shù)字簽名所具有的病毒侵擾、PC機操作系統(tǒng)本身的開放性及安全缺陷、個人機并非個人使用等不安全因素，因而交易十分安全可靠。智能卡數(shù)字簽名子系統(tǒng)組成圖如圖5所示。

圖5 智能卡數(shù)字簽名子系統(tǒng)組成圖 

6 結束語 

    智能IC卡芯片內部集成有MPU, ROM,R AM,E EPROM、安全邏輯、密碼運算協(xié)處理器等一系列功能部件，因而具有很強的數(shù)據(jù)處理能力和計算能力、較大的存儲容量、完善的安全技術體制以及面向應用編程良好的適應性和靈活性，特別適合于多功能IC卡應用系統(tǒng)這種對數(shù)據(jù)安全性及可靠性要求十分敏感的應用。而射頻卡具有操作快捷性、高可靠性和很強的抗干擾性能，將其 與智能IC芯片封裝在同一卡基上，形成多功能智能卡，這又大大拓展了智能卡的應用領域。隨著微電子技術的迅速發(fā)展，IC芯片的性能將更加完善，成本將大幅度下跌?？梢钥隙ǎ喙δ躀C卡應用系統(tǒng)的規(guī)劃設計，必將使多功能智能卡的應用深人到社會生活的各個領域，給人們帶來便利、安全、快捷的一系列優(yōu)質服務。 

作者：湘潭大學信息工程學院  王永才

參考文獻:
1、于宏軍·等智能(IC)卡技術全書.電子工業(yè)出版社 .1 99 6.
2、銀行Ic卡應用規(guī)范.中國人民銀行.
3、IC卡技術和應用的簡要說明.金卡工程