基于CPU卡技術(shù)的一卡通系統(tǒng)在智能樓宇中的應(yīng)用

文章出處：http://m.overnightmodel.com 作者：同方銳安科技有限公司 丁兆海   人氣： 發(fā)表時間：2011年10月10日

    1技術(shù)背景 
    
    自從2009年2月Mifare 1卡密鑰破解事件被社會媒體廣泛關(guān)注之后，非接觸邏輯加密卡的安全性問題已經(jīng)成為智能卡行業(yè)各個媒體最熱門的話題之一。傳統(tǒng)NXP公司的Mifare 1卡算法被破解，給門禁產(chǎn)品乃至整個安防行業(yè)的安全性帶來了安全危機(jī)?？梢灶A(yù)見，如果這一科研成果被人惡意利用，那么大多數(shù)門禁系統(tǒng)都將失去存在的意義。對于Mifare 1 卡芯片出現(xiàn)的安全危機(jī)，國家工業(yè)和信息部、國家密碼管理局等主管單位第一時間下發(fā)了相關(guān)政策文件，要求各行業(yè)、各級單位給予充分的重視。 

    目前國內(nèi)的政府機(jī)關(guān)、司法、軍工、監(jiān)獄、公安及國家重點部門等將原有ID卡或邏輯加密卡門禁系統(tǒng)更換成更為安全的CPU卡門禁產(chǎn)品已經(jīng)迫在眉睫。另外，新建智能大廈項目中的一卡通應(yīng)用等也存在著巨大的安全隱患。
    采用國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權(quán)的CPU卡和CPU卡一卡通系統(tǒng)可以有效地解決目前傳統(tǒng)基于Mifare 1 邏輯加密卡的一卡通系統(tǒng)存在嚴(yán)重的安全隱患。
    同方銳安科技有限公司（原同方智能卡產(chǎn)品公司）定位于CPU卡及RFID技術(shù)為基礎(chǔ)的各類行業(yè)應(yīng)用，是智能卡、電子標(biāo)簽、讀寫機(jī)具、行業(yè)應(yīng)用軟件的供應(yīng)商和服務(wù)提供商。依托于同方股份有限公司在智能卡行業(yè)的芯片設(shè)計、標(biāo)簽封裝、機(jī)具制造、軟件中間件的完整產(chǎn)業(yè)鏈布局，公司在CPU卡行業(yè)應(yīng)用領(lǐng)域積累了大量的成功案例：推出了基于非接觸CPU卡技術(shù)的一卡通系統(tǒng)，可廣泛地應(yīng)用于政府部門、金融證券、司法監(jiān)獄、軍隊機(jī)關(guān)、軍工企業(yè)等安全級別較高的涉密單位、重點單位的智能樓宇一卡通系統(tǒng)。

    2行業(yè)背景

    一卡通系統(tǒng)從最初的門禁系統(tǒng)逐漸成為廣泛應(yīng)用的一卡通系統(tǒng)，幾乎無所不能地涉及到單位運作管理的各個方面，從目前的應(yīng)用來看，已經(jīng)衍生出考勤、訪客、巡更、會議簽到、消費、停車場出入、電梯控制等多個子系統(tǒng)模塊，而且隨著人員身份認(rèn)證、物品認(rèn)證等需求的拓展，智能卡系統(tǒng)的應(yīng)用領(lǐng)域還在不斷擴(kuò)展。 
    智能樓宇一卡通系統(tǒng)做為建筑智能化應(yīng)用系統(tǒng)中一個子系統(tǒng)，集中保存著持卡人員的基本資料信息和一卡通系統(tǒng)運行數(shù)據(jù)，集中處理一卡通的系統(tǒng)運作，多個應(yīng)用子系統(tǒng)共用同一張智能卡，在同一個平臺、同一個數(shù)據(jù)庫中完成系統(tǒng)內(nèi)所有人員的基本資料、各子系統(tǒng)的讀卡信息的運作、存儲和共享，以實現(xiàn)門禁、考勤、消費等子系統(tǒng)模塊的應(yīng)用功能。
    智能樓宇一卡通系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)持卡人在消費場所的持卡消費行為; 需要實現(xiàn)充值、刷卡消費、自助領(lǐng)取補(bǔ)貼等操作的歷史記錄的自助查詢功能；同時要考慮對卡片的消費額度和次數(shù)限制，以保護(hù)丟失卡片者的損失。
    作為智能化系統(tǒng)集成的一個組成部分，智能樓宇一卡通系統(tǒng)應(yīng)具有開放性，系統(tǒng)平臺通過OPC、SOCKET等標(biāo)準(zhǔn)的接口協(xié)議，可掛接與捆綁在IBMS、BAS等系統(tǒng)中，實現(xiàn)相應(yīng)的功能整合，實現(xiàn)與監(jiān)控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、設(shè)備管理系統(tǒng)聯(lián)動。
    智能樓宇一卡通系統(tǒng)應(yīng)實現(xiàn)與OA、HR等單位運作管理系統(tǒng)的數(shù)據(jù)對接，例如：通過系統(tǒng)間的數(shù)據(jù)整合，一卡通系統(tǒng)中持卡人員基本數(shù)據(jù)可以隨著人力資源部門相關(guān)數(shù)據(jù)的變化而及時更新；ERP系統(tǒng)可以及時獲取一卡通系統(tǒng)中持卡人員考勤信息數(shù)據(jù)等。

    3建設(shè)目標(biāo)

    通過智能樓宇CPU卡一卡通管理系統(tǒng)強(qiáng)大的軟件功能組合和完善的硬件配套設(shè)備，智能樓宇的工作人員僅憑一張CPU卡就可進(jìn)行消費、門禁出入控制、考勤管理、會議簽到、車輛出入管理，人員訪客出入管理等“一卡通”服務(wù)，并可以拓展到巡更、電梯控制等系統(tǒng)以及與HR系統(tǒng)、OA系統(tǒng)、財務(wù)系統(tǒng)、ERP系統(tǒng)、IBMS等系統(tǒng)對接。 

    4卡片選型

    非接觸CPU卡與Mifare 1卡片相比，擁有獨立的CPU處理器和芯片操作系統(tǒng)，所以可以更靈活的支持各種不同的應(yīng)用需求及更安全的設(shè)計交易流程。非接觸式CPU卡具有三種認(rèn)證方式，持卡者合法性認(rèn)證——PIN校驗，卡合法性認(rèn)證——內(nèi)部認(rèn)證，系統(tǒng)合法性認(rèn)證——外部認(rèn)證，對交易的各個單元（持卡人、卡片、終端設(shè)備）進(jìn)行相互認(rèn)證，保證交易介質(zhì)的合法性。在以上認(rèn)證過程中，密鑰不在線路上以明文出現(xiàn)，其每次送出都經(jīng)過隨機(jī)數(shù)加密，而且因為隨機(jī)數(shù)的參加，確保每次傳輸?shù)膬?nèi)容不同，保證了交易內(nèi)容的合法性。所以，采用非接觸式CPU卡可以杜絕偽造卡、偽造終端、偽造交易，最終保證了交易的安全性。
    基于以上分析，智能樓宇CPU卡一卡通管理系統(tǒng)采用了同方TF-CS2000系列非接觸CPU卡，這是由同方自主研發(fā)的一款帶TDES/DES硬件加速功能的非接觸CPU 卡。該產(chǎn)品支持多應(yīng)用防火墻，支持內(nèi)外部雙向認(rèn)證，具有硬件DES處理器和真隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，符合IEC/ISO14443標(biāo)準(zhǔn)；具備防沖突機(jī)制，支持防插拔處理和數(shù)據(jù)斷電保護(hù)機(jī)制，適合各類高端CPU卡應(yīng)用領(lǐng)域。

    5系統(tǒng)組成

    系統(tǒng)包含一卡通中心平臺、交易類應(yīng)用平臺、身份類應(yīng)用平臺、自助服務(wù)應(yīng)用平臺，并由密鑰管理模塊、卡片初始化模塊、中心管理模塊、卡務(wù)管理模塊、消費管理模塊、門禁管理模塊、考勤管理系統(tǒng)、在線巡更管理、人員訪客管理、自助查詢模塊等構(gòu)成，如圖所示。 

    （1）一卡通中心平臺系統(tǒng)：是一卡通的核心層，由一卡通中心數(shù)據(jù)庫及身份管理、交易結(jié)算管理、系統(tǒng)管理等各類模塊組成，主要對一卡通的各類應(yīng)用子系統(tǒng)和硬件終端進(jìn)行綜合管理，管理業(yè)務(wù)流和數(shù)據(jù)流。
    （2）一卡通應(yīng)用子系統(tǒng)：是一卡通的應(yīng)用服務(wù)層，提供一卡通的各類應(yīng)用功能管理，包括卡務(wù)管理、綜合查詢、消費、門禁、考勤、人員訪客管理等子系統(tǒng)。通過各類POS機(jī)具、讀卡設(shè)備，采集讀寫持卡人的卡信息，通過計算機(jī)終端，管理各類持卡人信息，為持卡人提供與卡相關(guān)的各類服務(wù)。
    （3）第三方應(yīng)用接口：一卡通系統(tǒng)提供規(guī)范的接口及開放的通訊協(xié)議，方便第三方應(yīng)用子系統(tǒng)通過統(tǒng)一的應(yīng)用接口訪問一卡通中心平臺，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共享和數(shù)據(jù)交換。 

    6主要功能
 
    6.1一卡通中心平臺
    一卡通中心平臺是整個系統(tǒng)的數(shù)據(jù)中心、密鑰管理中心、卡務(wù)管理中心和清算帳務(wù)中心。
   6.1.1密鑰管理：
    在以CPU卡為應(yīng)用載體的信息系統(tǒng)中,密鑰管理是整個系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)。密鑰管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是進(jìn)行密鑰的生成、發(fā)行和更新，它直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全。系統(tǒng)在處理各類聯(lián)機(jī)交易過程中，需要使用加密機(jī)，加密機(jī)中存儲密鑰和相關(guān)算法，負(fù)責(zé)聯(lián)機(jī)交易操作的安全性。在終端的讀卡設(shè)備上加裝PSAM卡， CPU卡的操作需要采用PSAM卡進(jìn)行密鑰訪問。
   6.1.2卡務(wù)管理
    一卡通卡務(wù)中心是一卡通系統(tǒng)中一個相對獨立的子系統(tǒng)，是整個一卡通系統(tǒng)的基礎(chǔ)和核心，在整個系統(tǒng)中占有舉足輕重的作用。它的職責(zé)與任務(wù)是負(fù)責(zé)整個一卡通系統(tǒng)中卡的制作；負(fù)責(zé)日常對卡的維護(hù)，如卡的掛失、解掛、補(bǔ)卡、換卡、卡信息修正、單個注銷和成批注銷等工作，并生成相應(yīng)的報表和流水記錄，如出納日報、月報、期報、年報等，流水記錄如掛失記錄、解掛記錄等；并支持卡上打印照片的處理。
  6.1.3結(jié)算管理
    一卡通結(jié)算管理中心負(fù)責(zé)對企業(yè)、商戶、持卡人在一卡通平臺中的資金和帳目進(jìn)行管理。
    結(jié)算功能包括商戶和消費終端管理與結(jié)算、系統(tǒng)綜合報表、員工補(bǔ)助的管理與發(fā)放、卡業(yè)務(wù)注銷與清算、主機(jī)現(xiàn)金充值、分類明細(xì)報表（年、月、日等報表）等。
6.2應(yīng)用子系統(tǒng)
  6.2.1CPU卡安全門禁系統(tǒng)
    門禁管理系統(tǒng)由安全、可靠、使用方便的智能卡門鎖、CPU卡門禁讀卡器、控制器及管理軟件構(gòu)成，可聯(lián)網(wǎng)與非聯(lián)網(wǎng)使用。
    門禁管理系統(tǒng)采用了CPU卡安全門禁讀卡器，采用SAM與CPU卡的安全認(rèn)證，建立了完整、嚴(yán)密的密鑰管理系統(tǒng)，充分利用了CPU卡的安全特性。密鑰注入SAM卡后，外部無法讀取。將SAM卡插入讀寫卡設(shè)備內(nèi)，通過SAM卡和CPU卡進(jìn)行雙向驗證。驗證報文是由隨機(jī)因子參與計算的，同一張卡在一臺設(shè)備上刷卡，每次都不相同，徹底杜絕了“偽卡”的出現(xiàn)。 

    為了應(yīng)對智能樓宇復(fù)雜的安防環(huán)境，將門禁和監(jiān)控、報警進(jìn)行了無縫集成，實現(xiàn)了三者之間的聯(lián)動，使這三者的功能相互呼應(yīng)，相得益彰。系統(tǒng)中可以設(shè)定刷卡聯(lián)動抓拍照片和刷卡聯(lián)動錄像等功能，為每一條門禁的進(jìn)出記錄都留下了真實的視頻資料。刷卡聯(lián)動抓拍和聯(lián)動錄像的條件可以靈活設(shè)置，保證了系統(tǒng)的靈活性。
    6.2.2考勤管理系統(tǒng)
    考勤管理系統(tǒng)是以人員使用CPU卡在門禁或考勤機(jī)刷卡數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，經(jīng)后臺考勤管理模塊處理，全面實現(xiàn)人員考勤管理自動化。該系統(tǒng)可靈活地設(shè)置上下班時間、班次，制定不同的考勤制度，根據(jù)人員的刷卡記錄能夠快而準(zhǔn)地計算出人員上、下班時間，并生成用戶所需的考勤報表，匯總結(jié)果經(jīng)處理后可直接計算出智能樓宇管理人員工資。
    6.2.3消費管理系統(tǒng) 
    CPU卡消費管理系統(tǒng)可實現(xiàn)智能樓宇內(nèi)部人員就餐、購物等消費管理。該系統(tǒng)能夠?qū)κ程?、小賣部等消費功能和操作人員進(jìn)行授權(quán)和設(shè)定，建立消費項目和帳目，人員憑卡消費，系統(tǒng)對卡進(jìn)行安全認(rèn)證并對消費信息進(jìn)行加密存儲，消費信息實時或定時發(fā)送到后臺中心系統(tǒng)，作為統(tǒng)一清算和帳務(wù)管理的依據(jù)。
    6.2.4人員訪客管理系統(tǒng)
    訪客系統(tǒng)客戶端部署在進(jìn)出辦公大樓的門衛(wèi)管理窗口，系統(tǒng)由管理軟件、發(fā)卡器、一二代證閱讀設(shè)備、數(shù)碼相機(jī)等組成，并與一卡通中心的身份認(rèn)證服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。訪客獲得臨時的出入卡后，可以在允許的范圍內(nèi)通行。
    根據(jù)公司的實際需求，訪客管理可與現(xiàn)有門禁系統(tǒng)及梯控系統(tǒng)對接，實現(xiàn)被訪者到門衛(wèi)處刷卡確認(rèn)（更安全、可靠）的同時，對來賓所發(fā)的訪客卡自動授權(quán)活動區(qū)域（最多為被訪者的權(quán)限），拜訪結(jié)束后在門衛(wèi)處刷卡自動完成退卡注銷。
    6.2.5在線巡更管理系統(tǒng)
    系統(tǒng)可根據(jù)管理需求設(shè)定保安員的巡更路線、時間，值班的保安員必須在指定的時間內(nèi)觸發(fā)指定的巡更點。把數(shù)據(jù)傳給后臺系統(tǒng)處理，就可以對巡查情況（人員、地點、時間、事件等）進(jìn)行記錄和考核。
    6.2.6自助查詢服務(wù)系統(tǒng)
    提供智能樓宇一卡通系統(tǒng)全部交易和管理信息（如帳戶信息、交易信息、卡服務(wù)信息等）的查詢，可以按照崗位設(shè)置查詢內(nèi)容，不同崗位的人可以查詢不同的信息。具體功能和特點如下：
    （1）充值、消費、領(lǐng)取補(bǔ)貼的歷史記錄可以通過自助服務(wù)終端進(jìn)行自助查詢。通過此功能，持卡人可以了解其卡上的余額/充值/取款/補(bǔ)貼/消費金額。
    （2）人員當(dāng)月補(bǔ)貼金額生成發(fā)放記錄后下傳到自助服務(wù)系統(tǒng)，持卡人只要在自助設(shè)備上刷卡，即可自動將未領(lǐng)補(bǔ)貼充入卡中，并提示補(bǔ)貼金額、卡內(nèi)余額等信息。 
6.3第三方接口
    一卡通系統(tǒng)與智能樓宇第三方系統(tǒng)對接實現(xiàn)方式：
    （1）Web Service接口：對于基于Web Service的第三方應(yīng)用系統(tǒng)，一卡通系統(tǒng)可以根據(jù)需要提供第三方使用的Web Service接口。 ? 
    （2）應(yīng)用程序接口： 對于第三方應(yīng)用系統(tǒng)，一卡通系統(tǒng)可以根據(jù)需要提供第三方使用的應(yīng)用程序接口，接口的方式可以是.dll等形式。
    （3）卡操作接口： 使用射頻卡讀寫器，以動態(tài)鏈接庫方式提供了標(biāo)準(zhǔn)API接口驅(qū)動程序，可以完成對卡的自主開發(fā)和讀寫。
    （4）OPC接口：OPC是以O(shè)LE/COM機(jī)制作為應(yīng)用程序的通訊標(biāo)準(zhǔn)。OLE/COM是一種客戶/服務(wù)器模式，具有語言無關(guān)性、代碼重用性、易于集成性等優(yōu)點。OPC規(guī)范了接口函數(shù)，不管現(xiàn)場設(shè)備以何種形式存在，客戶都以統(tǒng)一的方式去訪問，從而保證軟件對客戶的透明性，使得用戶完全從底層的開發(fā)中脫離出來。
    一卡通平臺通過OPC接口向上與IBMS系統(tǒng)進(jìn)行通信。IBMS系統(tǒng)可以通過OPC客戶端程序?qū)Ω鱾€子系統(tǒng)的設(shè)備故障、設(shè)備狀態(tài)和設(shè)置等信息進(jìn)行監(jiān)視；IBMS系統(tǒng)通過寫OPC服務(wù)端信息，向各個子系統(tǒng)傳送數(shù)據(jù)，也就是系統(tǒng)具備控制和處理各個子系統(tǒng)現(xiàn)場設(shè)備的能力。一卡通平臺軟件作為OPC Server，IBMS作為OPC Client，物理接口采用標(biāo)準(zhǔn)的以太網(wǎng)連接，接口內(nèi)容將涵蓋門禁、停車、消費等子系統(tǒng)。IBMS端通過設(shè)置回調(diào)函數(shù)的方式獲取一卡通子系統(tǒng)的變化數(shù)據(jù)，并通過手動方式按單點控制一卡通子系統(tǒng)的控制點。

    7系統(tǒng)優(yōu)勢

    與傳統(tǒng)的基于Mifare 1邏輯加密卡的一卡通相比，同方CPU卡智能樓宇一卡通有如下優(yōu)勢：
    7.1基于CPU卡技術(shù)的安全門禁系統(tǒng)
    門禁管理系統(tǒng)采用了國產(chǎn)自主知識產(chǎn)權(quán)的CPU卡安全門禁讀卡器，其內(nèi)置有PSAM卡插槽和SAM模塊，通過發(fā)行PSAM卡或使用SAM認(rèn)證模塊來存儲各類應(yīng)用密鑰。通過內(nèi)/外部認(rèn)證方式，對交易的卡片、終端設(shè)備進(jìn)行相互認(rèn)證，保證交易介質(zhì)的合法性。采用SAM與CPU卡的安全認(rèn)證，建立了完整、嚴(yán)密的密鑰管理系統(tǒng)，充分利用CPU卡安全特性，徹底解決Mifare 1邏輯加密卡的安全問題，確保整個門禁安防系統(tǒng)的安全性。
    7.2密鑰管理和初始化工作由用戶主導(dǎo)
    在以CPU卡為應(yīng)用載體的信息系統(tǒng)中，密鑰的管理是整個系統(tǒng)安全運行的基礎(chǔ)。密鑰管理系統(tǒng)的主要任務(wù)是進(jìn)行密鑰的生成、發(fā)行和更新，它直接關(guān)系到整個系統(tǒng)的安全?？蛻敉ㄟ^同方CPU卡智能樓宇一卡通的密鑰管理模塊自行生成和管理各類應(yīng)用密鑰，自行完成卡片的初始化工作，保證客戶擁有密鑰管理和發(fā)卡的主動權(quán)。
    7.3終端設(shè)備支持PSAM卡認(rèn)證，確?？ㄆx寫的安全性
    CPU卡智能樓宇一卡通中的終端設(shè)備可分為消費類、充值類、身份認(rèn)證類。消費類終端內(nèi)嵌的PSAM卡只減錢的密鑰；充值終端需要聯(lián)機(jī)去硬件加密機(jī)獲取充值類密鑰；身份類可以根據(jù)實際情況來制作，可以發(fā)行身份類的PSAM卡，如門禁讀卡器內(nèi)放置這類PSAM卡后，才能正確讀出卡片內(nèi)容，確保CPU卡信息的讀寫的高安全性。
    7.4嚴(yán)格遵循CPU卡的金融交易標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范
    同方CPU卡智能樓宇一卡通采用中國人民銀行金融CPU卡交易標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范，在CPU卡的金融交易過程中與后臺的金融加密機(jī)進(jìn)行認(rèn)證。計算交易認(rèn)證碼的密鑰和算法并存儲到金融加密機(jī)中，在進(jìn)行日終交易流水的清分清算時，需要與硬件加密機(jī)實時連接，驗證交易流水的TAC碼,以保證交易記錄的準(zhǔn)確與安全。
    7.5軟件平臺架構(gòu)的穩(wěn)定性和可擴(kuò)展性
    同方CPU卡智能樓宇一卡通系統(tǒng)采用J2EE來簡化智能樓宇解決方案的開發(fā)、部署和管理相關(guān)的復(fù)雜問題的體系結(jié)構(gòu)，提供中間層集成框架高可用性、高可靠性以及可擴(kuò)展性的應(yīng)用需求。一卡通系統(tǒng)融合當(dāng)前最流行的三層體系架構(gòu)，平臺開發(fā)使用JAVA語言，采用Struts + Spring + Hibernate 的框架結(jié)構(gòu)，數(shù)據(jù)庫采用Oracle 10g大型數(shù)據(jù)庫，充分滿足大中型萬人以上的智能樓宇一卡通對穩(wěn)定性、擴(kuò)展性建設(shè)需求。
    7.6靈活的第三方對接方式
    一卡通系統(tǒng)提供多種類型的對接方式，實現(xiàn)與智能樓宇中其它系統(tǒng)的靈活對接，包括樓宇自控系統(tǒng)、安防系統(tǒng)、消防系統(tǒng)等。同時也可以實現(xiàn)與未來樓宇業(yè)主單位信息化系統(tǒng)的靈活對接，包括OA、ERP、HR等。