城市一卡通系統(tǒng)建設(shè)方案簡介

問題提出

隨著城市一卡通應(yīng)用的蓬勃展開，一卡通應(yīng)用在越來越多的行業(yè)、越來越多的地方得到應(yīng)用，城市一卡通卡的擁有量和使用率正不斷攀升，呈現(xiàn)出令人振奮的發(fā)展前景。

方便快捷的充值是提高一卡通應(yīng)用的前提。因此，迅速開辟大量的人工充值點(diǎn)，方便市民進(jìn)行充值，為市民提供“貼身式”的服務(wù)，已成為提升一卡通形象、促進(jìn)一卡通應(yīng)用的重點(diǎn)問題之一。

充值網(wǎng)點(diǎn)除了銀行、地鐵、公交車站、連鎖式商場外，更多、更方便的是處于各生活社區(qū)中，以獨(dú)立的小型商鋪出現(xiàn)。由于處于生活社區(qū)中間，與市民非常貼近，非常方便，是市民充值的場所，也應(yīng)該是城市一卡通需要發(fā)展的方向。

由于充值網(wǎng)點(diǎn)比較獨(dú)立，分布面廣，在當(dāng)前嚴(yán)峻的治安環(huán)境下，確實(shí)存在著被偷、被盜、被搶的可能性。一旦充值設(shè)備被盜，會對城市一卡通系統(tǒng)的應(yīng)用形成潛在威脅，這也是當(dāng)前城市一卡通系統(tǒng)不能大量開辟零散充值網(wǎng)點(diǎn)的主要原因之一。

改進(jìn)設(shè)想

應(yīng)該指出：充值網(wǎng)點(diǎn)之所以要比收費(fèi)網(wǎng)點(diǎn)有更高的安全要求，是因?yàn)槟壳暗某鞘幸豢ㄍㄏ到y(tǒng)體系要求在充值網(wǎng)點(diǎn)中存放對用戶卡進(jìn)行認(rèn)證和充值的密鑰，一旦該充值密鑰被破獲，不法分子將有可能對系統(tǒng)的用戶卡任意充值或進(jìn)行任意的操作，由此會產(chǎn)生不可估量的影響。因此充值密鑰是城市一卡通系統(tǒng)中被認(rèn)為是系統(tǒng)安全級別的信息之一。從另一個(gè)方面說，系統(tǒng)中所采用的對充值密鑰的保護(hù)技術(shù)也代表著該系統(tǒng)的安全信息技術(shù)的水平。

現(xiàn)有的城市一卡通系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中，已經(jīng)使用了智能卡技術(shù)，通過利用IC卡的安全性來保護(hù)充值密鑰的安全。但由于安全和破解從來就是一對孿生的兄弟，在安全防范技術(shù)不斷發(fā)展的同時(shí)，對安全的破解技術(shù)也日新月異，而城市一卡通系統(tǒng)是一個(gè)生命周期很長的系統(tǒng)，所以從系統(tǒng)長期發(fā)展的安全性考慮，確實(shí)應(yīng)該關(guān)注有否更、更可靠的技術(shù)來保護(hù)系統(tǒng)的敏感信息，以適應(yīng)未來更大的挑戰(zhàn)。

為更好保護(hù)充值密鑰的信息，嚴(yán)防密鑰的外瀉，在技術(shù)上，我們提出了新的改進(jìn)方案：

把充值密鑰收回管理中心統(tǒng)一保管，利用目前日益方便的網(wǎng)絡(luò)技術(shù)建立充值網(wǎng)點(diǎn)與管理中心的網(wǎng)絡(luò)連接，在需要充值密鑰的時(shí)候，網(wǎng)點(diǎn)通過網(wǎng)絡(luò)向管理中心申請，在核實(shí)充值員身份后，由中心下發(fā)加密后的用戶票卡充值密鑰，由網(wǎng)點(diǎn)設(shè)備在內(nèi)部解密后再執(zhí)行充值工作。

這樣對密鑰保護(hù)的問題轉(zhuǎn)化為網(wǎng)點(diǎn)身份認(rèn)證、密鑰傳輸安全的問題。這種方法的就是一旦發(fā)現(xiàn)充值網(wǎng)點(diǎn)或設(shè)備被丟失或非法使用，管理中心可以馬上截?cái)嗯c該網(wǎng)點(diǎn)的聯(lián)系，所流失的僅僅是與該站點(diǎn)有關(guān)的裝載身份認(rèn)證信息和傳輸密鑰的IC卡片，系統(tǒng)的充值密鑰并沒有流失，它始終是掌握在管理中心處，不致使出現(xiàn)前面提到的情況：密鑰會流落到外界，并始終存在著受到攻擊的可能，這種做法可把對系統(tǒng)根密鑰進(jìn)行攻擊的威脅性降到。

具體實(shí)施中，我們把目前被廣泛采用的PKI安全體系與城市一卡通的實(shí)際情況相結(jié)合，為改造現(xiàn)有充值系統(tǒng)，提出了切實(shí)可行的方案。

方案目標(biāo)

對城市一卡通現(xiàn)有充值系統(tǒng)的改造，就是要使用目前流行的PKI安全體系安全體系和技術(shù)，利用日益快速發(fā)展的Internet網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，利用的智能卡技術(shù)和國家密碼管理委員提供的商用加密標(biāo)準(zhǔn)算法等，對城市一卡通現(xiàn)行的充值工作方式進(jìn)行調(diào)整。改造后的充值系統(tǒng)：可以讓網(wǎng)點(diǎn)在充值時(shí)通過快速方便的Intenet網(wǎng)絡(luò)，向管理中心實(shí)時(shí)申請用戶卡的充值密鑰，而管理中心在對網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行實(shí)時(shí)在線身份認(rèn)證后，通過加密傳輸?shù)姆椒?，把充值密鑰發(fā)送給充值設(shè)備，通過解密后獲得密鑰再執(zhí)行充值工作。

通過改造后的充值系統(tǒng)，不但實(shí)現(xiàn)了對充值密鑰進(jìn)行統(tǒng)一管理和統(tǒng)一使用，使得更有效地保護(hù)城市一卡通系統(tǒng)中敏感的信息之一——充值根密鑰，而且也實(shí)現(xiàn)了對充值網(wǎng)點(diǎn)的實(shí)時(shí)監(jiān)控，讓管理中心實(shí)時(shí)掌握充值現(xiàn)場的信息。

本方案由于采用了PKI的安全技術(shù)，使得充值網(wǎng)點(diǎn)與服務(wù)器之間的連接可以放在因特網(wǎng)上實(shí)現(xiàn)，大大降低了系統(tǒng)的改造成本。

PKI簡介

PKI(Public Key Infrastructure )，即“公開密鑰體系”，就是利用公開密鑰算法，為用戶提供公鑰加密和數(shù)字簽名服務(wù)的系統(tǒng)。而公開密鑰算法主要的特點(diǎn)就是加密和解密使用不同的密鑰，每個(gè)使用者都保存著一對密鑰：公開密鑰PK（公鑰）和秘密密鑰SK（私鑰），因此這種體制又稱為雙鑰體系或非對稱密鑰體系。

在公開密鑰體系中，公鑰PK是公開的，通常用于加密信息或簽名的認(rèn)證，而秘鑰SK是用戶自己保管的，通常用作解密信息和對信息進(jìn)行簽字；一般情況下加密算法和解密算法都是公開的，在公鑰與私鑰之間有如下的性質(zhì)：

?雖然公鑰和私鑰成對出現(xiàn)，但利用公鑰是不能推出私鑰的；

?使用公鑰加密后得到的密文，用公鑰是不能解密的；

?使用公鑰加密后得到的密文只能用私鑰才能解開。

?使用私鑰加密得到的密文只能用對應(yīng)的公鑰才能解開。

利用公開密鑰體系的這些特點(diǎn)，我們除了可以在信息的通訊中進(jìn)行加解密外，也可以實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證、數(shù)字簽名功能。事實(shí)上，在公開密鑰體系中，當(dāng)我們用私鑰對信息加密后，由于只能采用對應(yīng)的公鑰才能解出正確的原文，因此當(dāng)需要證實(shí)某些信息是某個(gè)人發(fā)送者所發(fā)出時(shí)，可以讓該發(fā)送者（被認(rèn)證方）用私鑰對信息進(jìn)行加密，接收者（認(rèn)證方）通過采用發(fā)送者（被認(rèn)證方）所公開的公鑰進(jìn)行解密，然后與原文比對，如果相同，可以證實(shí)該信息確實(shí)是發(fā)送者（被認(rèn)證方）所發(fā)出的，這是PKI的另一個(gè)特性——不可抵賴性。

公開密鑰體系在身份確認(rèn)、不可抵賴、數(shù)據(jù)完整等方面的應(yīng)用較之傳統(tǒng)的對稱性密鑰體系有很大的優(yōu)勢。

在城市一卡通充值系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案中，我們采用了這套公開密鑰體系，通過給各充值網(wǎng)點(diǎn)分配不同的公鑰和私鑰，通過使用“數(shù)字簽名”和國密對稱性算法標(biāo)準(zhǔn)，將可以有效地把網(wǎng)點(diǎn)身份的可識別性、數(shù)據(jù)的保密性、數(shù)據(jù)的完整性、數(shù)據(jù)的不可否認(rèn)性、數(shù)據(jù)的等結(jié)合一起，通過網(wǎng)絡(luò)與PKI技術(shù)的結(jié)合，使整個(gè)充值系統(tǒng)有機(jī)、安全、快捷地連接一起。

充值流程：