非接触CPU卡技术在中国科技馆的应用

技术背景

　　自从2009年2月Mifare 1卡算法破解事件被社会媒体广泛关注之后，非接触IC卡的安全性问题已经成为智能卡行业各个媒体最热门的话题之一；所破解的Mifare 1卡芯片的安全算法，是目前全世界应用最广泛的非接触IC卡的安全算法！可以想见，如果这一科研成果被人恶意利用，那么大多数门禁系统都将失去存在的意义，而其他应用此种技术的IC卡，如各高校学生使用的校园一卡通、企业一卡通等也都将面临巨大的安全隐患。

　　国家工业和信息化部同时也针对此事件在全国下发了相关文件，要求各地开展对Mifare 1卡使用情况的调查及应对工作。M1卡破解示意图如图1所示。而采用国产自主知识产权的CPU卡和CPU卡一卡通系统可以有效地解决目前传统基于Mifare 1逻辑加密卡的一卡通系统存在严重的安全隐患。如图2所示。

图1 M1卡破解示意图

图2 M1卡破解方式及危害说明

中国科学技术馆是我国唯一的国家级综合性科技馆，是实施科教兴国战略和人才强国战略、提高全民科学素质的大型科普基础设施。一期工程于1988年9月22日建成开放，二期工程于2000年4月29日建成开放，新馆于2009年9月16日建成开放。

 

      用户要求在全馆范围内建设一卡通系统，包括安防门禁系统、消费系统、考勤系统、会议签到系统、人员访客管理、停车场管理、自助服务系统等应用。为科技馆的员工和参观的观众提供智能化的一卡通服务，考虑到M1卡存在严重的安全隐患，用户要求基于非接触CPU卡技术来建设全馆的企业一卡通系统，采用非接触CPU卡作为身份识别、交易支付的载体。

系统目标

     同方企业一卡通系统以目前世界先进的非接触式 CPU 卡技术为核心，以企业局域网为依托平台，采用流行的网络结构、通讯模式和开发工具构建而成。实现企业内“一卡多用”、“一卡通用”的功能。

 

同方系列产品

      中国科技馆新馆的企业员工使用一张经过授权的CPU卡，便可以通过一卡通系统的软件功能和硬件配套设备实现消费、门禁、考勤、综合查询、人员出入等“一卡通”服务；外来观众可以通过一张CPU卡,实现在企业内部的各类消费,系统还可以拓展到会议签到、医疗、图书借阅等系统；更可以与企业HR系统、OA系统、财务、楼宇自控系统等系统对接，交互及共享数据信息，为企业管理者提供各类综合查询、综合分析的基础数据。

系统组成

系统包含一卡通中心平台、交易类应用、身份类应用、自助服务应用。其中又由密钥管理模块、卡片初始化模块、中心管理模块、卡务管理模块、消费管理模块、消费POS机模块、交易清算、门禁管理模块、考勤管理系统、会议签到系统、Web综合查询模块、自助机模块等构成。

　　一卡通中心平台系统：是一卡通的核心层，由一卡通中心数据库，身份管理、交易结算管理、系统管理等各类模块组成，主要对一卡通的各类应用子系统和硬件终端进行综合管理，管理业务流和数据流。

　　一卡通应用子系统：是一卡通的应用服务层，提供一卡通的各类应用功能管理，包括卡务管理、综合查询、消费、门禁、考勤、会议签到、访客管理、车辆出入监控、梯控等子系统。通过各类POS机具、读卡设备、采集读写持卡人的卡信息，通过计算机终端，管理各类持卡人信息，为持卡人提供与卡相关的各类服务。

　　第三方应用接口：一卡通系统提供规范的接口，开放的通讯协议，方便第三方应用子系统（如人事管理系统、OA办公系统、楼宇自控IBMS系统等）通过统一的应用接口访问一卡通中心平台，实现数据共享和数据交换。

系统主要功能

　　1、一卡通中心平台

　　一卡通中心平台是整个系统的数据中心、安全控制中心、卡务管理中心、清算帐务中心。

　　·结算管理：全部交易和管理数据的存储和处理；系统安全控制包括应用授权及设备授权管理；黑名单管理；清算帐务管理；帐户管理等。

　　·卡务管理：提供CPU卡的统一发放、挂失、补卡、换卡以及退卡销户等管理功能。

　　2、应用子系统

　　·安防门禁管理

　　门禁管理系统由安全、可靠、使用方便的智能卡门锁、CPU卡门禁读卡器、控制器及管理软件构成，可联网与非联网使用。智能卡门锁系统能根据每个员工所属部门、行政级别和实际需要来设置员工的出入权限，没有授权的人员无法开启门锁或通行。对开门记录进行处理分析，从而获得人员出入信息；对于非法闯入、门锁被破坏等情况出现时系统会发出实时报警信息。可实现消防联动,可实现联动实时监控。

　门禁管理系统采用了CPU卡安全门禁读卡器，采用SAM与CPU卡的安全认证，建立了完整、严密的密钥管理系统，充分使用了CPU卡安全特性。密钥注入SAM卡后，外部无法读取。将SAM卡插入读写卡设备内，通过SAM卡和CPU卡进行双向验证。验证报文是由随机因子参与计算的，同一张卡在一台设备上刷卡，每次都不相同，彻底杜绝“伪卡”的出现。

　　·人员访客管理系统

　　访客系统客户端部署在进出办公大楼的门卫管理窗口，系统由管理软件、发卡器、一二代身份证阅读设备、数码相机等组成，并与一卡通中心的身份认证服务器进行数据通讯。访客获得临时的出入卡后，可以在允许的范围内通行。

　　根据公司的实际需求，访客管理可与现有门禁系统、梯控系统对接，实现被访者到门卫处刷卡确认（更安全、可靠）、同时对来宾所发的访客卡自动授权活动区域（最多为被访者的权限），拜访结束后在门卫处刷卡自动完成退卡注销。

　　·考勤管理系统

　　考勤管理系统是以员工使用CPU卡在门禁或考勤机刷卡数据为基础，经后台考勤管理模块处理，全面实现员工考勤管理自动化。该系统可灵活地设置上下班时间、班次，制定不同的考勤制度，根据员工的刷卡记录能够快而准地计算出员工上、下班时间，并生成用户所需的考勤报表，汇总结果经处理后可直接计算出员工工资。

　　·停车场管理系统

　　停车场管理系统类似于一般的门禁管理系统。员工凭有效卡自动进、出停车场，访客进入停车场前在出票口获得临时进门卡。系统实时收集进出车辆数据，可随时查询停车场停车状况，随时生成各种报表。停车场管理系统可分为免收费停车和收费停车两类。

　　·消费管理系统 

　　CPU卡消费管理系统可实现企业内部员工就餐、企业或园区内购物等消费管理。该系统能够对食堂、小卖部等消费功能和操作人员进行授权和设定，建立消费项目和帐目，员工凭卡消费，系统对卡进行安全认证并对消费信息进行加密存储，消费信息实时或定时发送到后台中心系统，做为统一清算和帐务管理的依据。

　　·在线巡更管理系统

　　系统可根据管理需求设定保安员的巡更路线、时间，值班的保安员必须在指定的时间内触发指定的巡更点。在巡查线路上安装一系列代表不同点的感应卡，巡查到各点时巡查人员用手持式巡更机读卡，把代表该点的卡号和时间同时记录下来。巡查完成后巡更机通过通讯线把数据传给后台系统处理，就可以对巡查情况（人员、地点、时间、事件等）进行记录和考核。

　　·自助查询服务系统

　　提供企业一卡通系统全部交易和管理信息（如帐户信息、交易信息、卡服务信息等）的查询，可以按岗位设置查询内容，不同岗位的人可以查询不同的信息。

　　3、第三方接口

　　企业/园区一卡通系统将提供与现有信息系统如财务统计信息、人事工资系统、图书管理、医务管理等系统、智能楼宇自控系统接口，实现与现有信息资源的整合，保护现有投资。

系统优势

　　与传统的基于Mifare 1逻辑加密卡的企业一卡通相比，同方CPU卡企业一卡通有如下优势：

　　1、基于CPU卡技术的安全门禁系统

　　门禁管理系统采用了国有自主知识产权的CPU卡安全门禁读卡器，CPU卡安全门禁读卡器内置有PSAM卡插槽和SAM模块，通过发行PSAM卡或使用SAM认证模块来存储各类应用密钥，通过内/外部认证方式，对交易的卡片、终端设备进行相互认证，保证交易介质的合法性。

　　采用SAM与CPU卡的安全认证，建立了完整、严密的密钥管理系统，充分使用了CPU卡安全特性，彻底解决Mifare 1逻辑加密卡的安全漏洞。确保整个门禁安防系统的安全性。

　　2、密钥管理和初始化工作由用户主导

　　在以CPU卡为应用载体的信息系统中,密钥的管理是整个系统安全运行的基础。密钥管理系统的主要任务是进行密钥的生成、发行和更新，它直接关系到整个系统的安全。客户能过同方CPU卡企业一卡通的密钥管理模块自行生成和管理各类应用密钥，自行完成卡片的初始化工作，保证了客户拥有密钥管理和发卡的主动权。

　　3、终端的设备支持SAM卡插槽和认证

　　同方CPU卡企业一卡通中的终端设备可分为几类，一是消费类，二是充值类，三是身份认证类，消费类终端内嵌的PSAM卡只减钱的密钥，充值终端需要联机去硬件加密机获取充值类密钥，身份类可以根据实际情况来做，可以发行身份类的PSAM卡，如门禁读卡器内放置这类PSAM卡后，才能正确读出卡片内容，确保CPU卡信息的读写的高安全性。

　　4、严格遵循CPU卡的交易标准规范

　　同方CPU卡企业一卡通将采用中国人民银行金融CPU卡交易标准规范，在CPU卡的金融交易过程中与后台的金融加密机进行认证。计算交易认证码的密钥和算法将存储到金融加密机中，在进行日终交易流水的清分清算时，需要与硬件加密机实时连接，验证交易流水的TAC码,以保证交易记录的准确与安全。

　　5、软件平台架构的稳定性和可扩展性

　　同方CPU卡企业一卡通系统采用J2EE来简化企业解决方案的开发、部署和管理相关的复杂问题的体系结构，提供中间层集成框架高可用性、高可靠性以及可扩展性的应用的需求。

　　一卡通系统融合当前最流行的三层体系架构，将整个业务应用划分为：表现层（UI）、业务逻辑层（BLL）、数据访问层（DAL）。便于系统扩展和分布式应用。平台开发使用JAVA语言，采用Struts + Spring + Hibernate 的框架结构，数据库采用oracle 10g大型数据库。充分满足大中型万人以上的企业一卡通对稳定性、扩展性建设需求。