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CPU卡在“一卡通”系統(tǒng)中的應用發(fā)展及挑戰(zhàn)

文章出處:http://m.botanicstilllife.com 作者:興邦電子 人氣: 發(fā)表時間:2017年04月25日

[文章內容簡介]:傳統(tǒng)的MIFARE 1卡已經(jīng)逐步被具備更高加密技術的智能IC卡取代,CPU卡就是典型代表之一。將CPU卡應用于“一卡通”系統(tǒng),可以使系統(tǒng)具備更高的功能擴展性,在使用安全性上也有了很大提高。且卡體本身用戶存儲空間更大、讀取速度更快。再對現(xiàn)有系統(tǒng)軟件進行必要升級,完成系統(tǒng)與CPU卡的整合。

隨著智能IC卡技術的發(fā)展,對于卡體本身的存儲和加密特性有了更高的要求。傳統(tǒng)的MIFARE 1卡已經(jīng)逐步被具備更高加密技術的智能IC卡取代,CPU卡就是典型代表之一。將CPU卡應用于“一卡通”系統(tǒng),可以使系統(tǒng)具備更高的功能擴展性,在使用安全性上也有了很大提高。且卡體本身用戶存儲空間更大、讀取速度更快。再對現(xiàn)有系統(tǒng)軟件進行必要升級,完成系統(tǒng)與CPU卡的整合。

CPU卡在“一卡通”系統(tǒng)中的應用發(fā)展及挑戰(zhàn)——中國一卡通網(wǎng)

  一. CPU卡概述

  CPU卡又叫智能卡,是一種具有微處理器芯片的IC卡,卡結構類似一臺微型計算機系統(tǒng)??▋鹊募呻娐肪拖裼嬎銠C主板一樣,集成了中央處理器(CPU)、EEPROM、隨機存儲器(RAM)、只讀存儲器(ROM),在只讀存儲器中固化有片內操作系統(tǒng),也就是COS。有的卡內芯片還集成了加密運算協(xié)處理器以提高安全性和工作速度。

  CPU卡用戶存儲空間采用類似計算機操作系統(tǒng)的目錄和文件式管理方式,當進行功能擴展時更加靈活,可以根據(jù)需要合理分配存儲空間??w的微處理器與其自身的操作系統(tǒng)運行時,可進行分級加密和解密,用戶在進行卡操作時需要進行多次密碼認證,提高了系統(tǒng)的安全性。無論是從用戶空間的存儲容量,還是從安全加密特性上考慮,CPU卡都能適應當前發(fā)展的需要。CPU卡可應用于金融、保險、警務、政府等多個領域,具有一卡多用的特點,并已經(jīng)通過中國人民銀行和國家商秘委的認證。

  二. MIFARE 1卡與CPU卡特性比較

  對于CPU卡而言,它彌補了MIFARE 1的許多缺點,它與MIFARE 1卡有什么區(qū)別?那么CPU卡又有什么優(yōu)勢?下面做一下簡單介紹:

  (一).存儲空間與分區(qū)

  MIFARE 1卡存儲空間非常有限,且采取固定扇區(qū)、分塊管理的方式。

  CPU卡存儲空間是MIFARE 1卡的數(shù)倍,完全滿足現(xiàn)在的存儲需要,其采用的是類似操作系統(tǒng)的文件存儲方式,設計非常靈活。

  (二).密鑰長度

  MIFARE 1卡采用6字節(jié)密碼,分扇區(qū)控制。

  CPU卡使用16字節(jié)密鑰,并可根據(jù)實際需要建立多級分區(qū),實現(xiàn)多級分區(qū)多級密鑰的組合控制,提高了使用上的安全性。

  (三).加密認證算法

  MIFARE 1卡采用專用不公開硬件邏輯算法,目前已被破解。

  CPU卡采用通用公開軟件或硬件加速算法,并可定制,且達到了金融標準。

  (四).讀寫安全模塊

  MIFARE 1卡采用算法內置密鑰外送,認證方式為卡片與專用基站芯片認證,此技術目前已被破解。

  CPU卡采用通用讀寫模塊透明傳輸,配合SAM密鑰算法,認證在雙方卡內部進行,傳輸過程中使用加密后的隨機數(shù),大大提高了讀寫時的安全性。

  (五).交易流程

  MIFARE 1卡的交易流程簡單不規(guī)范,需自定義防拔流程。

  CPU卡具備金融標準規(guī)范,也可由用戶靈活設計,內置防拔流程。

  (六).訪問權限控制

  MIFARE 1卡可進行只讀、只寫、讀寫、加、減操作。

  CPU卡對不同文件類型靈活設計認證方式。

  (七).CPU卡的優(yōu)勢

  從系統(tǒng)安全角度出發(fā),IC卡在安全性上也是不斷進步的,CPU卡在安全性上其生命力是最旺盛的。CPU卡可以采用多種安全方式,甚至可以起到保護軟件系統(tǒng)的作用??梢酝瑫r使用多種不同的應用,例如虛擬MIFARE 1卡的存儲結構,即一卡多用。COS與軟件系統(tǒng)的結合使用,提高了操作上的靈活性。

  三. 某國家部委“一卡通”系統(tǒng)升級方案

  某國家部委的“一卡通”系統(tǒng)還在應用MIFARE 1卡,這種卡無論在安全性,還是在存儲容量上,已逐漸不能滿足日益增長的需求,根據(jù)當前應用需求的擴展,MIFARE 1卡升級已勢在必行。使用CPU卡替換現(xiàn)有的MIFARE 1卡更能滿足實際需要。

  (一).應用升級的構想

  目前,該部委使用MIFARE 1卡實現(xiàn)了門禁、報銷、醫(yī)療、消費等應用。門禁子系統(tǒng)通過將卡片的ID下發(fā)到門禁控制器,在刷卡時利用卡片ID與控制器中存儲的信息進行比對,確認是否具備通行權限。這樣比對效率是最高的,但需要系統(tǒng)管理端對各門禁控制器下發(fā)數(shù)據(jù)。如果出現(xiàn)網(wǎng)絡故障或更換新控制器,都需要重新下發(fā)數(shù)據(jù),容易造成數(shù)據(jù)不一致的結果,不易管理。且目前相關子系統(tǒng)較多,用戶制作一張卡片往往需要操作多個應用系統(tǒng),使用起來比較困難。

  如果對目前的門禁子系統(tǒng)進行升級,可以考慮一種新的應用模式。首先,對系統(tǒng)軟件進行整合,盡量減少操作員的操作復雜度。其次,將卡載體升級為CPU卡,充分利用其存儲容量和加密特性的優(yōu)勢。對系統(tǒng)進行必要升級,為每個門禁控制器設置好通行權限代碼,代碼根據(jù)約定好的規(guī)則進行設置。在初始階段對每臺門禁控制器進行授權,這種授權實際上就是向控制器寫入權限代碼。需要補充的是,控制器需要內置認證程序,實現(xiàn)對卡片認證流程的控制。對控制器的授權只需要在初始化階段進行一次。由于CPU卡存儲空間增加了,且對數(shù)據(jù)的讀寫采取目錄、文件的管理方式,可以為門禁系統(tǒng)單獨開辟一個存儲空間,并將各門禁點通行權限代碼直接寫入卡內。這樣,每張卡片就有了自己的進出權限,在進出時CPU讀卡器與門禁控制器配合,通過控制器內部的認證程序可直接對卡片進行認證。這樣就省去了向門禁控制器下發(fā)數(shù)據(jù)的環(huán)節(jié),且充分利用了CPU卡的存儲容量優(yōu)勢。以上對門禁子系統(tǒng)的升級方式,在一定程度上提高了系統(tǒng)的安全性和易操作性,在實際應用之前還需要對這種門禁認證方式的工作效率及穩(wěn)定性進行大量測試。

  報銷、醫(yī)療、消費與門禁子系統(tǒng)是相互分離的,只是利用現(xiàn)有的卡載體存儲一些人員基礎信息進行交互,由于MIFARE 1卡容量限制,存儲信息相當有限,限制了整個門禁系統(tǒng)的功能擴展。CPU卡有一個MF但可以有多個ADF,每個文件都在各自的密鑰的控制下進行讀寫,因而可實現(xiàn)真正安全可靠的一卡多用。其中,密鑰文件用于存放密鑰,根據(jù)用戶的需求和具體的應用,設置一系列的密鑰,通過不同的密鑰實現(xiàn)對卡的鑒別和對文件訪問的控制。它包括制造密鑰、發(fā)行密鑰、內部認證密鑰、外部認證密鑰、消費密鑰、傳輸密鑰、簽名密鑰、加密密鑰等。因此,可以給其他系統(tǒng)生成各自的存儲區(qū),并生成不同的密鑰。CPU卡的認證、消費過程中,表內的MCU只是數(shù)據(jù)傳遞作用,具體的加解密運算、卡的讀寫都是在卡內操作系統(tǒng)控制下進行的,不同于邏輯加密卡的讀寫控制,從安全性角度考慮有了很大提高。

  (二).系統(tǒng)升級總體思想

  一卡多用是智能“一卡通”系統(tǒng)應實現(xiàn)的基本功能。即門禁、消費、醫(yī)療、報銷系統(tǒng)等多個系統(tǒng)集于一卡,并預留出各種其它系統(tǒng)及應用的擴展空間,實現(xiàn)真正意義上的“一卡在手,便捷無憂”。

  真正的智能“一卡通”系統(tǒng)應實現(xiàn)智能集中管理功能,即建立一個統(tǒng)一的集中管理中心,即門禁管理系統(tǒng)能與各子系統(tǒng)進行集中發(fā)卡、集中授權、集中掛失、統(tǒng)一管理,確保各子系統(tǒng)數(shù)據(jù)的同步和完整,實現(xiàn)真正意義上各子系統(tǒng)間的“資源共享”。

  智能“一卡通”系統(tǒng)應建立一個共同的數(shù)據(jù)庫,實現(xiàn)數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存放和數(shù)據(jù)共享。同時應預留各種數(shù)據(jù)接口,以便與其他智能信息管理系統(tǒng)連接。

  除使用CPU卡作為“一卡通”系統(tǒng)卡載體外,還要從兩個方面考慮CPU卡安全門禁的升級,包括CPU卡密鑰管理系統(tǒng)和CPU卡門禁讀卡器。

  1.CPU卡密鑰管理系統(tǒng)

  在以IC卡為應用載體的“一卡通”系統(tǒng)中,密鑰的管理是整個系統(tǒng)的基礎。用戶可以通過密鑰管理系統(tǒng)生成、發(fā)行和更新密鑰,它直接關系到整個系統(tǒng)的安全。用戶可以分類管理各類密鑰,自行完成卡片初始化,保證了用戶擁有密鑰管理與發(fā)卡的主動權。

  密鑰數(shù)據(jù)可以是AB碼單、密鑰種子等。AB碼單實際上也是密鑰種子的一種形式,它將種子分成AB兩部分,分別由兩個人控制,這樣可以提高安全性。

  在CPU卡的初始化階段,將要完成對卡片密鑰的灌裝和卡內結構的初始化工作。簡單來說,首先應為CPU卡建立MF密鑰文件;其次,根據(jù)應用的分類,建立相應的DDF與ADF密鑰文件;最后,在各應用目錄下建立EF文件。

  2.CPU卡讀卡器

  CPU卡讀卡器將認證安全機制引入門禁控制領域。采用支持CPU卡的讀卡器,并應用事先制定的安全認證讀寫機制。可以在讀卡器內部構建安全存取模塊(SAM),它與CPU卡建立了完整、嚴密的密鑰管理體系。密鑰注入SAM卡后,外部無法讀取。將SAM卡插入讀卡設備內,通過SAM卡與CPU卡雙向認證。驗證報文是由隨機因子參與運算的,同一張卡片在一臺設備上刷卡,每次都不相同,杜絕“偽卡”的出現(xiàn)。

  (三).系統(tǒng)功能擴展

  為了充分利用CPU卡的安全特性與高存儲性,可以將更高級別的安全認證對象存入卡內。比較常見的有指紋認證,在門禁識別時,可以通過指紋認證來快速準確地進行“人證同一性”認定,有效防范冒用他人證件以及偽造證件等事件的發(fā)生。

  將以CPU卡作為數(shù)據(jù)存儲載體的“一卡通”系統(tǒng)進行功能擴展,可以實現(xiàn)考勤、巡更、外出人員管理、訪客管理、會議簽到功能等,甚至更進一步地實現(xiàn)停車場管理、電梯管理、能源控制管理。

  綜上所述,由于CPU卡自身的技術優(yōu)勢,可以將應用CPU卡的“一卡通”系統(tǒng)改造成功能齊全、安全認證到位的智能化“一卡通”系統(tǒng)。

  四. CPU卡推廣的挑戰(zhàn)

  就目前的CPU卡而言,卡片成本、與現(xiàn)有“一卡通”系統(tǒng)的兼容性以及易用性是其進一步應用的主要挑戰(zhàn)。

  目前,一般的CPU卡成本較傳統(tǒng)的非接觸式IC卡高出一倍,對于交通一卡通、銀行卡等這些相對高端的應用能夠接受,而對于企業(yè)事業(yè)單位“一卡通”系統(tǒng)、校園一卡通、停車場管理系統(tǒng)等應用,這種居高不下的成本必將限制其在這些領域的發(fā)展。

  現(xiàn)階段,大量的非接觸IC卡系統(tǒng)特別是讀寫設備,基本上都是構建在MIFARE技術體系上。對于這么多的應用來講,更換所有基礎設施顯然不是很現(xiàn)實,往往會造成成本的提高。那么,具有一個良好兼容性的CPU卡升級方案才是CPU技術快速發(fā)展的主要推力。

  在CPU卡拓展非常好的領域,如交通一卡通、金融和電子政務等,因為應用對系統(tǒng)的交互性要求非常高,所以都有一個通用標準和規(guī)范。因此具有一個“即插即用”的CPU卡解決方案對CPU技術在這個領域的快速發(fā)展尤為重要。

  著眼以上挑戰(zhàn),在對CPU卡進行選型時,一定要注意卡片成本、兼容性、易用性,只有這樣才可以有力推動CPU卡技術在各領域的應用和發(fā)展。

  五. 結束語

  總體來講,“一卡通”系統(tǒng)的發(fā)展將更加迅速,應用也更加豐富。安全、集成將是其發(fā)展的目標與研究方向,對現(xiàn)有的系統(tǒng)進行升級并加以整合,已勢在必行。由于CPU卡具備良好的安全加密特性,所以比較適用于安全防護類產(chǎn)品的應用。特別是高存儲容量特性使其更適用于“一卡通”系統(tǒng),實現(xiàn)一卡多用的目標。現(xiàn)階段,使用CPU卡作為“一卡通”系統(tǒng)的升級卡,應該是不錯的選擇。

本文關鍵詞:CPU卡,一卡通
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