基于分布式多層結(jié)構(gòu)的一卡通系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)

文章出處：http://overnightmodel.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月09日

     IC卡具有安全性高、大容量、抗干擾、讀寫方便等優(yōu)點(diǎn)。經(jīng)過近幾年的迅速發(fā)展，已形成多種類卡并行，多種應(yīng)用模式共存的局面。目前，IC卡應(yīng)用系統(tǒng)多為一些中小規(guī)模系統(tǒng)，應(yīng)用于如就餐收費(fèi)系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、消費(fèi)管理系統(tǒng)等等。IC卡的應(yīng)用領(lǐng)域越來越廣，但由于缺乏統(tǒng)一規(guī)劃，沒有實(shí)現(xiàn)“一卡多用”，導(dǎo)致“一人多卡”，保管、使用極不方便。為了實(shí)現(xiàn)“一卡多能”，探索出一個(gè)基于分布式多層結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的有效技術(shù)方案，本文結(jié)合IC卡一卡通信息管理服務(wù)系統(tǒng)，采用面向?qū)ο蠓治龊驮O(shè)計(jì)的思想，主要從體系結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)技術(shù)上對(duì)分布式多層模式的IC卡一卡通管理系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計(jì)進(jìn)行了論述。

     1 系統(tǒng)規(guī)劃

     非接觸式邏輯加密卡CICC具有使用壽命長、成本低、安全可靠、抗干擾力強(qiáng)、使用方便等特點(diǎn)，是實(shí)現(xiàn)“一卡多能”比較理想的卡種。系統(tǒng)選用1KB存儲(chǔ)空間非接觸邏輯加密卡，其數(shù)據(jù)存儲(chǔ)結(jié)構(gòu)如下：邏輯加密卡的存儲(chǔ)區(qū)域分為16個(gè)存儲(chǔ)扇區(qū)，編號(hào)為0～15，每個(gè)扇區(qū)又劃分成4個(gè)數(shù)據(jù)塊，每塊占用16個(gè)字節(jié)。在每個(gè)扇區(qū)內(nèi)塊的編號(hào)為0～3，其中第3塊作為保留數(shù)據(jù)塊用作記錄系統(tǒng)認(rèn)證和讀寫控制碼，一般用戶數(shù)據(jù)不能存入該塊中，而第0扇區(qū)的第0數(shù)據(jù)塊是卡制造商的保留數(shù)據(jù)塊，不支持用戶的寫操作。這樣在一塊卡中共有64個(gè)數(shù)據(jù)塊（它們的絕對(duì)地址編號(hào)為0～63）。在卡中，數(shù)據(jù)塊是最小存儲(chǔ)單位，而在使用時(shí)，卡的讀寫操作是以扇區(qū)為單位進(jìn)行的。

     系統(tǒng)硬件設(shè)備應(yīng)配置有讀寫卡機(jī)具、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。其中機(jī)具有發(fā)卡機(jī)、考勤機(jī)、門禁機(jī)、消費(fèi)機(jī)等四種，以實(shí)現(xiàn)不同的讀寫卡操作功能。每個(gè)機(jī)具都與計(jì)算機(jī)相連接，組成一個(gè)相對(duì)獨(dú)立的應(yīng)用功能站點(diǎn)。計(jì)算機(jī)通過網(wǎng)絡(luò)相互連接，實(shí)現(xiàn)功能站點(diǎn)之間的相互溝通。這樣，機(jī)具、計(jì)算機(jī)、IC卡通過網(wǎng)絡(luò)相互連接和溝通，成為一個(gè)整體，構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的硬件服務(wù)平臺(tái)。在網(wǎng)絡(luò)配置上，系統(tǒng)中配備了一臺(tái)微機(jī)服務(wù)器，專門用于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)；另外配置一臺(tái)服務(wù)器作為應(yīng)用程序服務(wù)器，用于與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器以及各應(yīng)用功能站點(diǎn)之間進(jìn)行通訊聯(lián)絡(luò)和控制；為了充分利用企業(yè)現(xiàn)有的企業(yè)網(wǎng)絡(luò)資源，加快建設(shè)進(jìn)度、降低成本，原企業(yè)網(wǎng)服務(wù)器可作為WEB服務(wù)器，并與系統(tǒng)中專用服務(wù)器相連，使企業(yè)網(wǎng)內(nèi)各工作站可以通過瀏覽器訪問數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)。

     由于傳統(tǒng)的基于客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)可維護(hù)性不好及系統(tǒng)的擴(kuò)展性不強(qiáng)，本系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)規(guī)劃，即將整個(gè)應(yīng)用系統(tǒng)的執(zhí)行分成數(shù)個(gè)不同的部分并且執(zhí)行在不同的機(jī)器中，基于分布式結(jié)構(gòu)的系統(tǒng)有更好的靈活性和適應(yīng)性，且系統(tǒng)的可維護(hù)性和可復(fù)用性更強(qiáng)并可實(shí)現(xiàn)負(fù)載平衡?；谶@種思想采用的設(shè)計(jì)方案應(yīng)包括連接機(jī)具負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理和系統(tǒng)的初始化設(shè)置等功能的計(jì)算機(jī)客戶端應(yīng)用程序；提供執(zhí)行企業(yè)對(duì)象的環(huán)境，并且提供核心服務(wù)，包括交易管理，安全服務(wù)，容錯(cuò)能力和負(fù)載平衡等功能的應(yīng)用程序服務(wù)器程序；以及提供瀏覽器頁面的WEB服務(wù)器程序；和數(shù)據(jù)庫存儲(chǔ)備份的數(shù)據(jù)庫管理系統(tǒng)。系統(tǒng)的整體規(guī)劃方案如圖1所示：

圖1 基于分布式多層結(jié)構(gòu)的一卡通系統(tǒng)的整體規(guī)劃圖

     2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

     系統(tǒng)設(shè)計(jì)包括數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)、應(yīng)用程序服務(wù)器設(shè)計(jì)、WEB服務(wù)器設(shè)計(jì)和客戶端應(yīng)用程序設(shè)計(jì)。

     2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)

      數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的信息儲(chǔ)存和信息交換中心，系統(tǒng)中的所有操作狀態(tài)、操作過程和記錄都集中在此進(jìn)行儲(chǔ)存和交換，因此數(shù)據(jù)庫在系統(tǒng)中起著特殊重要的作用。按數(shù)據(jù)庫中所儲(chǔ)存的信息類型的性質(zhì)和特點(diǎn)，大致可以分為以下幾大類：基本配置參數(shù)及控制信息，持卡用戶及單位信息，卡、機(jī)具信息和計(jì)算機(jī)信息，消費(fèi)信息，考勤信息，門禁信息，黑名單信息，公用信息等。在系統(tǒng)中，持卡人、卡、機(jī)具和（連接有機(jī)具的）計(jì)算機(jī)構(gòu)成了系統(tǒng)的活動(dòng)主體，因此，如何正確、有效、清晰地記錄和表達(dá)這些主體的屬性、它們之間的相互關(guān)系和相互作用過程是數(shù)據(jù)庫設(shè)計(jì)的主題之一，同時(shí)也是系統(tǒng)應(yīng)用這些信息的基礎(chǔ)。在數(shù)據(jù)庫結(jié)構(gòu)上，與軟件功能模塊的劃分相對(duì)應(yīng)，采用分層設(shè)計(jì)思想，即將數(shù)據(jù)庫的設(shè)計(jì)在不同的應(yīng)用層面上分別進(jìn)行。最底層是用于對(duì)系統(tǒng)中各主體的基本屬性描述的數(shù)據(jù)表，在其之上是用于描述這些主體之間相互關(guān)系和相互作用的數(shù)據(jù)表，最后是針對(duì)不同應(yīng)用需要的而設(shè)計(jì)的應(yīng)用層數(shù)據(jù)表。最后，各個(gè)數(shù)據(jù)庫表層相互關(guān)聯(lián)，形成一個(gè)統(tǒng)一完整的數(shù)據(jù)信息應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)，構(gòu)成關(guān)系型數(shù)據(jù)庫框架體系結(jié)構(gòu)。

     2.2 應(yīng)用程序服務(wù)器設(shè)計(jì)

     在開發(fā)多層式應(yīng)用系統(tǒng)中，編寫應(yīng)用程序服務(wù)器是非常重要的工作。因?yàn)閼?yīng)用程序服務(wù)器提供了客戶端應(yīng)用程序存取遠(yuǎn)程數(shù)據(jù)庫的接口，可以編寫邏輯組件，在應(yīng)用程序服務(wù)器中，允許所有客戶端應(yīng)用程序調(diào)用和使用?？蛻舳藨?yīng)用程序可以透過DCOM直接與應(yīng)用程序服務(wù)器溝通。系統(tǒng)的應(yīng)用程序服務(wù)器主要負(fù)責(zé)與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進(jìn)行數(shù)據(jù)存取、并對(duì)取出的數(shù)據(jù)進(jìn)行安全處理，提供給系統(tǒng)的各個(gè)需要服務(wù)的客戶端應(yīng)用程序和WEB服務(wù)器程序。它與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器的存取方案如圖2所示。

圖2 應(yīng)用程序服務(wù)器的存取方案

     2.3 WEB服務(wù)器程序設(shè)計(jì)

     在分布式多層應(yīng)用系統(tǒng)中，為了讓W(xué)EB服務(wù)器能夠服務(wù)的客戶端用戶更多，反應(yīng)客戶端的要求更迅速，WEB服務(wù)器不直接與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器連結(jié)，而是通過應(yīng)用程序服務(wù)器與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器相連。當(dāng)WEB應(yīng)用程序接受到客戶端的查詢要求時(shí)，可將查詢工作交與應(yīng)用程序服務(wù)器執(zhí)行，當(dāng)它執(zhí)行完畢之后再把結(jié)果通過WEB應(yīng)用程序傳遞給WEB服務(wù)器，最后再由WEB服務(wù)器回傳給客戶端的瀏覽器。

     2.4 應(yīng)用管理軟件設(shè)計(jì)

     應(yīng)用管理軟件是分散在各個(gè)連結(jié)機(jī)具的工作站上，用以面向用戶機(jī)具，管理整個(gè)系統(tǒng)。系統(tǒng)以應(yīng)用功能為基礎(chǔ)，共劃分出消費(fèi)管理、考勤管理、門禁管理、卡管理、基本信息管理、操作權(quán)限管理等6個(gè)子系統(tǒng)。

     3 系統(tǒng)安全機(jī)制

     在系統(tǒng)中安全管理機(jī)制包括卡的加密和認(rèn)證機(jī)制，卡權(quán)限管理機(jī)制，數(shù)據(jù)庫安全管理機(jī)制，應(yīng)用管理軟件的安全等幾個(gè)方面。對(duì)卡的加密和認(rèn)證是保證系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下運(yùn)行的基礎(chǔ)。對(duì)卡的加密主要是利用邏輯卡本身所具有的安全加密特性完成的。邏輯卡使用的是一種符合ISO/IEC9789—2標(biāo)準(zhǔn)的三次DES加密算法，每張卡在出廠時(shí)都有一個(gè)唯一的編號(hào)，該編號(hào)不能被更改或復(fù)制；同時(shí)，卡上為用戶設(shè)有兩個(gè)專門的密匙存儲(chǔ)區(qū)域，該區(qū)域不能被任何設(shè)備讀出或復(fù)制（只有通過專門的系統(tǒng)卡才能進(jìn)行讀寫）。通過兩個(gè)密匙之間的不同相互認(rèn)證，以及其它狀態(tài)控制參數(shù)的設(shè)定來共同完成對(duì)卡的讀寫方式和權(quán)限的設(shè)定加密。利用邏輯卡的上述加密特點(diǎn)，在系統(tǒng)中對(duì)每張卡在特定的存儲(chǔ)區(qū)域都有保存有一個(gè)統(tǒng)一的系統(tǒng)識(shí)別標(biāo)志，以判別卡是否是系統(tǒng)內(nèi)的合法用戶。卡權(quán)限管理就是對(duì)一張卡在不同機(jī)具上可操作性的賦權(quán)過程。在系統(tǒng)中按作用和工作狀態(tài)的不同機(jī)具分為門禁機(jī)，考勤機(jī)和消費(fèi)結(jié)算機(jī)等三種，在對(duì)卡的控制機(jī)制上，門禁機(jī)和考勤機(jī)二者采用相同的方式——“白名單”方式。所謂的“白名單”方式就是對(duì)于每一張要求在機(jī)具上使用的卡，必須事先把機(jī)具所需要的卡信息（卡的識(shí)別符號(hào)、所要求的讀寫方式、控制參數(shù)等）發(fā)送到機(jī)具端并在機(jī)具端加以保存。當(dāng)卡通過機(jī)具并請(qǐng)求其提供某種操作或服務(wù)時(shí)，機(jī)具首先讀取該卡的信息，然后在自己所保存的卡信息中查找該卡的信息記錄，若未找到或者發(fā)現(xiàn)是合法用戶但沒有所請(qǐng)求的服務(wù)權(quán)限，則機(jī)具就拒絕用戶請(qǐng)求，使用戶操作失敗。而消費(fèi)結(jié)算機(jī)則采用“黑名單”方式。“黑名單”的工作方式與“白名單”的工作方式正好相反，它所保存的是禁用卡的信息，因此，在某消費(fèi)結(jié)算機(jī)中留存有記錄的卡在進(jìn)行消費(fèi)結(jié)算時(shí)將被其拒絕，消費(fèi)結(jié)算機(jī)也可采用特定方式進(jìn)行卡的合法性檢查。

     由于在IC卡系統(tǒng)中，采集來的數(shù)據(jù)最終是要通過應(yīng)用管理軟件來處理的，因此應(yīng)用管理軟件的安全技術(shù)也是非常重要的。常用的應(yīng)用管理軟功能件包括瀏覽查詢、報(bào)表處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、機(jī)具管理、卡管理和用戶管理等等。為了防止非法用戶進(jìn)入管理軟件并通過管理軟件非法查看和篡改數(shù)據(jù)，必須對(duì)進(jìn)入者進(jìn)行身份的鑒別，以及對(duì)訪問者進(jìn)行訪問權(quán)限控制。

     基于分布式多層結(jié)構(gòu)的一卡通應(yīng)用系統(tǒng)的開發(fā)適應(yīng)了現(xiàn)代化企事業(yè)單位進(jìn)行科學(xué)而高效地管理需要。系統(tǒng)地研制成功有力地促進(jìn)了企事業(yè)管理科學(xué)化的進(jìn)程，目前已被江西省某大型企業(yè)使用，取得了良好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益。

     參考文獻(xiàn)： 
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     作者簡介：劉小東 周紹梅 南昌大學(xué)計(jì)算中心  鄧胡濱 華東交通大學(xué)信息學(xué)院