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

文章出處：http://bookmouse.cn 作者： 人氣： 發(fā)表時間：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。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)用于如就餐收費系統(tǒng)、門控系統(tǒng)、消費管理系統(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，沒有實現(xiàn)“一卡多用”，導致“一人多卡”，保管、使用極不方便。為了實現(xiàn)“一卡多能”，探索出一個基于分布式多層結(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)計的思想，主要從體系結(jié)構(gòu)和實現(xiàn)技術(shù)上對分布式多層模式的IC卡一卡通管理系統(tǒng)的規(guī)劃和設(shè)計進行了論述。

     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、使用方便等特點，是實現(xiàn)“一卡多能”比較理想的卡種。系統(tǒng)選用1KB存儲空間非接觸邏輯加密卡，其數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)如下：邏輯加密卡的存儲區(qū)域分為16個存儲扇區(qū)，編號為0～15，每個扇區(qū)又劃分成4個數(shù)據(jù)塊，每塊占用16個字節(jié)。在每個扇區(qū)內(nèi)塊的編號為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個數(shù)據(jù)塊（它們的絕對地址編號為0～63）。在卡中，數(shù)據(jù)塊是最小存儲單位，而在使用時，卡的讀寫操作是以扇區(qū)為單位進行的。

     系統(tǒng)硬件設(shè)備應(yīng)配置有讀寫卡機具、計算機、網(wǎng)絡(luò)設(shè)備等。其中機具有發(fā)卡機、考勤機、門禁機、消費機等四種，以實現(xiàn)不同的讀寫卡操作功能。每個機具都與計算機相連接，組成一個相對獨立的應(yīng)用功能站點。計算機通過網(wǎng)絡(luò)相互連接，實現(xiàn)功能站點之間的相互溝通。這樣，機具、計算機、IC卡通過網(wǎng)絡(luò)相互連接和溝通，成為一個整體，構(gòu)成了整個系統(tǒng)的硬件服務(wù)平臺。在網(wǎng)絡(luò)配置上，系統(tǒng)中配備了一臺微機服務(wù)器，專門用于本系統(tǒng)數(shù)據(jù)存儲；另外配置一臺服務(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)用功能站點之間進行通訊聯(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/服務(wù)器結(jié)構(gòu)的應(yīng)用系統(tǒng)可維護性不好及系統(tǒng)的擴展性不強，本系統(tǒng)采用分布式結(jié)構(gòu)規(guī)劃，即將整個應(yīng)用系統(tǒng)的執(zhí)行分成數(shù)個不同的部分并且執(zhí)行在不同的機器中，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)的可維護性和可復用性更強并可實現(xiàn)負載平衡?；谶@種思想采用的設(shè)計方案應(yīng)包括連接機具負責數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的處理和系統(tǒng)的初始化設(shè)置等功能的計算機客戶端應(yīng)用程序；提供執(zhí)行企業(yè)對象的環(huán)境，并且提供核心服務(wù)，包括交易管理，安全服務(wù)，容錯能力和負載平衡等功能的應(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

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

     2.1 數(shù)據(jù)庫設(shè)計

      數(shù)據(jù)庫是系統(tǒng)的信息儲存和信息交換中心，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行儲存和交換，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)庫中所儲存的信息類型的性質(zhì)和特點，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、機具信息和計算機信息，消費信息，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、機具和（連接有機具的）計算機構(gòu)成了系統(tǒng)的活動主體，因此，如何正確、有效、清晰地記錄和表達這些主體的屬性、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)計的主題之一，同時也是系統(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應(yīng)，采用分層設(shè)計思想，即將數(shù)據(jù)庫的設(shè)計在不同的應(yīng)用層面上分別進行。最底層是用于對系統(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，最后是針對不同應(yīng)用需要的而設(shè)計的應(yīng)用層數(shù)據(jù)表。最后，各個數(shù)據(jù)庫表層相互關(guān)聯(lián)，形成一個統(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

     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。因為應(yīng)用程序服務(wù)器提供了客戶端應(yīng)用程序存取遠程數(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)器主要負責與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器進行數(shù)據(jù)存取、并對取出的數(shù)據(jù)進行安全處理，提供給系統(tǒng)的各個需要服務(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

     在分布式多層應(yīng)用系統(tǒng)中，為了讓WEB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WEB應(yīng)用程序接受到客戶端的查詢要求時，可將查詢工作交與應(yīng)用程序服務(wù)器執(zhí)行，當它執(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

     應(yīng)用管理軟件是分散在各個連結(jié)機具的工作站上，用以面向用戶機具，管理整個系統(tǒng)。系統(tǒng)以應(yīng)用功能為基礎(chǔ)，共劃分出消費管理、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個子系統(tǒng)。

     3 系統(tǒng)安全機制

     在系統(tǒng)中安全管理機制包括卡的加密和認證機制，卡權(quán)限管理機制，數(shù)據(jù)庫安全管理機制，應(yīng)用管理軟件的安全等幾個方面。對卡的加密和認證是保證系統(tǒng)能在安全狀態(tài)下運行的基礎(chǔ)。對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標準的三次DES加密算法，每張卡在出廠時都有一個唯一的編號，該編號不能被更改或復制；同時，卡上為用戶設(shè)有兩個專門的密匙存儲區(qū)域，該區(qū)域不能被任何設(shè)備讀出或復制（只有通過專門的系統(tǒng)卡才能進行讀寫）。通過兩個密匙之間的不同相互認證，以及其它狀態(tài)控制參數(shù)的設(shè)定來共同完成對卡的讀寫方式和權(quán)限的設(shè)定加密。利用邏輯卡的上述加密特點，在系統(tǒng)中對每張卡在特定的存儲區(qū)域都有保存有一個統(tǒng)一的系統(tǒng)識別標志，以判別卡是否是系統(tǒng)內(nèi)的合法用戶?？?quán)限管理就是對一張卡在不同機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)的不同機具分為門禁機，考勤機和消費結(jié)算機等三種，在對卡的控制機制上，門禁機和考勤機二者采用相同的方式——“白名單”方式。所謂的“白名單”方式就是對于每一張要求在機具上使用的卡，必須事先把機具所需要的卡信息（卡的識別符號、所要求的讀寫方式、控制參數(shù)等）發(fā)送到機具端并在機具端加以保存。當卡通過機具并請求其提供某種操作或服務(wù)時，機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求的服務(wù)權(quán)限，則機具就拒絕用戶請求，使用戶操作失敗。而消費結(jié)算機則采用“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，在某消費結(jié)算機中留存有記錄的卡在進行消費結(jié)算時將被其拒絕，消費結(jié)算機也可采用特定方式進行卡的合法性檢查。

     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、報表處理、數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、機具管理、卡管理和用戶管理等等。為了防止非法用戶進入管理軟件并通過管理軟件非法查看和篡改數(shù)據(jù)，必須對進入者進行身份的鑒別，以及對訪問者進行訪問權(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)單位進行科學而高效地管理需要。系統(tǒng)地研制成功有力地促進了企事業(yè)管理科學化的進程，目前已被江西省某大型企業(yè)使用，取得了良好的社會效益和經(jīng)濟效益。

     參考文獻： 
     【1】李維 分布式多層應(yīng)用系統(tǒng)篇 北京：機械工業(yè)出版社 ，2000年 
     【2】李維 分布式多層應(yīng)用電子商務(wù)篇 北京：機械工業(yè)出版社 ，2000年 
     【3】王景中等 基于智能IC卡的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全保密系統(tǒng) 計算機應(yīng)用，2001，21（7）：53－55 
     【4】肖政宏 韓秋風 多層軟件結(jié)構(gòu)技術(shù)及其實現(xiàn) 電腦與信息技術(shù)，2001，9（6）：52－55

     作者簡介：劉小東 周紹梅 南昌大學計算中心  鄧胡濱 華東交通大學信息學院