校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

隨著我國(guó)對(duì)教育投資的加大及各高校校園網(wǎng)的投入使用，為校園一卡通系統(tǒng)的建立提供了網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)，智能IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的日臻成熟也為校園一卡通系統(tǒng)的建立提供了技術(shù)保障，在校內(nèi)實(shí)現(xiàn)一卡通系統(tǒng)已成為校園管理發(fā)展的必然趨勢(shì)。所謂校園一卡通即在校園內(nèi),凡需用現(xiàn)金、票證或需要識(shí)別身份等的場(chǎng)合均采用卡來完成。這種管理模式代替了傳統(tǒng)的消費(fèi)管理模式學(xué)校的管理帶來了高效、方便與安全。它的實(shí)現(xiàn)既能規(guī)范學(xué)校管理提高工作效率，又能方便學(xué)生生活,形成真正意義的社會(huì)金融。校園一卡通系統(tǒng)的應(yīng)用背景建立先進(jìn)的信息管理系統(tǒng)是實(shí)現(xiàn)高等教育現(xiàn)代化的必由之路,而智能卡技術(shù)的推廣運(yùn)用,則推進(jìn)高校信息化管理的重要舉措之一?，F(xiàn)在，各學(xué)校應(yīng)用最多的是校園卡，包括條形碼、光電卡、磁卡、接觸式IC卡、非接觸式IC卡（射頻卡）等等，應(yīng)用在食堂、機(jī)房、圖書館、商店等單位。但是，由于校內(nèi)各單位大多數(shù)都獨(dú)立使用自己的應(yīng)用卡系統(tǒng)，每個(gè)單位獨(dú)立發(fā)卡,獨(dú)立結(jié)算，且各個(gè)單位采用的技術(shù)與規(guī)范不統(tǒng)一，造成各種應(yīng)用卡系統(tǒng)無法兼容，資源不能合理配置和共享。同時(shí)，每個(gè)學(xué)生持有多張卡，造成資源的極大浪費(fèi),學(xué)校也不能做到統(tǒng)一管理。目前，有些校園一卡通系統(tǒng)實(shí)際上是由一張IC卡和一張磁條卡兩卡組成的，是利用IC卡電子錢包進(jìn)行脫機(jī)交易，通過磁條卡實(shí)現(xiàn)銀行資金的存取及社會(huì)消費(fèi)的，當(dāng)IC卡資金不足時(shí)需要手工現(xiàn)金存款,還不是真正意義上的一卡通。在本文的設(shè)計(jì)方案中，利用了先進(jìn)的磁條和IC復(fù)合卡，在IC卡芯片上進(jìn)行分區(qū)規(guī)劃，將其劃分為金融應(yīng)用區(qū)和非金融應(yīng)用區(qū)，金融應(yīng)用區(qū)內(nèi)的電子錢包可以進(jìn)行校內(nèi)脫機(jī)消費(fèi)，而非金融應(yīng)用區(qū)則用于IC卡的身份認(rèn)證、財(cái)務(wù)、教務(wù)、學(xué)籍、圖書及門禁管理和應(yīng)用。另外，其磁條卡部分不僅可以進(jìn)行校內(nèi)消費(fèi)結(jié)算,同時(shí)也可以通過自動(dòng)轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)向電子錢包充值。校園一卡通系統(tǒng)的建立,不僅能提高學(xué)校的整體管理水平、服務(wù)檔次和現(xiàn)代化教學(xué)程度，推進(jìn)電子化進(jìn)程,提高工作效率，而且還可以提高學(xué)校聲譽(yù)，延伸教學(xué)空間,提升學(xué)校的競(jìng)爭(zhēng)能力。同時(shí)，一卡多用，方便用戶，多處消費(fèi)，統(tǒng)一結(jié)算,并可通過對(duì)銷售數(shù)據(jù)的分析及預(yù)測(cè)，進(jìn)一步?jīng)Q定校園消費(fèi)的經(jīng)營(yíng)方針。校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案2.1系統(tǒng)簡(jiǎn)介校園一卡通系統(tǒng)也稱計(jì)算機(jī)校園卡工程,它集電腦卡、讀卡設(shè)備和管理軟件的技術(shù)開發(fā)、應(yīng)用推廣、市場(chǎng)開拓為一體，是高校校園管理的一項(xiàng)“金卡”工程。校園一卡通系統(tǒng)支持儲(chǔ)蓄、ATM取款、異地?zé)o卡存款、代發(fā)助學(xué)金/獎(jiǎng)學(xué)金、POS消費(fèi)、電子貨幣支付及消費(fèi)明細(xì)查詢等金融服務(wù),并實(shí)現(xiàn)了基于IC卡的學(xué)校財(cái)務(wù)、教務(wù)、學(xué)籍、圖書、考勤及門禁等管理功能。其設(shè)計(jì)目標(biāo)是:用一張通卡代替目前學(xué)校使用的學(xué)生證、借書證、體育設(shè)施使用證、食堂就餐證和醫(yī)療卡等卡及證件，實(shí)現(xiàn)校園內(nèi)的貨幣支付和管理的電子化。一卡通包含銀行卡功能，以一卡通的銀行賬戶為中心,完成代收代付、代繳代扣、異地匯款等功能完成與學(xué)校綜合管理相關(guān)的其他功能,如財(cái)務(wù)、教務(wù)、學(xué)籍、圖書、考勤管理等。一卡通中使用的智能1C卡是由銀行與學(xué)校聯(lián)名發(fā)行的，是兼有銀行借記卡，電子錢包及校園MIS管理功能的金融新產(chǎn)品。金融智能IC卡是一種物理結(jié)構(gòu)與磁條卡完全不同的電子貨幣，具有超小的體積、先進(jìn)的集成電路芯片技術(shù)，獨(dú)到的功能、特殊的保密措施以及無法破譯和偽造等優(yōu)點(diǎn)。由于內(nèi)置集成電路芯片,它具有自行運(yùn)算處理能力,其最大特點(diǎn)是信息存儲(chǔ)量大，安全性高，能夠進(jìn)行脫機(jī)消費(fèi)。智能卡具有遠(yuǎn)高于邏輯加密卡的硬件安全機(jī)制，選用智能卡可以減少用戶在使用方面的安全顧慮,在應(yīng)用中更有信心，更為顯著的優(yōu)勢(shì)是其存儲(chǔ)器可以分成若干個(gè)應(yīng)用區(qū)（如金融應(yīng)用區(qū)、校園應(yīng)用區(qū)等）,各分區(qū)可設(shè)置各自獨(dú)立的訪問權(quán)限，相互隔離，便于一卡多用。2.2系統(tǒng)要求合理性。計(jì)算機(jī)管理系統(tǒng)的設(shè)計(jì)首先是管理方案的設(shè)計(jì)，校園一卡通系統(tǒng)不是傳統(tǒng)手工作業(yè)的計(jì)算機(jī)仿真，而是一套以商品核算為核心的商業(yè)信息管理方法在計(jì)算機(jī)系統(tǒng)上的實(shí)現(xiàn)。實(shí)用性。實(shí)效與實(shí)用是對(duì)管理系統(tǒng)最根本的要求，同時(shí)也是檢驗(yàn)系統(tǒng)成敗的首要因素。校園一卡通系統(tǒng)強(qiáng)調(diào)管理方案必須與商業(yè)的工作流程以及各部門的工作規(guī)章制度相一致并與之相參照，同時(shí)進(jìn)行。靈活性。軟件系統(tǒng)及硬件系統(tǒng)必須具有足夠長(zhǎng)的生存周期，在軟件或硬件需要有所調(diào)整時(shí)系統(tǒng)必須具備足夠的彈性，不因局部的空間變化或數(shù)據(jù)遷移而影響整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行。擴(kuò)展性。采用先進(jìn)的面向?qū)ο蟮某绦蛟O(shè)計(jì)方法，以提高效率和縮短開發(fā)周期,并使所開發(fā)軟件的可移植性好，工具化程度高,便于二次開發(fā)，對(duì)擴(kuò)大經(jīng)營(yíng)范圍留有充分?jǐn)U充的余地。安全性。在軟件方面，對(duì)于所有的數(shù)據(jù)操作都必須具有權(quán)限控制，禁止非授權(quán)訪問;在硬件方面,局部工作應(yīng)盡可能不受其他局部的影響，當(dāng)某部分出現(xiàn)故障時(shí)，可在硬件故障消除后恢復(fù)正常工作。全面性。計(jì)算機(jī)及收款機(jī)均聯(lián)網(wǎng)工作，各部分管理力爭(zhēng)實(shí)現(xiàn)無縫聯(lián)接,所有進(jìn)入計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)均可進(jìn)行處理。2.3系統(tǒng)組成消費(fèi)系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要完成與銀行、學(xué)校都相關(guān)的消費(fèi)、交費(fèi)、存取款等功能如口銀行借記卡業(yè)務(wù),IC卡電子錢包圈存業(yè)務(wù)，校園內(nèi)用電子貨幣支付的各種消費(fèi)、交費(fèi)等。其他相關(guān)的管理子系統(tǒng)。該系統(tǒng)主要完成與學(xué)校綜合管理相關(guān)的其他功能，如實(shí)驗(yàn)室、圖書館門禁管理，學(xué)籍管理，教務(wù)管理，考勤管理，財(cái)務(wù)管理，資產(chǎn)管理,專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)收支及綜合信息查詢等。2.4系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)校園一卡通系統(tǒng)的建立應(yīng)遵循高起點(diǎn)、統(tǒng)一全面規(guī)劃的原則，并考慮將來的擴(kuò)展與投資的保護(hù)，應(yīng)采用當(dāng)代流行且已形成標(biāo)準(zhǔn)的最新網(wǎng)絡(luò)技術(shù)及產(chǎn)品，以保證網(wǎng)絡(luò)的安全、穩(wěn)定及充足的容量。為此，應(yīng)采用網(wǎng)絡(luò)容錯(cuò)及網(wǎng)絡(luò)管理技術(shù)，設(shè)計(jì)出具有抗故障性能的網(wǎng)絡(luò)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。系統(tǒng)的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)如圖1所示。校園熠系統(tǒng)1系藐的拓?fù)浣Y(jié)枸2.4.1 銀行端系統(tǒng)IC卡前置機(jī)是校園一卡通系統(tǒng)的關(guān)鍵設(shè)備,其功能包括:圈存安全認(rèn)證、記錄圈存明細(xì)、消費(fèi)明細(xì)安全認(rèn)證、消費(fèi)明細(xì)匯總、電子錢包賬戶管理、日終與銀行主機(jī)圈存明細(xì)對(duì)賬、接收學(xué)校數(shù)據(jù)中心的批數(shù)據(jù)（消費(fèi)明細(xì)及匯總數(shù)據(jù)、代收付數(shù)據(jù)、批量開卡數(shù)據(jù)等），向?qū)W校數(shù)據(jù)中心發(fā)送批數(shù)據(jù)（批量開卡數(shù)據(jù)（含卡號(hào)）、報(bào)表數(shù)據(jù)等）。其與加密機(jī)、銀行主機(jī)及通訊前置機(jī)相連,是該系統(tǒng)在銀行端必須增加的計(jì)算機(jī)硬件設(shè)備,是保證系統(tǒng)安全運(yùn)行的衛(wèi)士[3]。2.4.2校園端系統(tǒng)校園端系統(tǒng)的組成。校園端系統(tǒng)在邏輯上分為消費(fèi)綜合管理系統(tǒng)和校園卡綜合管理系統(tǒng)兩大部分，分別由一臺(tái)或多臺(tái)服務(wù)器承擔(dān)。兩個(gè)系統(tǒng)之間可共享數(shù)據(jù)和功能，在兩個(gè)主系統(tǒng)下可分別擴(kuò)展多個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng)。校園端系統(tǒng)的應(yīng)用模式。校園IC卡系統(tǒng)使用當(dāng)前最新技術(shù)，以校園網(wǎng)為基礎(chǔ)，建于基于Browser/WebServer的三層（多層）體系結(jié)構(gòu)。三層體系結(jié)構(gòu)與傳統(tǒng)的兩層主從式體系結(jié)構(gòu)最大的不同在于，在前端客戶界面程序與后端數(shù)據(jù)庫處理程序之間,加入了業(yè)務(wù)邏輯層。業(yè)務(wù)邏輯層可以被封裝成各種類型的組件（如CORBA組件,DCOM,EJB等），大大提高了應(yīng)用系統(tǒng)的靈活性、穩(wěn)定性和安全性降低了程序開發(fā)及維護(hù)的難度。整個(gè)校園端系統(tǒng)用一個(gè)統(tǒng)一的數(shù)據(jù)中心保存系統(tǒng)中所有的重要數(shù)據(jù),包括各類管理數(shù)據(jù)和消費(fèi)數(shù)據(jù)。校園端系統(tǒng)將為各個(gè)應(yīng)用子系統(tǒng):包括各種消費(fèi)管理系統(tǒng)、各種IC卡管理系統(tǒng)以及IC卡綜合查詢系統(tǒng)）,建立邏輯上獨(dú)立的應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器。這些邏輯上獨(dú)立的應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器可以在物理上存在于一臺(tái)實(shí)際的服務(wù)器中。校園端系統(tǒng)的核心子系統(tǒng) 消費(fèi)綜合管理系統(tǒng)。校園端消費(fèi)系統(tǒng)包括食堂、商店,書店、浴室、文體娛樂、醫(yī)院、上機(jī)上網(wǎng)等等，學(xué)生持卡即可在各種場(chǎng)所消費(fèi)。消費(fèi)綜合管理系統(tǒng)負(fù)責(zé)管理涉及金額消費(fèi)的所有應(yīng)用，管理各種終端消費(fèi)機(jī)和銀行及校園1C卡的消費(fèi)部分。消費(fèi)綜合管理系統(tǒng)包括的應(yīng)用于系統(tǒng)如圖2所示。由于消費(fèi)綜合管理系統(tǒng)的各個(gè)子系統(tǒng)的功能相似，下面僅就具有代表性的食堂餐飲消費(fèi)應(yīng)用子系統(tǒng)進(jìn)行說明。食堂餐飲消費(fèi)應(yīng)用子系統(tǒng)采用消費(fèi)端前置機(jī)加消費(fèi)終端的模式，即整個(gè)食堂或商店用一臺(tái)消費(fèi)端前置機(jī)連接所有的消費(fèi)終端，負(fù)責(zé)采集消費(fèi)數(shù)據(jù)，并把數(shù)據(jù)收集到結(jié)算中心，插入數(shù)據(jù)中心的數(shù)據(jù)庫。消費(fèi)終端與消費(fèi)端前置機(jī)之間通過電纜直接相連，消費(fèi)端前置機(jī)與數(shù)據(jù)中心結(jié)算服務(wù)器之間通過校園網(wǎng)連接。圖2消費(fèi)粽合管理系統(tǒng)該應(yīng)用子系統(tǒng)主要由消費(fèi)端前置機(jī)和消費(fèi)終端組成。每個(gè)消費(fèi)端前置機(jī)可通過RS485網(wǎng)絡(luò)帶1?32個(gè)消費(fèi)終端，并與數(shù)據(jù)中心通過校園網(wǎng)連接。它主要用于存儲(chǔ)財(cái)務(wù)中心下發(fā)的黑名單以及當(dāng)日的消費(fèi)明細(xì)，認(rèn)證IC卡,并根據(jù)黑名單對(duì)在此消費(fèi)端消費(fèi)的IC卡進(jìn)行核查。消端前置機(jī)以聯(lián)機(jī)方式工作。消費(fèi)終端提供銀行及校園1C卡的消費(fèi)接口，它認(rèn)證IC卡，可以讀取卡中的錢包余額，并根據(jù)消費(fèi)情況修改卡中的錢包余額，上傳消費(fèi)明細(xì)到消費(fèi)端前置機(jī)。該應(yīng)用子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)校園卡的消費(fèi)功能，消費(fèi)終端在認(rèn)證IC卡后.將卡號(hào)等信息上送至消費(fèi)端前置機(jī)，確認(rèn)其是否在黑名單中。消費(fèi)終端在專用電子錢包中扣除輸入的金額，并返回交易成功的信息或錯(cuò)誤碼。持卡人在消費(fèi)終端持卡消費(fèi),其消費(fèi)明細(xì)暫時(shí)記錄在各個(gè)消費(fèi)前置機(jī)中，日終時(shí)再上傳到數(shù)據(jù)中心，當(dāng)黑名單產(chǎn)生后.可直接下載到消費(fèi)端前置機(jī)。該應(yīng)用子系統(tǒng)的主要功能包括:實(shí)現(xiàn)聯(lián)機(jī)消費(fèi)、數(shù)據(jù)采集,黑名單下載等，自動(dòng)進(jìn)行結(jié)算，打印對(duì)帳報(bào)表,查詢每天的消費(fèi)流量、各消費(fèi)終端的消費(fèi)總額及消費(fèi)筆數(shù)等,并可實(shí)時(shí)監(jiān)控各終端狀態(tài)。數(shù)據(jù)中心的功能。該中心的功能包括:數(shù)據(jù)的采集、數(shù)據(jù)的保存、消費(fèi)數(shù)據(jù)匯總結(jié)算、與銀行接口、資金清算等。IC卡管理系統(tǒng)。IC卡的管理主要由IC卡管理應(yīng)用服務(wù)器來完成。IC卡管理在校園端完成的主要功能包括:發(fā)卡、掛失、解掛、補(bǔ)卡、換卡、銷戶、臨時(shí)卡管理和二次開發(fā)等。當(dāng)某張IC卡掛失后，它實(shí)時(shí)將掛失信息下傳到各個(gè)消費(fèi)端前置機(jī)，使該卡不能在各個(gè)消費(fèi)端前置機(jī)上使用。用戶卡的管理。用戶卡的管理包括用戶卡的增加、發(fā)卡、掛失、解掛等。綜合查詢子系統(tǒng)。在消費(fèi)綜合管理系統(tǒng)和校園卡綜合管理系統(tǒng)運(yùn)行過程中會(huì)產(chǎn)生大量的數(shù)據(jù),為了讓持卡人能夠及時(shí)掌握自己的消費(fèi)情況和統(tǒng)計(jì)結(jié)果，需要系統(tǒng)提供綜合查詢功能。持卡人可以對(duì)系統(tǒng)內(nèi)保存的相關(guān)個(gè)人信息、消費(fèi)消息及各種管理信息進(jìn)行查詢。查詢可通過公共場(chǎng)所的專用設(shè)備進(jìn)行，也可通過上網(wǎng)的個(gè)人電腦進(jìn)行。由于專用設(shè)備可對(duì)［C卡進(jìn)行識(shí)別，所以查詢權(quán)限要比以個(gè)人電腦方式上網(wǎng)查詢權(quán)限大。通過PC機(jī)也可以查詢與持卡人相關(guān)的個(gè)人數(shù)據(jù)，但不包括個(gè)人的敏感數(shù)據(jù)，如個(gè)人消費(fèi)記錄等。查詢時(shí)需要進(jìn)行口令認(rèn)證。其他相關(guān)的管理子系統(tǒng)。利用IC卡中的個(gè)人信息，可實(shí)現(xiàn)學(xué)校管理系統(tǒng)所需的各種身份認(rèn)證電子化?；谛@網(wǎng)的MIS管理信息系統(tǒng)由下列子系統(tǒng)組成:學(xué)籍管理應(yīng)用子系統(tǒng)、圖書館管理應(yīng)用子系統(tǒng)、教務(wù)管理應(yīng)用子系統(tǒng)、考勤管理應(yīng)用子系統(tǒng)、財(cái)務(wù)管理應(yīng)用子系統(tǒng)、專項(xiàng)經(jīng)費(fèi)收支管理應(yīng)用子系統(tǒng)和資產(chǎn)管理應(yīng)用子系統(tǒng)等。2.5系統(tǒng)的安全設(shè)計(jì)該系統(tǒng)涉及銀行、學(xué)校和持卡人等方面，涉及圈存、消費(fèi)、查詢等交易因此，保障整個(gè)系統(tǒng)業(yè)務(wù)流程的安全可靠性，保證數(shù)據(jù)交易的完整性、機(jī)密性和抗否認(rèn)性是十分重要的。該系統(tǒng)的安全主要涉及以下4個(gè)部分：IC卡的管理。由于在校園IC卡中存有交易密鑰、個(gè)人信息、余額和管理信息，使得IC卡比磁條卡具有更高的安全性，可以脫機(jī)消費(fèi)和查詢。因此，保證整個(gè)系統(tǒng)的安全可靠性和IC卡管理的安全可靠性就顯得非常重要。根據(jù)整個(gè)系統(tǒng)的安全目標(biāo),對(duì)制卡、發(fā)卡、掛卡、補(bǔ)卡、銷卡、黑名單管理等一系列業(yè)務(wù)需制訂一套嚴(yán)密的制度和實(shí)施辦法，以保證校園IC卡的完全可靠性，保證銀行、學(xué)校和持卡人的利益。密鑰的管理。密鑰管理包括密鑰的組成、產(chǎn)生、分配和更改等。交易的安全性。校園IC卡的交易包括聯(lián)機(jī)交易(如圈存)和分配交易(如消費(fèi))。圈存交易需提交個(gè)人密碼,在聯(lián)機(jī)和脫機(jī)交易中，交易數(shù)據(jù)都要經(jīng)過雙向的身份認(rèn)證和校驗(yàn)，有效地保證了數(shù)據(jù)的完整性。網(wǎng)絡(luò)的安全性。數(shù)據(jù)報(bào)文傳輸?shù)陌踩灾饕婕靶@中心服務(wù)器與銀行【?？ㄇ爸脵C(jī)數(shù)據(jù)交換的安全性、各食堂數(shù)據(jù)集中服務(wù)器與