校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)及安全性措施的研究

文章出處：http://www.nyfzw.net 作者：易著梁　韓偉平   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月16日

    引言
 
    隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展和融合,各高校相繼建立了自己的校園網(wǎng)并得到不斷完善,校園網(wǎng)的日趨成熟為校園一卡通系統(tǒng)的建立提供了網(wǎng)絡(luò)平臺(tái)。數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)和射頻IC卡技術(shù)的發(fā)展和成熟,也為校園一卡通系統(tǒng)的建立提供了技術(shù)保障。同時(shí)高校信息管理理念與方式也在發(fā)生著深刻的變化,在校園內(nèi)實(shí)現(xiàn)一卡通系統(tǒng)已成為學(xué)院提高管理水平、促進(jìn)學(xué)院管理手段數(shù)字化的必然 趨勢(shì)。

    1. 校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 

    學(xué)院在引入校園一卡通系統(tǒng)前,教職工和學(xué)生存在“多卡在手”的狀況。以學(xué)生為例,每個(gè)學(xué)生持學(xué)生證卡、食堂飯卡、圖書借閱卡、就醫(yī)卡、上網(wǎng)卡以及熱水卡等多張卡,造成資源的浪費(fèi),給學(xué)生用卡及學(xué)院管理帶來(lái)極大的不便。

    1. 1　校園一卡通系統(tǒng)總體目標(biāo)設(shè)計(jì)
    為了解決以上弊端,促進(jìn)學(xué)院管理手段現(xiàn)代化,提高校園的智能化管理水平,學(xué)院在2004年引入校園一卡通系統(tǒng)。引入校園一卡通系統(tǒng)的總體目標(biāo)是實(shí)現(xiàn)“一卡在手,走遍校園”的校園數(shù)字管理模式, 為此,學(xué)院在總體目標(biāo)設(shè)計(jì)時(shí),主要考慮了以下幾個(gè)方面:

    (1)建立統(tǒng)一管理的校園基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺(tái)　建立學(xué)生、教職員工、各種部門機(jī)構(gòu)基本的與統(tǒng)一的信息標(biāo)準(zhǔn)化管理平臺(tái),實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)信息共享,實(shí)現(xiàn)信息的集中式規(guī)范管理,促進(jìn)學(xué)院數(shù)字化建設(shè)的發(fā)展。作為校園一卡通系統(tǒng)的骨干平臺(tái),校園卡應(yīng)用的商務(wù)管理、身份識(shí)別、學(xué)籍管理、校務(wù)管理等各種應(yīng)用子系統(tǒng)都建立在此平臺(tái)的基礎(chǔ)上,當(dāng)學(xué)院應(yīng)用規(guī)模擴(kuò)大時(shí),只需增加相應(yīng)子系統(tǒng)即可。持卡人的基本信息資料作為統(tǒng)一的公用數(shù)據(jù)在全網(wǎng)上實(shí)時(shí)共享,做到一人一卡、一人一戶,所有數(shù)據(jù)的變更都做到全網(wǎng)立即生效。

    (2)實(shí)現(xiàn)校內(nèi)消費(fèi)一卡通　在學(xué)院范圍內(nèi)實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一的電子支付和費(fèi)用收繳管理。持卡人可以在校內(nèi)任何一個(gè)消費(fèi)網(wǎng)點(diǎn)進(jìn)行消費(fèi),所有商戶單位不論其性質(zhì)與規(guī)模都可以授權(quán)代理收款、結(jié)算。如:超市、餐飲、飲料吧、精品屋、影印室、繳費(fèi)、上機(jī)收費(fèi)管理、校園網(wǎng)收費(fèi)管理、醫(yī)院收費(fèi)管理、圖書超期收費(fèi)管理、水控管理等。

    (3)實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別一卡通　用校園卡取代學(xué)院以前的學(xué)生證、工作證、借書證、出入證等各種證件,實(shí)現(xiàn)持卡人身份識(shí)別一卡通。

    (4)實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的掛接與捆綁　通過(guò)平臺(tái)預(yù)留的擴(kuò)展接口實(shí)現(xiàn)各校園應(yīng)用子系統(tǒng)與校園一卡通系統(tǒng)平臺(tái)的數(shù)據(jù)共享。如通過(guò)一卡通系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)學(xué)生公寓的用水控制管理;實(shí)現(xiàn)與圖書館管理系統(tǒng)、電子閱 覽室等系統(tǒng)的對(duì)接連通;公用機(jī)房上機(jī)收費(fèi)管理、校醫(yī)院收費(fèi)管理、宿舍樓出入門禁、教職工考勤管理、安全保衛(wèi)的巡更管理等系統(tǒng),都可以與一卡通系統(tǒng)平臺(tái)掛接與捆綁。

    (5)實(shí)現(xiàn)財(cái)務(wù)統(tǒng)一管理　通過(guò)建設(shè)校園一卡通結(jié)算中心,對(duì)所有校園商戶實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一結(jié)算和管理。

    1. 2　校園一卡通系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)

    我院建設(shè)的校園一卡通系統(tǒng)功能模塊設(shè)計(jì)如下: 

    (1)校園一卡通后臺(tái)管理系統(tǒng)平臺(tái)　該系統(tǒng)平臺(tái)主要是系統(tǒng)管理員進(jìn)行系統(tǒng)管理設(shè)置和系統(tǒng)初始化的平臺(tái)。為系統(tǒng)管理員提供了修改口令、創(chuàng)建賬號(hào)、分配管理員和組權(quán)限、備份數(shù)據(jù)以及系統(tǒng)異常情況處理的功能。
 
    (2)校園管理平臺(tái)子系統(tǒng)　校園管理平臺(tái)是一卡通系統(tǒng)運(yùn)行的基礎(chǔ),負(fù)責(zé)一卡通系統(tǒng)數(shù)據(jù)的采集和維護(hù)等。主要包括系統(tǒng)管理、學(xué)生基本信息管理、學(xué)籍基本信息、學(xué)籍日常事務(wù)、教學(xué)基本信息等功能部分。
 
    (3)學(xué)院信息管理　系統(tǒng)管理員進(jìn)行系統(tǒng)初始化時(shí)將學(xué)院的各項(xiàng)信息進(jìn)行注冊(cè),設(shè)置學(xué)院學(xué)期日期、周教學(xué)日數(shù)以及課長(zhǎng)和上、下午課數(shù)等信息。

    (4)系統(tǒng)管理　系統(tǒng)管理模塊應(yīng)提供強(qiáng)大的操作日志,對(duì)相關(guān)的操作都進(jìn)行記錄。同時(shí)系統(tǒng)管理還應(yīng)提供強(qiáng)大的用戶和權(quán)限設(shè)置,提供多種權(quán)限設(shè)定方式。

    (5)卡管理系統(tǒng)　該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)校園一卡通系統(tǒng)維護(hù)、用戶卡片的發(fā)放、充值、掛失、解掛、換卡、查詢等,以及對(duì)各部門、各子系統(tǒng)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、財(cái)務(wù)結(jié)算等。

    (6)餐飲消費(fèi)子系統(tǒng)　該子系統(tǒng)提供對(duì)餐飲POS機(jī)的數(shù)據(jù)采集和參數(shù)下發(fā)的功能,并能對(duì)所采集的數(shù)據(jù)按學(xué)院要求進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。

    (7)機(jī)房管理子系統(tǒng)　該子系統(tǒng)按學(xué)院規(guī)定設(shè)置收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn),完成學(xué)生課外上機(jī)的收費(fèi)。

    (8)門禁子系統(tǒng)　該子系統(tǒng)是一個(gè)實(shí)時(shí)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng),持卡人只需將卡片在門禁控制器上晃動(dòng)一下,即可實(shí)現(xiàn)出入監(jiān)控的功能,同時(shí)系統(tǒng)將所發(fā)生的各種事件日志進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄,用戶可通過(guò)相應(yīng)模塊進(jìn)行查詢、統(tǒng)計(jì)和處理。

    (9)考勤管理子系統(tǒng)　該子系統(tǒng)設(shè)定不同的上班類型對(duì)員工進(jìn)行考勤,并對(duì)出差、請(qǐng)假、加班、調(diào)班、調(diào)休等情況能作出相應(yīng)處理。

    (10)巡更子系統(tǒng)　該子系統(tǒng)根據(jù)巡更點(diǎn)采集的數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄保安的編號(hào)、時(shí)間、地點(diǎn)等巡更情況,并對(duì)采集回來(lái)的數(shù)據(jù)進(jìn)行整理、存檔,自動(dòng)生成分類記錄、報(bào)表,并打印。

    (11)圖書借閱管理子系統(tǒng)　該子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)一卡通系統(tǒng)與圖書館借閱系統(tǒng)相兼容,使一卡通能替代原有圖書借閱證,方便持卡人對(duì)圖書進(jìn)行借閱和查詢,也方便圖書館的管理。

    1. 3　網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
 
    校園一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)分為主干網(wǎng)和和終端設(shè)備子網(wǎng),其中主干網(wǎng)是整個(gè)校園一卡通系統(tǒng)的核心,各終端設(shè)備子網(wǎng)通過(guò)接口設(shè)備接入主干網(wǎng),與主干網(wǎng)實(shí)時(shí)通信。主干網(wǎng)和終端設(shè)備子網(wǎng)都采用TCP / IP傳輸協(xié)議。

    校園一卡通系統(tǒng)采用B /S (B rowser/Server)結(jié)構(gòu),即瀏覽器和服務(wù)器結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)下,用戶工作界面是通過(guò)WEB 瀏覽器來(lái)實(shí)現(xiàn),極少部分事務(wù)邏輯在前端(Browser)實(shí)現(xiàn),但是主要事務(wù)邏輯在服務(wù)器端( Server)實(shí)現(xiàn)。

    在考慮校園一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)通信的安全設(shè)計(jì)時(shí),一方面采用虛擬局域網(wǎng)技術(shù)(VLAN) ,實(shí)現(xiàn)在一套硬件網(wǎng)絡(luò)環(huán)境內(nèi)運(yùn)行許多個(gè)完全獨(dú)立、互不通信的虛擬局域網(wǎng),就可以消除無(wú)謂的沖突檢測(cè)和出錯(cuò)重發(fā),提高了數(shù)據(jù)傳輸效率。另一方面采用防火墻技術(shù),在網(wǎng)絡(luò)中設(shè)置防火墻,通過(guò)防火墻執(zhí)行安全及訪問(wèn)控制功能,同時(shí)控制能登錄到服務(wù)器的IP地址。

    1. 4　校園一卡通系統(tǒng)管理組織結(jié)構(gòu) 

    我院校園一卡通系統(tǒng)管理組織結(jié)構(gòu)由一卡通控制中心、一卡通管理中心和一卡通結(jié)算中心組成。其中一卡通控制中心設(shè)在網(wǎng)絡(luò)管理中心,主要負(fù)責(zé)校園一卡通系統(tǒng)日常運(yùn)行、維護(hù)、卡片設(shè)計(jì)制作管 理、有關(guān)信息管理以及咨詢服務(wù);一卡通管理中心設(shè)在后勤處,主要負(fù)責(zé)發(fā)卡、充值、補(bǔ)(換)卡登記及咨詢服務(wù);一卡通結(jié)算中心設(shè)在財(cái)務(wù)處,主要負(fù)責(zé)帳務(wù)結(jié)算核對(duì)工作。校園一卡通系統(tǒng)作為數(shù)字化校園的基礎(chǔ)平臺(tái),它的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較龐大,其典型結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。 

    2. 校園一卡通系統(tǒng)的安全問(wèn)題及解決方案

    由于校園一卡通系統(tǒng)上運(yùn)行的是金融交易數(shù)據(jù)及其它重要的M IS數(shù)據(jù),其安全性要求非常高,因此對(duì)整個(gè)系統(tǒng)的安全要有全面的考慮。為使整個(gè)系統(tǒng)安全、高效地運(yùn)行,對(duì)系統(tǒng)本身的穩(wěn)定性、安全性及健壯性都提出了很高的要求,最大程度地保護(hù)持卡人和校內(nèi)其他授權(quán)商戶或收款單位的利益。依據(jù)校園一卡通系統(tǒng)的功能組成結(jié)構(gòu)特點(diǎn),可以從以下幾方面進(jìn)行系統(tǒng)安全性的加強(qiáng):

    (1)操作系統(tǒng)安全性　選擇安全性和穩(wěn)定性高的操作系統(tǒng)作為后臺(tái)中心數(shù)據(jù)庫(kù)的操作支持平臺(tái)。SCO UN IX7操作系統(tǒng)就是一個(gè)比較合適的選擇,與W INDOWS操作系統(tǒng)相比較而言,UN IX具有高安全性,安全等級(jí)達(dá)到C2級(jí);病毒感染較少;操作系統(tǒng)性能相當(dāng)卓越,運(yùn)行穩(wěn)定,大大減少了維護(hù)工作量。

    (2)通信網(wǎng)絡(luò)安全性　校園一卡通系統(tǒng)從某種意義上說(shuō)是校園網(wǎng)建設(shè)的一部分,但是由于它的應(yīng)用特殊性,實(shí)質(zhì)上它是一個(gè)專用網(wǎng)絡(luò),也就是一個(gè)小型的局域網(wǎng)。它的唯一出口是與銀行相連的通信鏈路,從其他地方是沒(méi)有辦法進(jìn)入一卡通系統(tǒng)的。推薦一卡通使用獨(dú)立的網(wǎng)絡(luò)或者使用VLAN。在與外界網(wǎng)絡(luò)相連時(shí),使用雙網(wǎng)卡,將中心數(shù)據(jù)與外界進(jìn)行物理隔離,安全封閉,同時(shí)通過(guò)防火墻對(duì)數(shù)據(jù)訪問(wèn)進(jìn)行過(guò)濾,有效控制非法數(shù)據(jù)的侵入。與銀行通訊方面,采用一卡通前置機(jī)與銀行前置機(jī)單線直聯(lián)方式,不經(jīng)過(guò)交換機(jī),可以保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃院桶踩浴?/p>

    (3)數(shù)據(jù)通信安全性　在系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)上,由于通信線路的公共化和電腦的易操作性,使得電子金融犯罪可能通過(guò)以下三個(gè)主要手段而得逞:一是竊取客戶儲(chǔ)蓄卡上的P IN;二是偽造和篡改財(cái)務(wù)交易信息;三是竊取(物理和電子)密鑰。為此,網(wǎng)絡(luò)上必須建立完備的數(shù)據(jù)安全保密體制,所以確定三個(gè)針鋒相對(duì)的防范原則:
    ①不允許P IN的明碼在通信線路和人工可操作的電腦存儲(chǔ)媒體上出現(xiàn);
    ②對(duì)任一交易信息必須做真?zhèn)舞b別;
    ③制定嚴(yán)格的密鑰管理制度。

    鑒于上述原因,制定以下方案來(lái)保證通訊的安全、可靠:
     ①數(shù)據(jù)通訊的加密功能:為了保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?在通訊的過(guò)程中,不斷變換加密密鑰,對(duì)數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密。加密采用的是DES和32DES加密算法。在系統(tǒng)中,設(shè)定兩個(gè)密鑰,主密鑰和工作密鑰。其中工作密鑰是用來(lái)對(duì)每次的通訊數(shù)據(jù)包進(jìn)行加密,通訊數(shù)據(jù)包的加密采用DES算法。而主密鑰是用來(lái)交換工作密鑰,工作密鑰交換采用32DES算法進(jìn)行加密,保證數(shù)據(jù)通信的安全性。
    ②采用特殊的數(shù)據(jù)包格式:與銀行共同定制一套數(shù)據(jù)報(bào)文格式,報(bào)文中規(guī)定各個(gè)含義字段的約束關(guān)系。即使數(shù)據(jù)報(bào)文被截獲,截獲者也難以理解其中的意思。

    (4)數(shù)據(jù)庫(kù)安全性　數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)中可能要收集、存儲(chǔ)和分析成千上萬(wàn)行信息,這些信息本質(zhì)上有公共的,也有私有的。由于有這項(xiàng)責(zé)任在身,數(shù)據(jù)庫(kù)系統(tǒng)必須使數(shù)據(jù)庫(kù)管理員能適當(dāng)?shù)厥跈?quán)和限制訪問(wèn)。此外,數(shù)據(jù)庫(kù)還必須提供防止未授權(quán)用戶存取機(jī)密數(shù)據(jù)的方法;防止任何人對(duì)機(jī)密數(shù)據(jù)進(jìn)行未授權(quán)的存取;防止未授權(quán)用戶惡意刪除破壞和擅自改變數(shù)據(jù);采用審核技術(shù)監(jiān)視用戶存取數(shù)據(jù);數(shù)據(jù)庫(kù)安全性中最基本的概念之一就是驗(yàn)證,這是一個(gè)相當(dāng)簡(jiǎn)單的過(guò)程,系統(tǒng)通過(guò)這個(gè)過(guò)程來(lái)證實(shí)用戶身份。用戶可以通過(guò)提供身份證明或驗(yàn)證令牌來(lái)響應(yīng)驗(yàn)證請(qǐng)求。

    我院校園一卡通系統(tǒng)采用Oracle8 /8 i作為整個(gè)系統(tǒng)的后臺(tái)中心數(shù)據(jù)庫(kù)。Oracle具有高安全性,安全等級(jí)達(dá)到C2級(jí),架構(gòu)在公認(rèn)系統(tǒng)級(jí)數(shù)據(jù)安全的基礎(chǔ)上, Oracle數(shù)據(jù)庫(kù)本身使用了多種手段來(lái)加強(qiáng)數(shù)據(jù)庫(kù)的安全性,常見(jiàn)的就有密碼、角色、權(quán)限等。而且,后臺(tái)中心數(shù)據(jù)庫(kù)采用雙機(jī)熱備份來(lái)保證系統(tǒng)安全穩(wěn)定運(yùn)行,使終端設(shè)備的批量交易數(shù)據(jù)能夠?qū)崟r(shí)回傳。中心數(shù)據(jù)存儲(chǔ)采用雙重保障機(jī)制,一方面通過(guò)磁盤陣列柜進(jìn)行交易數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)備份;另一方面對(duì)每天日結(jié)后的數(shù)據(jù)進(jìn)行備份保存,絕對(duì)保證數(shù)據(jù)存儲(chǔ)的完備、安全、可靠。同時(shí),在交易終端,也采取多種措施防止交易數(shù)據(jù)丟失。如在網(wǎng)路不通的情況下,終端機(jī)可以脫網(wǎng)運(yùn)行,終端本身能夠存儲(chǔ)2萬(wàn)多筆脫機(jī)交易流水。另外,現(xiàn)場(chǎng)網(wǎng)絡(luò)的商務(wù)網(wǎng)關(guān)能夠存儲(chǔ)多達(dá)10萬(wàn)筆的交易數(shù)據(jù),大容量的存儲(chǔ)設(shè)備既保證了交易數(shù)據(jù)的不丟失性,也為系統(tǒng)故障恢復(fù)留出足夠的時(shí)間。

    (5)跨校區(qū)互聯(lián)安全性　現(xiàn)在一個(gè)校園可能存在有多個(gè)校區(qū),主校區(qū)在與其他分校區(qū)相掛接時(shí),應(yīng)用代理服務(wù)器機(jī)制,保障數(shù)據(jù)庫(kù)安全。設(shè)置一臺(tái)工作站作為一卡通通信代理服務(wù)器,代理服務(wù)器提供對(duì)外的查詢接口,它本身不存放任何數(shù)據(jù),只是接受用戶的查詢并轉(zhuǎn)發(fā)服務(wù)器中的數(shù)據(jù),以此保護(hù)數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器免受攻擊。如WEB 查詢服務(wù)、多媒體查詢機(jī)、電話語(yǔ)音查詢等均運(yùn)行在代理服務(wù)器上。在代理服務(wù)器上運(yùn)行專用通訊軟件,定時(shí)負(fù)責(zé)與各個(gè)分校區(qū)的一卡通子系統(tǒng)交換數(shù)據(jù),所有通訊的數(shù)據(jù)包都采用加密算法和動(dòng)態(tài)密鑰交換機(jī)制,確保數(shù)據(jù)安全。

    (6)校園卡的安全性　校園卡采用黑白名單驗(yàn)證機(jī)制,無(wú)論聯(lián)機(jī)交易還是脫機(jī)交易,都會(huì)對(duì)卡片的有效性進(jìn)行再次的驗(yàn)證,確保萬(wàn)無(wú)一失。通過(guò)對(duì)以上多方面安全考慮,可以保證一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全、穩(wěn)定運(yùn)行。為未來(lái)數(shù)字化校園的建設(shè)搭建了很好的擴(kuò)展平臺(tái)。

    3. 結(jié)束語(yǔ) 

    我院校園一卡通系統(tǒng)正式使用近三年來(lái),在學(xué)院的教學(xué)、行政、生活等各個(gè)方面發(fā)揮了規(guī)范管理的作用,為統(tǒng)一采集各類數(shù)據(jù)信息奠定了堅(jiān)實(shí)、可靠的基礎(chǔ),促進(jìn)了學(xué)院的數(shù)字化建設(shè),進(jìn)一步提高了學(xué)院信息化管理水平,實(shí)踐表明我院校園一卡通系統(tǒng)的設(shè)計(jì)達(dá)到了預(yù)期目的。通過(guò)對(duì)校園一卡通系統(tǒng)安全問(wèn)題的深入分析,提出了有效的解決方案,杜絕了校園一卡通系統(tǒng)的安全隱患。并將這些安全設(shè)計(jì)原則應(yīng)用到我院校園一卡通系統(tǒng)項(xiàng)目實(shí)施當(dāng)中,取得了良好的實(shí)際效果。