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CPU卡在“一卡通”系統中的應用發展及挑戰
發布日期:2017-02-21 11:07:57

  隨著智能IC卡技術的發展,對于卡體本身的存儲和加密特性有了更高的要求。傳統的MIFARE 1卡已經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,可以使系統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。再對現有系統軟件進行必要升級,完成系統與CPU卡的整合。

  1、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??詰募傻緶肪拖竇撲慊靼逡謊?,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,也就是COS。有的卡內芯片還集成了加密運算協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,可以根據需要合理分配存儲空間??ㄌ宓奈⒋砥饔肫渥隕淼牟僮饗低吃誦惺?,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,并已經通過中國人民銀行和國家商秘委的認證。

  2、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卡有什么區別?那么CPU卡又有什么優勢?下面做一下簡單介紹:

  (一).存儲空間與分區

  MIFARE 1卡存儲空間非常有限,且采取固定扇區、分塊管理的方式。

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

  (二).密鑰長度

  MIFARE 1卡采用6字節密碼,分扇區控制。

  CPU卡使用16字節密鑰,并可根據實際需要建立多級分區,實現多級分區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???

  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??橥該鞔?,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,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范,需自定義防拔流程。

  CPU卡具備金融標準規范,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卡的優勢

  從系統安全角度出發,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?;と砑低車淖饔???梢醞筆褂枚嘀植煌撓τ?,例如虛擬MIFARE 1卡的存儲結構,即一卡多用。COS與軟件系統的結合使用,提高了操作上的靈活性。

  3、一卡通”系統升級方案

  (一).系統升級總體思想

  一卡多用是智能“一卡通”系統應實現的基本功能。即門禁、消費、醫療、報銷系統等多個系統集于一卡,并預留出各種其它系統及應用的擴展空間,實現真正意義上的“一卡在手,便捷無憂”。

  真正的智能“一卡通”系統應實現智能集中管理功能,即建立一個統一的集中管理中心,即門禁管理系統能與各子系統進行集中發卡、集中授權、集中掛失、統一管理,確保各子系統數據的同步和完整,實現真正意義上各子系統間的“資源共享”。

  智能“一卡通”系統應建立一個共同的數據庫,實現數據的統一存放和數據共享。同時應預留各種數據接口,以便與其他智能信息管理系統連接。

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

  1.CPU卡密鑰管理系統

  在以IC卡為應用載體的“一卡通”系統中,密鑰的管理是整個系統的基礎。用戶可以通過密鑰管理系統生成、發行和更新密鑰,它直接關系到整個系統的安全。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卡的主動權。

  密鑰數據可以是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??梢栽詼量ㄆ髂誆抗菇ò踩嬡∧??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。

  (三).系統功能擴展

  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生。

  將以CPU卡作為數據存儲載體的“一卡通”系統進行功能擴展,可以實現考勤、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卡自身的技術優勢,可以將應用CPU卡的“一卡通”系統改造成功能齊全、安全認證到位的智能化“一卡通”系統。

  4、CPU卡推廣的挑戰

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

  目前,一般的CPU卡成本較傳統的非接觸式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,而對于企業事業單位“一卡通”系統、校園一卡通、停車場管理系統等應用,這種居高不下的成本必將限制其在這些領域的發展。

  現階段,大量的非接觸IC卡系統特別是讀寫設備,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,因為應用對系統的交互性要求非常高,所以都有一個通用標準和規范。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展尤為重要。

  著眼以上挑戰,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展。

  5、結束語

  總體來講,“一卡通”系統的發展將更加迅速,應用也更加豐富。安全、集成將是其發展的目標與研究方向,對現有的系統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,實現一卡多用的目標。現階段,使用CPU卡作為“一卡通”系統的升級卡,應該是不錯的選擇。

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