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試論基于PKI的跨區(qū)域一卡通應(yīng)用研究

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  【摘 要】文章對傳統(tǒng)一卡通系統(tǒng)在跨區(qū)域應(yīng)用時(shí)所面臨的挑戰(zhàn)進(jìn)行分析,提出了基于移動(dòng)認(rèn)證PKI實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域一卡通應(yīng)用方案。該方案利用移動(dòng)客戶數(shù)字證書作為跨區(qū)域一卡通系統(tǒng)用戶身份標(biāo)記,可以有效解決傳統(tǒng)一卡通系統(tǒng)在跨區(qū)域應(yīng)用時(shí)由于解決非特定對象臨時(shí)跨區(qū)域使用問題而導(dǎo)致卡片應(yīng)用文件數(shù)量大、密鑰管理困難、用戶信息需全局存儲等問題。

  【關(guān)鍵詞】一卡通 PKI 身份認(rèn)證 跨區(qū)域

  1 引言

  當(dāng)前傳統(tǒng)的一卡通市場發(fā)展相對成熟,用戶已經(jīng)習(xí)慣使用IC卡進(jìn)行門禁、考勤、會(huì)員管理等應(yīng)用。傳統(tǒng)一卡通系統(tǒng)使用ID卡或IC卡,利用卡的物理ID或在卡上數(shù)據(jù)區(qū)域(扇區(qū))寫入用戶ID,作為用戶的身份ID,僅適合作為孤立的個(gè)體單位內(nèi)部使用,不適合政府、大型企業(yè)、連鎖酒店等客戶的跨區(qū)域應(yīng)用。

  跨區(qū)域一卡通應(yīng)用面臨以下挑戰(zhàn):

  (1)密鑰管理問題:從安全性的角度而言,不同區(qū)域一卡通應(yīng)用需要采用不同的應(yīng)用密鑰。而不同區(qū)域一卡通應(yīng)用模式不完全一致,權(quán)限管理方式很難做到集中、垂直化管理,使得跨區(qū)域一卡通應(yīng)用的密鑰管理復(fù)雜。

  (2)非特定對象問題:跨區(qū)域應(yīng)用的客戶對象通常并不確定。一般而言,本區(qū)域內(nèi)部人員相對固定;但外來人員不確定。

  (3)臨時(shí)性問題:跨區(qū)域的一卡通應(yīng)用通常時(shí)間較短,需要解決臨時(shí)性授權(quán)問題。

  (4)系統(tǒng)安全性問題:卡的掛失需要涉及多個(gè)區(qū)域的系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新。

  目前,通信運(yùn)營商以CA為中心、以PKI(Public Key Infrastructure,公鑰基礎(chǔ)設(shè)施)體系為基礎(chǔ)設(shè)施,發(fā)行具備內(nèi)置移動(dòng)客戶數(shù)字證書的非接觸卡或RFID-SIM卡,實(shí)現(xiàn)內(nèi)部一卡通應(yīng)用以及外部手機(jī)支付、電子票務(wù)公交一卡通等電子商務(wù)應(yīng)用。

  2 系統(tǒng)方案

  2.1 系統(tǒng)框圖

  系統(tǒng)框圖如圖1所示。

  系統(tǒng)包括以下功能實(shí)體:

  (1)門禁感應(yīng)器(考勤、消費(fèi)機(jī)具)

  1)讀取用戶PKI相關(guān)數(shù)據(jù),發(fā)送給一卡通業(yè)務(wù)平臺進(jìn)行處理;

  2)完成相應(yīng)門禁、考勤、消費(fèi)業(yè)務(wù)流程。

  (2)一卡通業(yè)務(wù)平臺

  1)用戶數(shù)據(jù)維護(hù);

  2)配合機(jī)具完成相應(yīng)門禁、考勤、消費(fèi)、來訪管理業(yè)務(wù)流程;

  3)離線用戶身份認(rèn)證;

  4)在線用戶身份認(rèn)證;

  5)證書同步。

  (3)認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)平臺

  1)對用戶PKI數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證;

  2)與一卡通業(yè)務(wù)平臺接口,實(shí)現(xiàn)證書同步。

  2.2 業(yè)務(wù)流程

  流程說明如下:

  (1)用戶在本區(qū)域一卡通應(yīng)用流程

  用戶在本區(qū)域一卡通應(yīng)用流程如圖2所示。

  1)讀卡器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)送給通寶卡;

  2)通寶卡對隨機(jī)數(shù)進(jìn)行數(shù)字簽名,將簽名后的數(shù)據(jù)發(fā)給讀卡器;

  3)讀卡器將簽名相關(guān)數(shù)據(jù)(UCID、簽名)發(fā)送給一卡通業(yè)務(wù)平臺,一卡通業(yè)務(wù)平臺轉(zhuǎn)發(fā)給認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)平臺;

  4)認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)平臺對用戶簽名數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,返回錯(cuò)誤或用戶手機(jī)號碼、用戶證書給一卡通業(yè)務(wù)平臺;

  5)一卡通業(yè)務(wù)平臺將用戶的UCID作為用戶內(nèi)部身份信息寫入相應(yīng)的機(jī)具與應(yīng)用數(shù)據(jù)庫;

  6)對于常規(guī)應(yīng)用場合,用戶使用UCID作為門禁、考勤、消費(fèi)等應(yīng)用的用戶ID;

  7)對高安全應(yīng)用場合,一卡通業(yè)務(wù)平臺使用用戶證書對用戶通寶卡進(jìn)行本地離線驗(yàn)證或?qū)⑾嚓P(guān)數(shù)據(jù)(UCID、簽名)轉(zhuǎn)發(fā)給認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)平臺對用戶身份進(jìn)行認(rèn)證。

  (2)用戶跨區(qū)域一卡通應(yīng)用流程

  用戶跨區(qū)域一卡通應(yīng)用流程如圖3所示。

  1)用戶通過網(wǎng)絡(luò)申請異地一卡通權(quán)限,一卡通業(yè)務(wù)平臺以用戶手機(jī)號碼為標(biāo)記,記錄用戶授權(quán)信息;

  2)用戶到達(dá)異地后,使用通寶卡進(jìn)行刷卡;

  3)讀卡器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)發(fā)送給通寶卡;

  4)通寶卡對隨機(jī)數(shù)進(jìn)行數(shù)字簽名,將簽名后的數(shù)據(jù)發(fā)給讀卡器;

  5)讀卡器將簽名相關(guān)數(shù)據(jù)(UCID、簽名)發(fā)送給一卡通業(yè)務(wù)平臺,一卡通業(yè)務(wù)平臺轉(zhuǎn)發(fā)給認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)平臺;

  6)認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)平臺對用戶簽名數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證,返回錯(cuò)誤或用戶手機(jī)號碼、用戶證書給一卡通業(yè)務(wù)平臺;

  7)一卡通業(yè)務(wù)平臺將用戶的UCID作為用戶內(nèi)部身份信息,同時(shí)將時(shí)限信息寫入相應(yīng)的機(jī)具與應(yīng)用數(shù)據(jù)庫;

  8)用戶使用通寶卡進(jìn)行異地一卡通應(yīng)用(如門禁、消費(fèi)、會(huì)議簽到等)。

  2.3 業(yè)務(wù)特點(diǎn)

  利用PKI進(jìn)行異地一卡通應(yīng)用,可以較好地解決跨區(qū)域企業(yè)一卡通應(yīng)用所面臨的問題。

  (1)由于用戶的PKI是唯一數(shù)字身份標(biāo)記,用戶身份的合法性是后臺通過PKI驗(yàn)證確定的,且與手機(jī)號碼進(jìn)行綁定。以手機(jī)號碼作為索引,通過PKI驗(yàn)證過程,即可確認(rèn)身份。因此對于跨區(qū)域應(yīng)用,只需使用一張通寶卡即可。[論文網(wǎng)]

  (2)對于密鑰管理問題,PKI為非對稱密鑰體系,PKI數(shù)據(jù)驗(yàn)證通過認(rèn)證鑒權(quán)服務(wù)平臺或本地離線認(rèn)證完成,門禁一卡通系統(tǒng)無需與卡共享密鑰,從而解決了密鑰管理問題。

  (3)對于非特定對象的臨時(shí)跨區(qū)域應(yīng)用問題,可以通過用戶手機(jī)號碼作為索引,預(yù)先通過網(wǎng)站進(jìn)行臨時(shí)申請,異地一卡通后臺根據(jù)用戶的手機(jī)號碼,與PKI驗(yàn)證數(shù)據(jù)進(jìn)行比較,若在可授權(quán)范圍內(nèi),即可將用戶UCID作為異地一卡通系統(tǒng)授權(quán)數(shù)據(jù),寫入一卡通系統(tǒng)相應(yīng)機(jī)具與后臺。

  將PKI應(yīng)用于跨區(qū)域一卡通系統(tǒng),只需增加用戶認(rèn)證模塊,對原有企業(yè)一卡通系統(tǒng)無需做大的改造,即可實(shí)現(xiàn)用戶使用一張卡同時(shí)在本地與異地進(jìn)行一卡通應(yīng)用的需求。系統(tǒng)實(shí)施的技術(shù)與商務(wù)門檻低。

  3 結(jié)語

  本文研究了利用移動(dòng)認(rèn)證PKI實(shí)現(xiàn)跨區(qū)域一卡通應(yīng)用的方案。該方案將移動(dòng)客戶數(shù)字證書作為跨區(qū)域一卡通系統(tǒng)用戶身份標(biāo)記,通過離線或在線身份認(rèn)證,來解決傳統(tǒng)一卡通系統(tǒng)在跨區(qū)域應(yīng)用時(shí)由于解決非特定對象臨時(shí)跨區(qū)域使用問題而導(dǎo)致卡片應(yīng)用文件數(shù)量大、密鑰管理困難、用戶信息需全局存儲等問題??梢暂^好地解決諸如大型企業(yè)、政府、連鎖酒店等單位的跨區(qū)域一卡通應(yīng)用需求,目前該研究方案已成功應(yīng)用于某公司培訓(xùn)中心跨區(qū)域一卡通系統(tǒng)。

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