試論基于PKI的跨區(qū)域一卡通應用研究
【摘 要】文章對傳統(tǒng)一卡通系統(tǒng)在跨區(qū)域應用時所面臨的挑戰(zhàn)進行分析，提出了基于移動認證PKI實現(xiàn)跨區(qū)域一卡通應用方案。該方案利用移動客戶數(shù)字證書作為跨區(qū)域一卡通系統(tǒng)用戶身份標記，可以有效解決傳統(tǒng)一卡通系統(tǒng)在跨區(qū)域應用時由于解決非特定對象臨時跨區(qū)域使用問題而導致卡片應用文件數(shù)量大、密鑰管理困難、用戶信息需全局存儲等問題。
【關鍵詞】一卡通 PKI 身份認證 跨區(qū)域
1 引言
當前傳統(tǒng)的一卡通市場發(fā)展相對成熟，用戶已經(jīng)習慣使用IC卡進行門禁、考勤、會員管理等應用。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體單位內部使用，不適合政府、大型企業(yè)、連鎖酒店等客戶的跨區(qū)域應用。
跨區(qū)域一卡通應用面臨以下挑戰(zhàn)：
(1)密鑰管理問題：從安全性的角度而言，不同區(qū)域一卡通應用需要采用不同的應用密鑰。而不同區(qū)域一卡通應用模式不完全一致，權限管理方式很難做到集中、垂直化管理，使得跨區(qū)域一卡通應用的密鑰管理復雜。
(2)非特定對象問題：跨區(qū)域應用的客戶對象通常并不確定。一般而言，本區(qū)域內部人員相對固定;但外來人員不確定。
(3)臨時性問題：跨區(qū)域的一卡通應用通常時間較短，需要解決臨時性授權問題。
(4)系統(tǒng)安全性問題：卡的掛失需要涉及多個區(qū)域的系統(tǒng)數(shù)據(jù)更新。
目前，通信運營商以CA為中心、以PKI(Public Key Infrastructure，公鑰基礎設施)體系為基礎設施，發(fā)行具備內置移動客戶數(shù)字證書的非接觸卡或RFID-SIM卡，實現(xiàn)內部一卡通應用以及外部手機支付、電子票務公交一卡通等電子商務應用。
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)包括以下功能實體：
(1)門禁感應器(考勤、消費機具)
1)讀取用戶PKI相關數(shù)據(jù)，發(fā)送給一卡通業(yè)務平臺進行處理;
2)完成相應門禁、考勤、消費業(yè)務流程。
(2)一卡通業(yè)務平臺
1)用戶數(shù)據(jù)維護;
2)配合機具完成相應門禁、考勤、消費、來訪管理業(yè)務流程;
3)離線用戶身份認證;
4)在線用戶身份認證;
5)證書同步。
(3)認證鑒權服務平臺
1)對用戶PKI數(shù)據(jù)進行驗證;
2)與一卡通業(yè)務平臺接口，實現(xiàn)證書同步。
2.2 業(yè)務流程
流程說明如下：
(1)用戶在本區(qū)域一卡通應用流程
用戶在本區(qū)域一卡通應用流程如圖2所示。
1)讀卡器產(chǎn)生隨機數(shù)發(fā)送給通寶卡;
2)通寶卡對隨機數(shù)進行數(shù)字簽名，將簽名后的數(shù)據(jù)發(fā)給讀卡器;
3)讀卡器將簽名相關數(shù)據(jù)(UCID、簽名)發(fā)送給一卡通業(yè)務平臺，一卡通業(yè)務平臺轉發(fā)給認證鑒權服務平臺;
4)認證鑒權服務平臺對用戶簽名數(shù)據(jù)進行驗證，返回錯誤或用戶手機號碼、用戶證書給一卡通業(yè)務平臺;
5)一卡通業(yè)務平臺將用戶的UCID作為用戶內部身份信息寫入相應的機具與應用數(shù)據(jù)庫;
6)對于常規(guī)應用場合，用戶使用UCID作為門禁、考勤、消費等應用的用戶ID;
7)對高安全應用場合，一卡通業(yè)務平臺使用用戶證書對用戶通寶卡進行本地離線驗證或將相關數(shù)據(jù)(UCID、簽名)轉發(fā)給認證鑒權服務平臺對用戶身份進行認證。
(2)用戶跨區(qū)域一卡通應用流程
用戶跨區(qū)域一卡通應用流程如圖3所示。
1)用戶通過網(wǎng)絡申請異地一卡通權限，一卡通業(yè)務平臺以用戶手機號碼為標記，記錄用戶授權信息;
2)用戶到達異地后，使用通寶卡進行刷卡;
3)讀卡器產(chǎn)生隨機數(shù)發(fā)送給通寶卡;
4)通寶卡對隨機數(shù)進行數(shù)字簽名，將簽名后的數(shù)據(jù)發(fā)給讀卡器;
5)讀卡器將簽名相關數(shù)據(jù)(UCID、簽名)發(fā)送給一卡通業(yè)務平臺，一卡通業(yè)務平臺轉發(fā)給認證鑒權服務平臺;
6)認證鑒權服務平臺對用戶簽名數(shù)據(jù)進行驗證，返回錯誤或用戶手機號碼、用戶證書給一卡通業(yè)務平臺;
7)一卡通業(yè)務平臺將用戶的UCID作為用戶內部身份信息，同時將時限信息寫入相應的機具與應用數(shù)據(jù)庫;
8)用戶使用通寶卡進行異地一卡通應用(如門禁、消費、會議簽到等)。
2.3 業(yè)務特點
利用PKI進行異地一卡通應用，可以較好地解決跨區(qū)域企業(yè)一卡通應用所面臨的問題。
(1)由于用戶的PKI是唯一數(shù)字身份標記，用戶身份的合法性是后臺通過PKI驗證確定的，且與手機號碼進行綁定。以手機號碼作為索引，通過PKI驗證過程，即可確認身份。因此對于跨區(qū)域應用，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)驗證通過認證鑒權服務平臺或本地離線認證完成，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跨區(qū)域應用問題，可以通過用戶手機號碼作為索引，預先通過網(wǎng)站進行臨時申請，異地一卡通后臺根據(jù)用戶的手機號碼，與PKI驗證數(shù)據(jù)進行比較，若在可授權范圍內，即可將用戶UCID作為異地一卡通系統(tǒng)授權數(shù)據(jù)，寫入一卡通系統(tǒng)相應機具與后臺。
將PKI應用于跨區(qū)域一卡通系統(tǒng)，只需增加用戶認證模塊，對原有企業(yè)一卡通系統(tǒng)無需做大的改造，即可實現(xiàn)用戶使用一張卡同時在本地與異地進行一卡通應用的需求。系統(tǒng)實施的技術與商務門檻低。
3 結語
本文研究了利用移動認證PKI實現(xiàn)跨區(qū)域一卡通應用的方案。該方案將移動客戶數(shù)字證書作為跨區(qū)域一卡通系統(tǒng)用戶身份標記，通過離線或在線身份認證，來解決傳統(tǒng)一卡通系統(tǒng)在跨區(qū)域應用時由于解決非特定對象臨時跨區(qū)域使用問題而導致卡片應用文件數(shù)量大、密鑰管理困難、用戶信息需全局存儲等問題。可以較好地解決諸如大型企業(yè)、政府、連鎖酒店等單位的跨區(qū)域一卡通應用需求，目前該研究方案已成功應用于某公司培訓中心跨區(qū)域一卡通系統(tǒng)。
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