相對(duì)傳統(tǒng)的紙券、磁卡等信息介質(zhì)，非接觸IC卡以其存儲(chǔ)容量大、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高、簡(jiǎn)單的讀寫性、防偽性能強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)在高速公路收費(fèi)系統(tǒng)的運(yùn)營(yíng)中得到廣泛的應(yīng)用。
在IC卡開發(fā)運(yùn)用方面，一般采用兩種操作方式，即采用塊(Block)操作方式和文件(File)操作方式。塊操作讀寫方式按塊來操作，讀寫不方便，容易被破 解 密 碼。現(xiàn)在的IC卡大部分都采用文件密文加密方式。按文件操作方式，兩扇區(qū)的密鑰都不一樣，保密性得到提高。文件操作方式實(shí)際上是采用按扇區(qū)批量讀寫數(shù)據(jù)的管理方法，在大批量讀寫速度上也得到了提高，操作更方便。高速公路的密鑰發(fā)行管理軟件是基于這種文件讀寫方式而開發(fā)的。
高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)IC卡開發(fā)運(yùn)用概述
現(xiàn)階段在高速公路上IC卡運(yùn)用最廣泛的是非接觸邏輯加密卡，即Mifare One卡，其次是已經(jīng)興起并得到運(yùn)用的CPU雙界面卡，即MifarePro卡。卡片的軟件開發(fā)運(yùn)用主要有兩個(gè)方面：一、卡片的發(fā)行；二、卡片的個(gè)人化。
一、卡片的發(fā)行
高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的卡片發(fā)行遵循卡片統(tǒng)一管理和統(tǒng)一發(fā)行的原則。IC卡密鑰統(tǒng)一管理是系統(tǒng)安全和統(tǒng)一的重要保證，IC卡密鑰統(tǒng)一發(fā)行是實(shí)現(xiàn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費(fèi)的重要保證。基于IC卡安全管理的要求以及密鑰管理基本原則，選用接觸式CPU卡作為密鑰管理的基本載體。
二、卡片的個(gè)人化：
開發(fā)者需要設(shè)計(jì)并建立IC卡應(yīng)用系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫，庫中保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)及各持卡人的專用數(shù)據(jù)，這是任何一種卡基本應(yīng)用系統(tǒng)必備的。發(fā)卡站負(fù)責(zé)發(fā)行新卡，包括按規(guī)定格式，對(duì)新卡作初始化，分區(qū)及寫入分區(qū)密碼，寫入原始數(shù)據(jù)。此中心也常用于舊卡添加數(shù)據(jù)和收費(fèi)。發(fā)卡站與區(qū)域中心數(shù)據(jù)庫聯(lián)結(jié)，寫卡時(shí)同時(shí)更新中心數(shù)據(jù)庫。結(jié)算和掛失工作站則用于對(duì)日常業(yè)務(wù)進(jìn)行結(jié)算。同時(shí)可以處理IC卡掛失，重失和銷毀報(bào)廢工作。顯然也必須與中心庫連接，對(duì)庫中數(shù)據(jù)進(jìn)行更新。
IC卡在軟件開發(fā)應(yīng)用中問題的提出
在非接觸IC卡的軟件開發(fā)應(yīng)用當(dāng)中難免會(huì)遇到一些技術(shù)上的問題。從技術(shù)上講，非接觸邏輯加密卡片的容量是1024個(gè)字節(jié)，去掉每個(gè)扇區(qū)的密碼塊，按理應(yīng)可存儲(chǔ)小于等于768個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，但信息存儲(chǔ)越多，讀寫的時(shí)間越長(zhǎng)，不穩(wěn)定的因素就越大。這其中有幾個(gè)方面的原因，一、跟卡片的質(zhì)量有關(guān)，二、跟刷卡的距離、角度、速度有關(guān)；三、跟軟件開發(fā)有關(guān)。卡片的質(zhì)量主要來自廠家對(duì)卡片的生產(chǎn)上的工藝要求。在這里，我主要是講軟件開發(fā)應(yīng)用當(dāng)中的因素。
非接觸邏輯加密卡在讀寫天線的上方操作的距離應(yīng)小于10CM，實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中的最佳距離應(yīng)在0到5cm。當(dāng)卡片在讀寫天線上以蘭定的速度劃過，就可能會(huì)出現(xiàn)待寫入的數(shù)據(jù)信息一部分寫進(jìn)去，一部分沒寫進(jìn)去，甚至更嚴(yán)重的是把卡里的內(nèi)容寫壞。導(dǎo)致MAC碼(報(bào)文鑒別碼Message Authentication Code)認(rèn)證失敗。因?yàn)槲覀兒茈y規(guī)定操作者在刷卡中一定要按照15 的斜角在有效的范圍內(nèi)操作卡片，卡片在讀卡天線上來回的晃動(dòng)，最易造成壞卡。即寫到IC卡內(nèi)的信息因刷卡操作不當(dāng)導(dǎo)致寫入無效的數(shù)據(jù)。該無效的數(shù)據(jù)來源于讀寫機(jī)具系統(tǒng)提供的初始值。例如：高速公路入口刷卡寫入當(dāng)前的Unix時(shí)間，由于刷卡的不當(dāng)導(dǎo)致讀寫機(jī)具默認(rèn)的寫入的數(shù)據(jù)為0，則出口讀出的時(shí)間將是1970年1月1日刷的卡。因此，在軟件開發(fā)運(yùn)用中就應(yīng)該有容錯(cuò)性。
當(dāng)然，在IC卡的開發(fā)過程當(dāng)中，IC卡每一步驟的讀寫失敗都會(huì)有錯(cuò)誤返回碼，可以利用該錯(cuò)誤的返回碼來判斷這次卡片的讀寫情況的。并根據(jù)情況提示操作人員重新刷卡，直到待寫入的信息完整無誤的寫入到IC卡內(nèi)。最終提示刷卡成功。但在實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中是會(huì)有這樣的一種情況產(chǎn)生的。既IC卡寫數(shù)據(jù)信息成功，沒有錯(cuò)誤的返回碼，但是其中的不穩(wěn)定的光電信號(hào)導(dǎo)致寫入的信息有誤，當(dāng)然這是比較難發(fā)生的事。這就是它的抗靜電和紫外線的能力弱的缺點(diǎn)。同樣的，在Mifare Pro卡，既CPU雙界面卡的運(yùn)用當(dāng)中也會(huì)存在著這些問題。CPU雙界面卡的認(rèn)證過程比較復(fù)雜，往往被運(yùn)用在高速公路一卡通行的儲(chǔ)值卡、記帳卡中。因此在開發(fā)及實(shí)際操作當(dāng)中更不允許出錯(cuò)，必需要有容錯(cuò)功能，否則會(huì)出現(xiàn)扣了款的儲(chǔ)值卡返回扣款未成功的返回碼。
城市公交系統(tǒng)的運(yùn)用中的非接觸邏輯加密卡在操作上運(yùn)用了電子錢包，其中利用備用數(shù)據(jù)塊，在最大程度上解決了非接觸加密卡的不穩(wěn)定因素。
解決卡片的操作問題主要有以下幾方面：
一、從操作上盡量規(guī)范操作；
1、傳統(tǒng)方式的卡片操作是操作員在機(jī)具上按照一定的距離、速度、角度進(jìn)行刷卡，當(dāng)然最有效的方式就是放在機(jī)具上。規(guī)范操作如下圖示：
規(guī)范1：
IC卡與讀卡器距離≤5CM且呈≥150 交角，在天線上方，由上至下移動(dòng)，直至車道收費(fèi)程序提示“寫卡”、“讀卡”成功。
規(guī)范2：
IC卡在讀寫器呈上方≤5cm，由左至右移動(dòng)，穿越天線，移動(dòng)時(shí)間≥1s。
規(guī)范的卡片操作，可使卡片在讀卡器上方被鎖定的時(shí)間足夠在小于200毫秒的讀寫時(shí)間里完成一次讀寫任務(wù)。
減少讀寫不成功的機(jī)率。
2、目前，有些高速公路采用卡箱的管理方式，包括半自動(dòng)卡箱和全自動(dòng)卡箱。卡片在車道讀寫中采用機(jī)械方式，將卡片通過插入裝置送入讀寫槽里，讓卡片充分和讀寫機(jī)具在有效范圍內(nèi)接觸，待卡片讀寫完全成功后，再由讀寫槽送出來。入口發(fā)給司機(jī)或出口自動(dòng)回收入卡箱。這種方式大大減少因?yàn)槿藶榈牟僮魉鶐淼臋C(jī)具讀寫失誤，最小程度的防止壞卡的形成，有效的減少卡片因損壞而帶來的資源浪費(fèi)。同時(shí)，利用卡箱管理卡片可減少人為地對(duì)卡片的作弊行為。
二、盡量減少讀寫數(shù)據(jù)量；
卡片里的數(shù)據(jù)越多，讀寫的時(shí)間開銷越大，讀寫時(shí)間過長(zhǎng)，出錯(cuò)的機(jī)率更大。
1、在IC卡數(shù)據(jù)格式定義上，盡可能少用字符串的定義，如時(shí)間的定義按Unix的格式；公務(wù)卡里的免費(fèi)范圍按位(Bit)義。既一個(gè)位代表一個(gè)免費(fèi)路段。
2、在出口處理卡片信息上，可不對(duì)卡片內(nèi)容清空，而是在根據(jù)入口攜帶的信息計(jì)算出費(fèi)率后，直接置回收標(biāo)志，減少因清空卡里的信息所帶來的時(shí)間開銷。甚至還沒來的及清空數(shù)據(jù)，操作員已經(jīng)把卡片移走，導(dǎo)致無法清空數(shù)據(jù)。
3、盡量將數(shù)據(jù)壓縮在一個(gè)扇區(qū)內(nèi)。避免一個(gè)完整的數(shù)據(jù)字段被分割成兩段被定義在一個(gè)連續(xù)的兩個(gè)文件(扇區(qū))內(nèi)或不連續(xù)的兩個(gè)文件(扇區(qū))內(nèi)。
三、可能對(duì)讀寫數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證：
IC卡片里內(nèi)容的性質(zhì)可根據(jù)需要分為，重要數(shù)據(jù)和次要數(shù)據(jù)。如入口區(qū)域編碼、路段編碼、站編碼、車型、車種時(shí)間等屬于重要的數(shù)據(jù)；入口收費(fèi)員信息、工班信息等屬干次要信息。把重要的數(shù)據(jù)盡可能規(guī)劃到同一扇區(qū)的同一數(shù)據(jù)塊里。然后對(duì)重要的數(shù)據(jù)按字節(jié)進(jìn)行累加求和或按位異或，然后把校驗(yàn)結(jié)果放在卡里。在入口時(shí)，可對(duì)寫入卡片的內(nèi)容迅速的進(jìn)行校驗(yàn)，出口讀卡時(shí)將重要的數(shù)據(jù)按入口的校驗(yàn)方法和卡里的校驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行比較。通過這種校驗(yàn)手段，可檢查出入口卡的信息是否被改寫過。
四、壞卡的查詢處理；
應(yīng)用環(huán)節(jié)中的壞卡有三種：一、物理損壞的卡片；二、MAC碼信息錯(cuò)；三、帶有錯(cuò)誤信息的卡片。
物理損壞的卡片在讀寫機(jī)具上操作時(shí)是無任何反應(yīng)的；MAC碼丟失，則提示MAC錯(cuò)誤，這是卡片在使用過程中，被人為破壞導(dǎo)致MAC碼丟失；帶有錯(cuò)誤信息的卡片是入口的重要信息丟失，無法根據(jù)入口信息計(jì)算費(fèi)率。
對(duì)于壞卡的處理可采用出口壞卡查詢，它是根據(jù)操作員在出口的車道界面輸入的卡表面唯一號(hào)，并由系統(tǒng)軟件通過計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)，結(jié)合后臺(tái)查詢服務(wù)程序，返回車輛入口的收費(fèi)信息及圖像，作為出口車道的入口依據(jù)，重新計(jì)算出收費(fèi)費(fèi)率。以完成一次收費(fèi)過程。
五、Mifare Pro卡刷卡失敗處理
Mifare Pro卡既雙界面CPU卡，也稱兩片式電子標(biāo)簽。它既可以是接觸的讀寫(既通過不停車收費(fèi)的車載設(shè)備(OBU)與路側(cè)設(shè)備(RSU)微波讀寫控制器通訊)又可以是在人工收費(fèi)車道非接觸讀寫器上操作。儲(chǔ)值卡或記帳卡通常是采用這種這種卡片結(jié)構(gòu)的。當(dāng)然這要求讀寫機(jī)具同時(shí)要能讀寫、認(rèn)證兩種卡片，整個(gè)刷卡過程當(dāng)中是要經(jīng)過嚴(yán)密的認(rèn)證過程的。在實(shí)際應(yīng)用中，因刷卡操作不當(dāng)，卡片在刷卡的過程中是會(huì)出現(xiàn)認(rèn)證失敗或扣款失敗。也因此出現(xiàn)卡片的出口回寫標(biāo)志已寫成功，而對(duì)電子錢包操作扣款又失敗的問題。即出現(xiàn)扣了款卻返回扣款失敗的錯(cuò)誤碼。對(duì)于這個(gè)問題的解決，可通過前端軟件循環(huán)的邏輯判斷，判斷的條件是只能允許反復(fù)的對(duì)同一張卡片(既卡號(hào)相同)進(jìn)行操作，直至所有認(rèn)證通過并且完全扣款成功。僅當(dāng)扣完款的卡片及成功回寫回收標(biāo)志的卡片是不可以再次刷卡的。當(dāng)然，除了從軟件上來防止錯(cuò)誤，還可以采用前面提到的用卡箱的機(jī)械讀寫管理操作方式，避免錯(cuò)誤。
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