基于CPU卡的多表一卡管理系統(tǒng)的研究

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    近年來IC卡智能儀表在水、電、煤氣等行業(yè)的應(yīng)用越來越廣泛，有效解決了抄表難、收費難等問題。但是IC卡智能儀表在應(yīng)用中還存在不少亟待解決的問題：(1)大多IC卡表采用非加密型IC卡，易解密，不安全；(2)采用一表一卡管理方式，若有多塊表，則有多塊IC卡，容易拿錯或丟失；(3)從網(wǎng)絡(luò)銷售來考慮，用戶希望能夠在一家銷售點用一張卡完成售電、售水、售氣3項數(shù)據(jù)的操作。

    簽于以上考慮，設(shè)計和開發(fā)了水、電、氣多表一卡管理系統(tǒng)，該系統(tǒng)以CPU卡安全技術(shù)為核心，實現(xiàn)水、電、氣表數(shù)據(jù)的智能化管理，達到多表一卡、先買后用的目的。

    1 CPU卡技術(shù)

    根據(jù)IC卡中所鑲嵌的集成電路不同可將IC卡分成：存儲卡，邏輯加密卡，CPU卡(智能卡)。

    CPU卡是Ic卡中技術(shù)含量較高的一種，其內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖1所示。其中RAM 是CPU工作時存放命令參數(shù)、返回結(jié)果、安全狀態(tài)及臨時工作密鑰的區(qū)域，ROM 是存放CPU程序的區(qū)域，EEPROM 是存放用戶應(yīng)用數(shù)據(jù)的區(qū)域，CPU及加密邏輯能保護EEPROM 中數(shù)據(jù)的安全，使外界不能用任何手段獲取EEPROM 中的數(shù)據(jù)。CPU卡中數(shù)據(jù)具有多種文件類型、密鑰種類和動態(tài)加密方法，數(shù)據(jù)的存儲是以文件的形式保存，數(shù)據(jù)讀取受到各級認證權(quán)限的控制，具有很高的安全性能。CPU卡使用壽命長、存儲容量大、易于實現(xiàn)一卡多用。CPU卡的文件結(jié)構(gòu)為層次結(jié)構(gòu)，其基本文件支持多種記錄結(jié)構(gòu)，如支持線性定長結(jié)構(gòu)、循環(huán)結(jié)構(gòu)、計算結(jié)構(gòu)、透明結(jié)構(gòu)等。故本系統(tǒng)選用CPU 卡作為數(shù)據(jù)傳輸媒介，以CPU卡為基礎(chǔ)來開發(fā)多表一卡的軟、硬件系統(tǒng)。本文僅涉及到多表一卡的數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)。

圖1CPU卡內(nèi)部結(jié)構(gòu)

    2 基于CPU卡的多表一卡管理系統(tǒng)的設(shè)計

    本系統(tǒng)采用CPU卡作為管理部門和用戶聯(lián)系的紐帶，有效地保證了整個用電、水、氣過程中資金流動的安全性。另外，CPU 卡的COS文件系統(tǒng)是一種樹型層次結(jié)構(gòu)，訪問子目錄下的每一個工作EF(ElementaryFile)時，都需要各自的密碼和密鑰。

    2．1系統(tǒng)硬件蛆成

    系統(tǒng)硬件組成如圖2所示。

圖2系統(tǒng)組成

    包括以下部分：

    (1)計算機。是整個系統(tǒng)的核心，安裝有CPU卡發(fā)行軟件以及水、電、氣表計費管理軟件。 
    (2)PKEY密鑰認證卡。主要用來對CPU用戶卡進行身份驗證。 
    (3)IC卡讀寫器。利用Ic卡讀寫器和計費管理軟件可以對CPU卡進行安全認證和數(shù)據(jù)讀寫操作。 
    (4)用戶卡。是計費管理系統(tǒng)與用戶表進行數(shù)據(jù)交換的介質(zhì)，由用戶持有。 
    (5)設(shè)置卡。由計費管理部門持有。設(shè)置卡有編程卡、清零卡、抄表卡。 
    (6)用戶表。完成用戶水、電、氣使用情況的計量以及控制。

    2．2系統(tǒng)工作流程

    系統(tǒng)工作流程如圖3所示。

圖3系統(tǒng)工作流程

    待發(fā)行CPU 卡是由計費表生產(chǎn)廠家提供給計費管理部門的，計費管理部門在初始化發(fā)卡系統(tǒng)里設(shè)置自己的密鑰體系。根據(jù)這個密鑰體系通過初始化發(fā)卡系統(tǒng)，生成本計費管理部門所需使用的用戶卡、設(shè)置卡等。用戶卡和用戶ESAM卡是一一對應(yīng)的。用戶卡發(fā)行后在計費管理系統(tǒng)里進行建檔立戶，并且進行第1次購水(電、氣)，然后交給用戶使用。ESAM 卡發(fā)行后直接安裝到計費表里使用。

    設(shè)置卡發(fā)行后在計費管理系統(tǒng)里將其制作成其它的功能卡如：編程卡，清零卡，抄表卡。這些功能卡由計費管理部門持有。

    2．3系統(tǒng)主要功能和特點

    系統(tǒng)主要有數(shù)據(jù)管理、查詢統(tǒng)計及系統(tǒng)管理3大功能模塊組成。數(shù)據(jù)管理主要實現(xiàn)三表日常收費管理業(yè)務(wù)的需求，包括日常業(yè)務(wù)、建檔立戶、換卡、寫卡、清零、修改檔案、日報、月報等子模塊。查詢統(tǒng)計主要包括綜合查詢、故障查詢及各種統(tǒng)計子模塊；系統(tǒng)管理主要包括人員、權(quán)限管理及站點管理等。

    該系統(tǒng)功能全面，操作簡單，操作員只需鍵入用戶的購賣量，系統(tǒng)就能自動完成數(shù)據(jù)庫更新、寫卡、發(fā)票、打印等一系列工作，效率很高。用戶表中的所有信息也可通過CPU卡方便快捷地寫到數(shù)據(jù)庫中，便于管理部門掌握各用戶的使用情況。另外，本系統(tǒng)其它功能如工具卡制作、報表打印、價格修改、表參數(shù)修改以及數(shù)據(jù)庫備份及恢復(fù)等都可方便地實現(xiàn)。

    該系統(tǒng)的使用可以達到以下目的：(1)用CPU卡實現(xiàn)預(yù)付費，完成“先付費后使用”，持卡結(jié)算的理想管理模式，從根本上杜絕欠繳、遲繳、漏繳費的現(xiàn)象，使應(yīng)收費用及時到位；(2)能夠提供集數(shù)據(jù)、文字、圖像為一體的，直觀、友好、操作方便的人機界面；(3)具備簡單快捷的查詢功能及美觀豐富的報表功能，既可使用戶準確了解水、電、氣的使用情況，也便于管理部門全面、及時了解情況，為其決策提供依據(jù)；(4)可以提高管理部門的管理水平和工作效率，使其管理工作規(guī)范化、科學(xué)化，提高服務(wù)質(zhì)量和競爭力。