一卡通移动支付平台设计与实现VIP

湖 北 民 族 学 院毕 业 论 文 （ 设 计 ）一卡通移动支付平台的设计与实现学生姓名： 谌敦斌 学 号： 031241318 系 别：信息工程学院 专 业： 数字媒体技术 指导教师： 贺刚 评阅教师： 谭明佳 论文答辩日期 2016 年 5 月 22 日 答辩委员会主席 李军 摘 要在校园环境中，一卡通支付系统因其安全、稳定、便捷，已经成为广大师生在定点消费的主要支付手段。然而在物理线路覆盖不到的区域以及动态环境中比如校车支付却表现出了极大的局限性，给师生生活带来了一些不便。移动支付为这个问题带了新的机遇，如果用于一卡通校园支付系统，既方便快捷，又能适应无线环境节省布线成本，将大幅提升支付效率，改善师生的支付生活。本文从通过 NFC 技术解决校园卡与手机的通信的基本问题入手，设计并实现了基于 Android 平台的一卡通移动校园支付客户端和基于 Struts2 和 Hibernate 框架的一卡通移动校园支付服务端，客户端与服务端通过 MINA 框架实现长连接通信，并使用 AES 方式实现通信数据加密，保证安全通信。同时实现了移动支付服务端对所有移动支付信息的管理以及客户端对在该客户端所完成支付账单的管理以及当前最后一笔账单是否支付成功的查询。实际运行测试表明，该一卡通移动支付系统能完成安全、高效、准确地刷卡支付活动，性能功能良好，解决了移动环境下支付的不便问题，弥补了原一卡通系统的缺陷，更加完善了一卡通校园支付系统。关键词：一卡通，移动支付，近场通信，AES 加密AbstractOwing to the good features of safety, stability as well as convenience, the means of payment by campus one-card-through system has occupied the major position in the designated consumption for teachers and students. While a problem has still been exposed that its not commodious to use the system in the places where physical circuits are not well covered or in the dynamic environment, bringing some inconvenience to the life of teachers and students. The mobile communication technology may solve it in a new way that if the mobile techniques served for the one-card-through system, not only could it be more convenient and fast, but also adapt to the wireless environment well and save the wiring cost. The efficiency for payment will be lifted a lot and the life for payment of teachers and students will be improved.This paper starts from the basic problem about using the NFC technology to work out the communication between the mobile POS terminal and the campus cards. The mobile payment client for the campus card based on Android platform and the mobile payment server for the campus card based on the Struts2 and Hibernate frames are designed and implemented one after another. The open source MINA frame is chosen to realize the long connection communication between the client and the server. And the AES data encryption is adopted to make sure the security of communication. Meanwhile, all the payment bills could be managed well in the server terminal and the bills finished on the client as well as the get or the loss of the currently newest bill could be selected and managed on that client.The real execution testified that the mobile payment for one-card-through system can complete the payment activities safely, efficiently and precisely, with pretty functions and performances, having solved the inconvenient problem under the mobile environment.,making up the defect of the previous one-card-through system and improving it more effective.Keywords: One-Card-Through, Mobile Payment, NFC, AES Encryption目 录摘 要 .IABSTRACT .II1 绪论1.1 课题背景 .11.2 课题研究的目的和意义 .11.3 国内外概况 .11.4 课题的主要研究内容 .22 一卡通移动支付的相关理论与技术2.1 NFC 简介及其支付工作原理 .42.2 Struts2 MVC .42.3 Hibernate 与 JSON 简介 .52.4 MINA 框架与 AES 加密简介 .63 系统设计3.1 系统设计目标和原则 .73.2 系统的结构设计 .83.3 功能设计 .93.4 系统支付流程 .123.5 安全设计 .133.6 数据库设计 .144 一卡通移动支付平台的实现4.1 移动支付客户端的实现 .164.2 移动支付中间件的实现 .265 测试与结论I5.1 客户端效果 .325.2 服务端管理页面效果 .335.3 系统功能测试 .366 总结与展望 .38致 谢 .40参考文献 .4101 绪论1.1 课题背景校园一卡通在支付方面，具有安全、方便、快捷的特点，能够基本上满足学校师生的支付需求，带来了良好的支付体验。然而目前的校园一卡通支付系统仅限于有线状态下的定点支付，成本较高，而且在物理线路未覆盖的区域无法完成支付活动，给学校师生的生活带来了些许不便。因此，需要一种一卡通在无线环境下完成支付活动的解决方案。近年来随着现代通讯技术的进步，特别是移动技术的发展和“互联网+” 带来的狂热风潮，手机的功能与普及度高速成长，移动终端应用广泛与各行各业紧密地联系在一起，形成了一条条与人们生产生活息息相关的强大产业链。如果将移动通信技术用于校园一卡通支付系统，将能满足其在无线环境下完成支付的需求，更加地完善一卡通支付系统。 在众多技术方案中，基于 NFC 近场通信技术的移动支付方案能够较好地满足这一需求，使用带 NFC 芯片的手机作为移动 POS 机，人们可以在任何时间、任何地点的无线网络状态下，通过 IC 卡刷卡，轻松完成付款。不仅方便快捷，还具有私密的通信方式，所以在实际的使用中会更多用于需要安全性较高的方面，在移动支付应用上有先天的优势。在校园环境中，将带有 NFC 芯片的手机作为移动的一卡通POS 机，通过 NFC 校园卡进行刷卡移动支付，将大幅提高支付效率，方便师生的生活。1.2 课题研究的目的和意义课题立足于校园一卡通支付系统，研究一种基于一卡通支付和 NFC 近场通信的一卡通移动支付方案，满足无线网络环境下完成支付的需求，更加完善一卡通支付系统。在校园移动环境中，将带有 NFC 芯片的手机作为移动的一卡通 POS 机，通过校园卡卡进行刷卡实现移动支付，能够更加完善一卡通支付系统，将大幅提升支付效率，节省物理布线成本，激发消费兴趣，增强消费活力，方便师生的支付生活，提升师生的生活质量。同时，NFC 移动支付也将会带来巨大的经济效益，强势的增长势头将催生移动信用卡读卡器的迅猛发展，支付市场潜力十分巨大，其产业链包括芯片企业、设备制造商、银行、移动运营商、服务提供商等，其中核心问题是安全性及支付相关技术。一旦支付技术和安全性技术问题能够得到很好的解决，将推动这个新兴行业快速发展，实现金融行业的移动信息化，产生巨大的经济和社会效益。1.3 国内外概况1近年来，伴随着移动支付技术的高速发展，一直专注于电子支付应用的一卡通行业，也在非接触近场支付技术方面进行了一定的技术储备。各地一卡通公司充分利用自身在一卡通技术领域的优势，紧跟移动支付技术发展趋势，加快研发融合公交一卡通应用的相关移动支付系统和产品，目前主要使用的移动支付技术是 NFC-SWP 卡模拟技术和 NFC 读写器技术。NFC 在 2004 年 3 月 18 日开始发展，已在北美、欧洲、亚洲的日本、韩国等都有测试点，而在日本，NFC 已成手机支付主流标准，其 NFC 手机支付产业处于国际领先水平。日本是 NFC 手机支付的领头羊，运营商通过收购银行的方式解决了”两虎斗”的局面，并主导整个产业的发展 1。韩国的手机支付运营较为成功，韩国SK 电信、KTF、LG 电信等运营商的手机支付服务由韩国最大的手机支付提供商和移动内容提供商 DANA 提供。欧洲 NFC 手机支付 2006 年起步，2007 年开始实验型推广。 Orange 和 Cofinoga 在法国是先行者：JCB、 Rabobank、Orange 等在荷兰是主导方 2。在德国诺基亚、飞利浦、沃达丰是主要推动者。NFC 技术在德国哈瑙市最先投入商用，如 Nokia3220 手机被用作电子车票 3。2008 年 2 月德国联邦铁路、沃达丰和德国电信联合发起的“轻松旅游” 项目使旅游者能通过手机支付代替传统的车票来乘坐公共交通工具 4。目前，移动运营商主推的 NFC 卡模拟模式的 NFC-SWP SIM 卡在北京、上海、广州、深圳一卡通公司也已落地使用，部分二线城市也在筹划中，但由于机卡兼容、机具兼容问题，目前还没能大规模发展用户。另一方面，微信支付、支付宝钱包、QQ 钱包、都都宝、小鱼支付、武汉通行、e 乐充等互联网支付企业基于 NFC 读写器模式推出的城市一卡通充值功能，也在武汉、北京、广州等地陆续上线。虽然目前针对交通卡通过 NFC 技术充值的 APP 应用还不多，但从各大应用市场的用户下载量来看，随着 NFC 手机的普及，NFC 充值应用必将成为未来公交一卡通充值的主流方式之一。1.4 课题的主要研究内容本文以 NFC 近场通信技术实现移动支付为主线，主要的研究内容如下：1.获取校园卡 ID 信息。为了实现移动支付，通过校园卡与移动 POS 机近距离接触实现近场通信，使用 Android NFC 技术，选择合适的 NFC 意图过滤并获取校园卡的 ID 信息。2.建立移动 POS 机与移动支付中间件的阿全支付通信通道。选择安全、可靠的通信方式，选择便于传输和解析的支付数据格式进行传输。为了保证传输的支付信息即使被人劫取也不会造成支付信息泄露，避免给用户带来损失，传输的数据一律通过高效安全的加密方式进行加密，确保支付通信数据安全传输。3.移动中间件根据移动 POS 机不同的刷卡支付情况而进行不同的响应和操作，2比如不输入刷卡金额或者采用连刷模式，服务端如何响应，如何进行扣费操作并将消费信息进行存储。4.应对移动支付系统可能出现的意外情况，包括移动 POS 机内存不足问题、支付过程中的丢包问题、突然断网问题等。5.通过高效的安全保障机制和技术确保一卡通移动支付系统的安全。通过加密技术、身份认证、身份管理、安全审计技术、密钥管理技术、访问控制技术、安全防护与存储技术、容灾备份技术、安全中间件技术等确保整个系统的安全。32 一卡通移动支付的相关理论与技术2.1 NFC 简介及其支付工作原理近距离无线通讯技术（Near Field Communication, NFC），是由飞利浦公司和索尼公司共同开发的一种非接触式识别和互联技术，可以在移动设备、消费类电子产品、PC 和智能设别间进行静距离无线通信 5。NFC 通信总是由一个发起者（initiator）和一个接收者（target）组成。通常initiator 主动发送电磁场（RF ）可以为被动接受者（ passive target）提供电源。正是由于被动接受者可以使用发起者提供的电源，因此 target 可以以非常简单的形式存在，比如标签（Tags ）、卡等，成本极低。 NFC 也支持点到点（ peer to peer）的通信，此时参与通信的双方都有电源支持。在 Android NFC 应用中，Android 手机通常是作为是通信中的发起者，也就是作为 NFC 的读写器。Android 手机也可以模拟作为 NFC 通信的接收者，且从 Android2.3.3 起也支持 P2P 通信。本文采用的近场通信模式的是 NFC 的读卡器模式。该模式下，即内置 NFC 芯片的手机或者平板将作为读卡器使用，通过静距离接触读取 IC 卡存储的信息 6。Android 对 NFC 的支持主要在 android.nfc 包中，包括的主要类如表 2.1 所示：表 2.1 NFC 主要类NfcAdapter 代表了设备上的 NFC 硬件，可理解为电子标签扫描器。NdefMessage代表了一个 NDEF 数据信息，NDEF(NFC Data Exchange Format)是设备与标签间传输数据的标准格式。应用程序可以从ACTION_TAG_DISCOVERED 意图中获取 NdefMessage,NdefMessage中封装了 NdefRecord，每个 NdefMessage 中可以包含多个 NdefRecord,通过类 NdefMessage 的 getRecords()方法可以查询到消息的所有NdefRecord。NdefRecord 双方传输信息的真正载体。Tag标志一个被动的 NFC 目标，比如卡片，标签等。2.2 Struts2 MVC4MVC(Model-View-Controller)是一个存在于服务器表达层的模型。MVC 架构强制性地把应用程序的输入、处理和输出分开，将程序分成 3 个核心模块-模型、视图和控制器 7。模型代表了 Web 应用中的核心功能，包括业务逻辑层和数据访问层；视图指用户可见并与其交互的界面，也就是应用程序的外