（计算机应用技术专业论文）固网支付平台的研究与实现.pdf

浙江理t 大学硕七学位论文 摘要 随着通信行业和计算机互联网的飞速发展，电子商务的活动范围不断扩大，电子支付 系统成为近年来的研究热点。目前，市场已呈现多种支付方式，但大部分是基于互联网的 实现方式或需银行卡预绑定等。如何利用普遍的公共电话网( p s t n ) 来实现用户在家从 事商场购物、银行排队等交易是电信运营商研究的热点之一。固网支付是一种通过智能电 话机实现基于p s t n 网传输金融数据的电子支付。它可使上述问题在一定程度上得到缓 解，解决银行需专网传输和p o s 终端成本高等问题；它既需与遗留系统进行无缝集成， 又需考虑未来系统的扩展性。因此，固网支付平台的关键问题在于其合理的架构、电话的 呼入呼出排队及数据的安全。 论文首先简要介绍了本课题的选题背景，电子支付的产生与定义、系统发展现状及电 子支付的特点，总结了现有电子支付系统的不足，研究了电子支付的发展趋势及固网支付 平台实现的必要性。然后论文介绍了软件架构的定义和特点，阐述了传统软件架构模型和 面向服务架构( s o a ) 及开发模型，提出了基于表述性状态迁移( r e s t ) 的s o a 模型作 为平台的架构模型。r e s t 将服务器上共享的任何信息看作是资源，客户端通过资源标识 符去操作资源，获得资源的表示；s o a 模型是定义良好的服务组件，它不依赖于任何调 用它的应用程序的上下文或状态，对外提供服务，遗补了现有软件系统架构的不足，实现 高效、简便的系统集成与扩展。 接着论文研究了固网支付平台的两个关键因素。第一，研究了系统呼入呼出状态下的 排队模型，通过模拟排队现象，对呼入呼出模型进行求解与优化，确定用户每笔交易所需 的平均时间和最大等待时间等参数，估算系统容量，对系统资源进行优化配置，缓解了用 户排队问题，减少了服务器压力，降低了运行成本。第二，研究了固网支付平台的安全技 术，详细阐述了平台的数据加密算法、数学模型及可逆性证明，提出了主从动态密钥的加 密机制以保证交易数据的保密性。另外，通过消息认证模型来保证数据的完整性，防止伪 造和篡改交易数据，有效地解决了交易数据在固网传输的安全性问题。 基于上述理论，结合浙江电信固网支付平台项目的目标需求，对固网支付平台进行概 要设计和详细设计，实现了固网支付平台及其子系统，并对系统进行了集成测试和压力测 试，最后对本课题进行了总结及下一步的展望。 关键词：固网：支付；i 也s t ；排队系统；3 d e s 同网支付平台的研究与实现 r e s e a r c h & i m p l e m e n t a t i o no fp a y m e n ts y s t e mb a s e d o np s t n a b s t r a c t a st h ed e v e l o p m e n to fc o m m u n i c a t i o ni n d u s t r ya n di n t e m e t , t h es p h e r eo fm o v e m e n to f e - c o m m e r c ei se x p a n d i n gc o n t i n u o u s l y e - c o m m e r c ep a y m e n ts y s t e mh a sb e c o m ear e c e n t s u b j e c to fi n t e r e s t t h e r ea r em a n yp a yw a y si nt h em a r k 吒b u tm o s to ft h e ma r eb a s e do n i n t e m e to rp r e - b i n d i n gc a r d s oh o wt ou s ec o m m o np s t nt or e a l i z es h o p p i n gp a y m e n ta t h o m ea n db a n kq u e u i n gi so n eo ft h eh o t t e s tr e s e a r c ha r e a so ft e l e c o mc a r r i e r s p s t np a yi sa n e - p a yw h i c hi sb a s e do np s t n t of i n i s ht r a n s a c t i o nb yi n t e l l i g e n c ep h o n e i tw o d dr e l i e v et h e a b o v ep r o b l e m st oac e r t a i ne x t e n t , i n c l u d i n gs p e c i a lt r a n s f e rn e t w o r ka n dt h eh i 曲c o s to fp o s t e r m i n a l ，e t c i na d d i t i o n ，i ts h o u l di n t e g r a t et h el e g a c ys y s t e ma n da l l o ws y s t e me x t e n s i o ni n t h ef u t u r e h e n c e ，t h ek e yi s s u e so ft h i sp l a t f o r ma r er e a s o n a b l ea r c h i t e c t u r e ，p h o n eq u e u i n ga n d d a t as e c u r i t y f i r s t l y , t h et h e s i si n t r o d u c e st h eb a c k g r o u n do fe - p a y t h e ni tb r i e f l yd e s c r i b e st h eh i s t o r y o fe - p a ya sw e l la si t s t r a i t s a n di ts u m m a r i z e st h es h o r t a g eo fe - p a y f u r t h e r m o r ei t r e s e a r c h e st h et r e n do fe - p a ya n dt h en e c e s s i t yo ft h ep s t n p a y s e c o n d l y , t h ed e f m i t i o n sa n dc h a r a c t e r i s t i c so fs o f t w a r ea r c h i t e c t u r ea r ed e s c r i b e d a l s ot h e c o m m o ns o f t w a r em o d e l ，s o aa n dd e v e l o p m e n tm o d e la r ea n a l y z e d b a s e do nt h e s e ，t h es o a m o d e lb a s e do nr e s t , w h i c hr e g a r d sa l ls h a r ei n f o r m a t i o na sr e s o u r c ea n di so p e r a t e d 、析m s y m b o l s ，i sp u tf o r w a r d s o ai saw e l l d e f i n e dc o m p o n e n tw h i c hd o e s n tr e l yo na p p l i c a t i o n so r c o n t e x t s i ts e r v i c e sf o rc l i e n ta n do b t a i n sr e s o u r c e sr e p r e s e n t a t i o n , s oi tm a k e su pt h es h o r t a g e o fs o f t w a r em o d e la n di m p r o v e st h ec o n v e n i e n c ef o rt h es y s t e mi n t e g r a t i o na n de x t e n d i b i l i t y a f t e rt h a t , t h et h e s i sf o c u s e so nt w ok e yf a c t o r s o n ei st h eq u e u i n gm o d e lo fc a l l i na n d c a l l - o u t a n dt h e ni ti m i t a t e st h eq u e u e 、析t 1 1m o d e ls o l u t i o n , a n dt h e nm o d e li so p t i m i z e d a n di t a l s og i v e ss y s t e mp a r a m e t e r , s u c ha sm e a nw a i t i n gt i m e ，m a x i m u mw a i t i n gt i m e t h e ni t e s t i m a t e st h ec a p a c i t yo fs y s t e ma n da l l o c a t e sr e s o u r c e ，s oi tc a na l l e v i a t et h eq u e u ep r o b l e m s ， r e d u c es e r v e rp r e s s u r ea n dm i n i m i z et h eo p e r a t i o nc o s t s t h eo t h e ri st h es e c u r i t yo fs y s t e m d a t a t h et h e s i sd e s c r i b e st h ed a t ae n c r y p t i o na l g o r i t h m ，a n di tg i v e sm a t h e m a t i c a lm o d e la n d r e v e r s i b l ev e r i f y i na d d i t i o n , i tb r i n g su pt h em a s t e r - s e c o n dd y n a m i ck e yt ok e e pd a t a l l 浙江理工大学硕士学位论文 c o n f i d e n t i a l i t ys oa st ok e e pd a t ai n t e g r i t yw i t hm e s s a g ed i g e s tm o d e la n dp r e v e n tf o r g e r ya n d t a m p e r i n gw i t ht h et r a n s a c t i o nd a t a i nb r i e f , i tg i v e sa ne f f e c t i v es o l u t i o no fh o wt ot r a n s f e r t r a n s a c t i o nd a t as a f e l yi np s t n i l lt h ee n d ，b a s e do nt h ea b o v et h e o r y , c o m b i n e dw i t hz h e j i a n gt e l e c o mp s t n p a y m e n t p l a t f o r m ，i t so u t l i n ed e s i g na n dd e t a i l e dd e s i g nw e r eg i v e n , a n di tw a si m p l e m e n t e da sw e l la s i t ss u b 。s y s t e m ，a n dt h e nt h es y s t e mw a st e s t e db y i n t e g r a t i o nt e s t i n ga n ds t r e s st e s t i n g a tl a s t t h et h e s i si ss u m m a r i z e da n di sp r e d i c t e d k e yw o r d s ：p s t n ；p a y m e n t ；r e s t ；q u e u i n gs y s t e m ；3 d e s i i i 浙江理工大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：我恪守学术道德，崇尚严谨学风。所呈交的学位论文，是本人在导师 的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已明确注明和引用的内容外，本论文 不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品及成果的内容。论文为本人亲自撰 写，我对所写的内容负责，并完全意识到本声明的法律结果由本人承担。 学位 日期 浙江理工大学学位论文版权使用授权书 学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家 有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅或借阅。本人授权浙江理工 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印 或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。 本学位论文属于 保密口，在 不保密，。 学位论文作者签名：俐 醐哆u 矽日 年解密后使用本版权书。 浙江理t 大学硕十学位论文 第一章绪论 1 1 论文选题的背景及意义 过去，人们在从事某种交易而进行支付时，常采用以下几种传统的方式【l 】： 第一，现金支付：现金有两种形式，即纸币和硬币，由国家组织或政府授权的银行发 行。在现金交易中，买卖双方处于同一位置，而且交易是匿名进行的。卖方不需要了解买 方的身份，因为现金本身是有效的，其价值由发行机构加以保证。 第二，票据支付：票据一词，可以从广义和狭义两种意义上来理解，广义上的票据包 括各种记载一定文字、代表一定权利的文书凭证，如股票、债券、货单、车船票、汇票等， 人们笼统地将它们泛称为票据；狭义上的票据是一个专用名词，专指票据法所规定的汇票、 本票和支票等票据。 第三，信用卡：信用卡是银行或金融公司发行的，授权持卡人在指定的商店或场所进 行记账消费的信用凭证。 然而，随着通信行业和计算机互联网的飞速发展，特别是电子商务( b 2 b 、b 2 c 、c 2 c ) 的急速前进，传统的支付方式已经不能完全满足现实的需要。在对传统支付方式深入研究 的基础上，市场上很快呈现了与传统支付方式完成不同的支付方式，比如：电子支付、移 动支付、电子钱包等。 电子支付 2 1 是指进行交易的当事人，包括消费者、厂商和金融机构，使用安全电子支 付手段，通过网络进行货币支付或资金流转。电子商务中典型的支付方式有电子现金、电 子信用卡和电子支票( 统称为电子货币) 。它们是采用电子技术和通信手段在市场上流通 的、按照法定货币单位来反映商品价值的信用货币。电子现金是一种以数据形式流通的货 币，它把现金数值转换为一系列加密序列数，通过这些序列数来表示现实中各种金额的币 值。用户在开展电子现金业务的银行开设账户并在账户内存钱后，就可以在以电子现金为 支付方式的商店购物。在数字现金系统中，货币仅仅是一连串的数据单位，银行可以发行 这样的货币，或者从用户账户直接划拨出与货币价值相等的等值数字。 市场呈现如此多的支付方式，为什么还要开展基于固网的电子支付呢? 随着信息通信 领域、网络、业务及终端的发展，它们正在不断的融合和集成。网络和平台只有提供新的、 有吸引力的业务及自由方便的接入，满足消费用户的不同需求与体验，才有可能在这领域 得到进一步的拓展。当然，用户的需求不同，业务类型理所当然的多种多样。可是消费者 消费业务时，大部分将直接面对终端。终端经过近几年的发展，却大部分还停留在最开始 的状态，用户无法轻易的开展多种业务。业务需求在网络快速发展与演进的条件下能否得 1 固网支付平台的研究与实现 以实现，要看支付业务的终端是否存在，电话机的应用就是固定电话网的一个极好例证。 目前，传统支付方式无法满足现代多种业务发展需要的弊端已经很明显了，在此就不 再阐述。而其他类的电子支付的成本、安全性、在线性、繁琐性等让很多普通的用户望而 却步；特别是对一些从未在网络上进行业务操作的用户来说，在网络上进行交易是一个复 杂的过程，同时还要担心计算机是否安全等问题；更不用提，为了在网上从事一次业务交 易而进行网络设备的购置等。从现实来看，尽管很大一部分年青人有过相关电子商务网络 交易业务的体验，但是相比而言，人们还是更愿意在现实中进行交易活动，比如：超市购 物、商场活动、日常集会等，都是直接采用传统的支付方式。固网的新业务存在加载困难、 终端功能单一、业务单一、多功能终端匮乏等问题是导致这种局面产生的关键因素。 固网电话从产生到现在已经超过一个世纪了，p s t n 网也发生了巨大的变化，从人工到 自动，从机电到程控，电路到分组技术变更。而终端的变化无非是在外形或实现方式，其 功能和技术都没有实质的变化。现在，无论是对企业还是对个人来说，网络都有很大的优 势，尽管移动电话正在飞速发展，但还是无法替代其在市场的主导地位。固网有着一些其 他网络无法比拟的优势。例如，固网的电话机永远在线，并且可以实现本地无电源的环保 远程供电，在断电的情况下也能照常使用，这是计算机无法实现的；固网还有完善的网络 管理和q o s j 曼务质量的保障及带宽的独享，其6 4 k b i t s 的速率是如今的2 5 g 的g p r s 和 c d m a x l 无法达到的。另外，中国的p s t n 网络拥有2 8 亿的庞大用户群，覆盖各个层次的 人群及不同的地区，如果能在固网上实现各种业务和提供服务，其潜在的市场容量与空间 是无比宽广的。 随着中国通信市场和移动通信业务的迅速普及，以及i p 电话与即时通信业务的高速发 展，通过固定电话实现的话务量占所有话务量的比重逐年下降，原来被普通用户用作通信 工具而被依赖的普通电话机，其吸引力正日渐减小。如今，固网运营商正在对传统电话终 端进行一场新的转型革命，让普通话机在语音通信之外发挥新的应用功能。 固网支付是一种通过智能电话机基于p s t n 网络传输金融数据的电子支付方式，不仅可 以在一定程序上缓解上述问题，同时可以解决银行存在金融终端需要专网传输和成本太高 无法大量铺设等相关问题。尽管仍处于应用培育初期，固网支付已经展现出了良好的发展 前景。它能够为用户提供更加真实、可靠、安全的用户体验，在很大程度上绕过了困扰电 子支付普及的安全性问题。 2 浙江理工大学硕士学位论文 1 2 国内外电子支付现状及问题 1 2 1 国外研究现状 据有关权威机构统计p 1 ，2 0 0 4 年全美国相关支付收入市场总量为2 8 0 0 亿美元，其中由银 行收取的有1 2 ，其余部分由非银行机构收取，美国相关支付收入市场总量占全球支付收入 总量7 8 0 0 亿美元的1 3 。美国的支付收入市场将按每年8 的增长率增长，预计于2 0 0 8 年底 将达至1 1 4 1 1 0 亿美元。而美国的支付基础建设是由多个机构和组织所共同建设和维护的，其 信息通信行业的发达和i n t e m e t 互联网的普及，加上美国对在网上支付的交易可以实行交易 免税制度，配合其完备的相关法律制度及网上支付的监管，所以整个电子支付行业得到极 大了的发展，网上银行支付也得到了高度普及。尽管在其他一些欠发达的国家，固网支付 业务的应用与发展也正在研究之中，但是目前国内的华为、中兴等科技公司正在为这些国 家的固网支付业务的应用进行推广，为第三方国家开展此项服务的建设和发展提供有力的 保障和服务。 1 2 2 国内研究现状 固网支付作为一种新型、安全、便捷的电子支付方式，采用在智能电话上直接刷卡来 实现各种金融服务。经过了近三年的研究和发展，取得了一定的研究成果，但是整个系统 的运行目i j 还只处在试运行阶段，只有部分城市进行了小规模的运用，最早的运行模式起 源于中国电信湖南公司，明年将在南方的2 1 个省份全部开通，业务应用也将得到进一步的 发展。据调查报告显示，经历了0 5 年基础铺挚期和0 6 年应用培育期之后，固网支付在0 7 、 0 8 年将迎来井喷发展。随着推广力度的提高和应用内容的逐步丰富，固网支付将很快被用 户所认可，从而有望成为与网络支付、p o s 支付、电话支付等支付模式并驾齐驱的重要支 付模式。据相关专家预测，2 0 0 8 年固网支付终端覆盖用户群将达至l j l 0 0 0 万人，而2 0 1 0 年， 终端的数量将达至1 1 6 0 0 万台，用户人数将达到1 2 亿人，所以就其应用前景及用户数量而言， 固网支付业务前途将是极其宽广的；其次随着第三代移动通信3 g 的到来，再结合f m c ( 固 网和移动融合) 技术，将把固网支付业务应用推向一个全新的舞台p 1 。目前在中国各地平 台建设情况见下表1 1 ： 同网支付平台的研究与实现 表1 1 国内同网支付平台建设情况 1 3 固网支付及特点 固网支付【3 】是一种安全、便捷的电子支付方式，在具有刷卡功能的智能电话上，用户 可以直接刷卡缴费，轻松实现各种金融服务。随着推广力度的加大和应用内容的逐步丰富， 固网支付将快速被用户所认可，从而有望成为与网络支付、p o s 支付、电话支付等支付模 式并驾齐驱的重要支付模式。 电话支付和固网支付是两个完全不同的概念。电话支付是利用现有普通的电话机根据 语音提示输入卡号、密码等操作来完成的，而固网支付是利用了一种创新的支付终端 智能刷卡电话来完成的。智能刷卡电话最特殊的地方在于它有一个刷卡槽和i c 卡插槽，除 了保留传统电信终端所具有的语音功能之外，该电话机还增加了磁卡读卡器、i c 卡读卡器、 硬加密专用模块等。 智能刷卡电话作为一种智能p o s 终端，通过和银联、银行的合作，可以实现刷卡交易 的清算以及提供银行卡查询、支付、转账等金融理财业务，并且有开放的业务合作平台， 由若干c p 、s p 提供丰富的支付与服务内容，例如打折商品订购、电子票务订购、卡类充值 等业务，真正实现用户不出家门就能轻松完成交易。 以2 0 0 3 年中国银联卡友信息有限公司成立为标志【3 】，固网支付的研究和应用的探索已 经走过了5 年多时间，在这期间银联、商业银行等金融机构和电信运营商、增值服务提供 商等产业链主要环节先后加入到固网支付业务当中，模式也逐步从单一角色的分散探索迈 4 浙江理工大学硕士学位论文 向业务的合作推广。固网支付终端的投放量呈翻番式增长，其应用被不同服务商冠以各种 不同的名称推向终端用户，在一定程度上提升了用户对业务的认知度。 固网支付业务是基于中国电信固定电话网络系统，结合金融类业务机构系统，融合多 方客户资源和商户资源，实现自助支付和自助金融增值业务。该业务具有交易安全、成本 低廉、操作简便、业务扩展性强等特点，对个人、家庭、企业和行业用户具有较好的应用 潜力。 固网支付平台系统为综合业务的大规模运营提供了强有力的技术支撑，使运营商的业 务触角从传统的大商场、酒楼宾馆等延伸到了数量众多的中小商户、个人家庭、写字楼、 小区等，大大增加了业务的辐射力。 利用固网支付业务，可以捆绑现有固网家庭和行业用户，争取并保留大客户资源，同 时也可以通过固网支付业务提供增值业务，增加电信业务收入。因此，固网支付主要有以 下特点： 一安全性 智能刷卡电话( 终端) 采用了中国人民银行的p s a m 卡加密机制及终端和固定电话号码 绑定等安全机制。用户自行刷卡实现实时扣款与清算交易，且终端是在环境最安全的家庭 内使用。每一位用户又都是中国电信的固定电话用户，有着详细的用户登记信息与缴费信 用记录，身份可追溯，最大程度地降低了双方的交易风险。 二方便性 固网用户一般只需要在小区的代理点或在自己家里就可以轻松实现各种业务的支付； 即使是在外地，也可以实现异地的支付业务；用户无需到银行、邮政等相关部门排队等候 才能进行支付；用户可以像平常一样在商场实现业务支付。另外，商户和s p 服务提供商也 可以通过固网支付平台实现在线查看和统计支付状况，避免了直接到不同的客户下进行资 金回收等人工操作。 三低成本性 由于固网支付平台是在现有固话网络的基础上进行改造，几乎不用再进行其他的网络 建设，所以无论是在时间，还是在人力、物力等成本上都是非常可观的。用户只需要更换 一个智能刷卡电话就行。如果智能刷卡电话实现了产业化的生产，其相对成本也不会比一 般的电话成本高多少。因此，无论是对用户还是运营商来说，都可以大大地节约成本。另 外，固网支付在一定程度上缓解了银行柜台的压力，降低了银行运营成本，解决了排队难 等问题。 同网支付平台的研究与实现 四灵活性( 多业务、多应用、多协议) 智能刷卡电话只是一种硬件载体，集成在智能刷卡电话上的内容才是业务发展的关键。 在终端上集成丰富多彩的增值内容，开展各式各样的业务以满足用户多种多样的需求，是 各运营商的任务所在。终端不仅具有普通电话的功能，还能操作通过菜单实现业务的灵活 配置，提供实现金融终端的各种功能，非常具有灵活性。 五互补性 电信运营商的优势在于网络资源，银联、商业银行的优势在于金融服务。两者在内容 上都不具备明显的优势，因此必须结合专业的内容制作与提供商，合作开发适合用户需要 的业务内容，引导和满足用户的业务需求，不断提升用户价值。 1 4 本课题研究内容与论文结构 本课题主要是通过软件系统架构、排队论及数据安全等科学理论来研究和实现固网电 子支付。主要研究了固网支付的关键因素：系统的合理架构、呼入呼出的排队模型及优化 和安全加密模型及机制。 本文主要研究内容如下： ( 1 ) 查阅并学习了本课题的相关文献，介绍了电子支付的定义与产生、系统发展现状 及电子支付的特点，总结了现有电子支付系统的不足，研究了电子支付平台的发展趋势。 ( 2 ) 介绍了软件架构的定义和特点，分析了目前软件架构技术的不足，缺乏统一的软 件体系结构的概念，并且各系统是紧耦合的，系统的小部分功能需求改变有可能牵动整个 技术架构的调整。同时存在单一的系统结构、单一的语言、单一的平台等问题。一方面造 成传统的遗留系统无法集成到新系统中，另一方面对以后软件的升级、维护也将带来极大 的不便。重点研究了采用基于用户状态迁移( r e s t ) 风格的s o a 面向服务的架构来实现固 网的电子支付平台的多业务、多应用、多协议应用，通过把所有的对象看成一种资源并实 现其上下文状态无关性，对外提供服务，有利于高效、简便地实现系统的集成及扩展。 ( 3 ) 引入了固网支付中系统呼入呼出过程的相关排队理论，研究了系统呼入呼出状 态下的排队模型( m 小粥) ，通过模拟排队现象，对呼入呼出模型求解与优化，确定用户 每笔交易所需要的平均时间和最大等待时间等参数，估算系统容量，对系统资源进行优化 配置，缓解了用户排队问题，减少了服务器压力，节约了运行成本。 ( 4 ) 介绍了固网支付系统中的安全理论知识，研究了平台的数据加解密算法、数学 模型及可逆性证明，提出了主从动态密钥的加密机制以保证交易数据的保密性、可靠性和 6 浙江理工人学硕士学位论文 安全性，通过消息认证来保证数据的完整性，防止伪造和篡改交易数据，有效地解决了支 付数据在固网传输的安全性问题。 ( 5 ) 搭建了整个固网支付平台的系统框架，对固网支付平台进行概要设计和详细设 计，实现了固网支付平台系统，并通过测试理论和技术对平台进行验证，实现高效、安全 和稳定的电子支付。 本论文共分为六章。第一章为绪论，介绍了电子支付相关知识及发展现状，并由此引 入问题；第二、三、四章从不同的方面分析了上述问题，并在相关理论基础上，提出了解 决方法和理论证明；第五章通过项目实现来验证解决方法；最后一章是总结和展望。各章 的主要内容如下： 第一章为绪论。简要介绍了论文的选题背景，电子支付的定义与产生、系统发展现状 与固网支付的发展趋势，提出了论文的研究重点以及本文的组织结构。 第二章为固网支付平台系统架构。介绍了软件架构的定义和特点及不足，阐述了早期 基于s o a p 协议的w e b 服务的数据处理方式、s o a 面向服务架构及开发模型，提出了基于表 述性状态迁移( r e s t ) 的s o a 架构模型。 第三章为固网支付平台的排队机制及优化。介绍了排队系统中的基础理论及模型求解 与优化，根据支付平台的特点和运行参数，提出了接入系统在呼入与呼出状态下的排队模 型，并分别进行了实验验证和优化配置。 第四章为固网支付平台的安全技术。详细介绍了固网支付平台的数据加解密原理、算 法及实现过程，并对加解密算法进行了可逆性证明。在研究金融数据的消息认证码算法的 基础上，提出了主从动态密钥加密机制以保证交易数据在固网中传输的安全性。 第五章为固网支付平台的设计及实现。基于上述理论知识，结合固网支付平台的实际 目标需求，对固网支付平台进行架构设计，实现了固网支付平台及子系统，并给出了系统 测试结果及性能指标。 第六章为总结及展望。对本文研究工作进行了总结，通过对已经正式运行系统的分析 和研究，指出了本课题研究中存在的一些问题并对下一步的工作进行了展望。 7 固网支付平台的研究与实现 第二章固网支付平台系统架构 2 1 软件系统架构的定义及特点 i e e e 标准对软件架构定义最重要的部分指出：软件架构是指组件内部之间和环境间 的关系 4 1 ；在软件设计中要体现系统的基本结构1 4 1 ( i e e e1 4 7 1 ，2 0 0 0 ) ；架构包括对软件 系统组织、部分结构、接口的选择和集合部分的特定行为【5 】( k r u c h t e n ，2 0 0 3 ) 。系统或计 算系统的软件架构是包含软件部分、外部可见特性部分和它们之间关系的系统结构，是系 统的组织结构和相关行为【6 】( b a s s ，2 0 0 3 ) 。架构可被重复分解为通过接口相互作用的部 分，包括类、组件和子系统【_ 7 j u m l ，2 0 0 3 ；软件架构或系统由组成系统结构的相互作用 和软件结构的重要设计决定组成i 引( m c g o v e m ，2 0 0 4 ) 。 由以上这些标准和权威的定义可知，尽管他们对某些部分定义不同，但是对大部分定 义是相同的，即架构是一个软件系统中的核心元素和系统中最难改变的部分，也是构建软 件系统中其他部分所依赖的基础。因此系统架构的好坏会从根本上决定基于这个架构所构 建的软件系统的质量。系统架构的构建一直是软件开发过程中的一项重要工作，同时也是 一项很困难的工作，即便对于很有经验的系统架构师也是如此。但是，模式以及模式语言 的提出为系统架构的构建提供了一条有效的途径。 软件架构( s o f t w a r ea r c h i t e c t u r e ) 是一系列相关的抽象模式1 9 ，用于指导大型软件系 统各个方面的设计。软件架构是一个系统的草图，它描述的对象是直接构成系统的抽象组 件，各个组件之间的连接则明确和相对细致地描述了组件之间的通讯。在实现阶段，这些 抽象组件被细化为实际的组件，比如具体某个类或者构件等。在面向对象领域中，组件之 间的连接通常用接口来实现1 1 0 1 。从软件架构的系统定义中可知其定义了整个软件系统的 结构和各组件间的行为，并把注意力关注于重要组件元素。同时它既可以平衡涉众需求， 也能够被其环境或人员所影响，并且能呈现在每个系统中的某个特定的范吲1 1 】。 一般而言，软件系统的架构( a r c h i t e c t u r e ) 有两个要素： 一它是一个软件系统从整体到部分的最高层次的划分。 一个系统通常是由不同的模块或组件组成的，而这些组件或构件相互之间如何发生作 用，从而达到系统设计的目的，则是关于这个系统本身结构的重要组成部分。它包括架构 元件( a r c h i t e c t u r ec o m p o n e n t ) 、联结器( c o n n e c t o r ) 、任务流( t a s k f l o w ) 等。所谓 架构元件，从宏观上来说可以看成是组件，或组件的子系统，也就是组成系统的核心“砖 瓦”。而联结器则实现这些构件之间通讯的路径、通讯的机制及通讯的预期结果，以达到 r 浙江理工大学硕士学位论文 系统的集成与松耦合。任务流或工作流则用来描述整个系统如何使用这些元件和联结器完 成某一项需求或功能。 二构造一个系统所做出的最高层次的、以后难以更改的、商业的和技术的决定。 在构造一个系统之前，需要进行系统的需求分析、调查研究和成本估算等，因此会有 很多方面需要事先做出决定，而一旦系统开始进行详细设计甚至构造时，这些决定很难进 行大幅度的调整和修改，甚至可能无法更改。显然，系统架构的各个方面必定会影响到整 个软件系统设计实现的成败，因此必须非常慎重的研究和考察系统的各个组成部分及影响 指数。 软件框架是基本的软件实现模型( 包括基本单元、单元之间的基本交互机制) 。不管 多么复杂的软件最终都要依靠软件框架来实现，所以整个软件工程也必须按照软件的框架 来进行。因此，在一个软件开发过程中，除了数据结构和程序算法之外，软件设计和确定 软件系统整体结构成为首要问题。软件结构问题包括总体组织结构和全局控制结构；通信、 同步和数据访问的协议；设计元素的功能分配；物理分布；设计元素的组成；定标与性能： 备选设计的选择等。 2 2s o a 模型与r e s t 架构风格 2 2 1w e b 服务模型 w | e b 服务【1 2 j 作为w e b 应用程序的分支，是一种部署在w e b 上的对象组件，是以前比较 热门的企业级技术。它借助x m l 元标记语言，发现和定义服务等方面都采用了标准的规范， 如s o a p 协议、w s d l 规范等。它采用h t t p 协议进行传输，因此可以跨越防火墙的限制： 是自包含、自描述、模块化的应用。由于它是基于标准互联网的协议，只要将服务功能发 布和部署在i n t e m e t 和i n t r a n e t ，其他任何平台和应用程序可以通过协议查找并调用其部署的 服务，处理各种操作和请求。因此w 曲服务具有异构性、跨平台性及松散耦合性，同时也 支持分布式系统的集成应用，被认为是当前基于i n t e m e t 环境下的构件编程，具有组件集成 和重用等特性。目前在w 曲服务中，常用的标准主要包括w s d l 、s o a p 和u d d i ，各标准 在w 曲服务中的应用模型乃j 如图2 1 所示： 9 同网支付平台的研究与实现 消费 图2 1s o a p 暑i i w s d l 在w e bs e r v i c e s 中应用模型 w s d l ( w e bs e r v i c e sd e s c r i p f i o l ll a n g u a g e ，w 曲服务器描述语言) 是用x m l 来描述 w 曲服务接口定义语言，它描述了w r e b 服务的三个基本属性：( 1 ) 服务功能提供的操 作( 方法) ；( 2 ) 服务标准交互的数据格式以及协议；( 3 ) 服务定位协议相关的 地址。w s d l 包含对操作方法和消息的抽象定义、具体协议和规范。 s o a p ( s i m p l eo b j e c ta c c e s sp r o t o c o l ，简单对象访问协议) 是基于x m l 在分布式的环 境中交换信息的简单协议，为松散和分布式中使用对等的交换结构化和类型化的信息提供 了简单的机制。s o a p 本身并不定义任何应用语义，如编程模型或特定语义实现，而是通 过一个模块化的包装模型和对模块中特定格式编码的数据的重编码机制来表示应用语义； 它包括四个部分：s o a p 封装( e n v e l o p ) ，定义了一个描述消息中的内容、是谁发送的、谁 应当接受并处理和如何处理的框架；s o a p 编码规则( e n c o d i n gr u l e s ) ，表示应用程序需要 使用的数据类型实例；s o a pr p c 表示( r p cr e p r e s e n t a t i o n ) ，表示远程过程调用和应答的 协定；s o a p 绑定( b i n d i n g ) ，使用底层协议交换信息。 u d d i ( u n i v e r s a ld e s c r i p t i o nd i s c o v e r ya n di n t e g r a t i o n ，统一描述、发现和集成) 注册 中心包含了对企业和企业支持的服务所作的描述。它就像现在普遍使用的企业黄页簿一 样，能够查询此项服务，并调用服务。此外，还包含对w e b 服务所支持的因行业而异的 规范、分类定义以及标识系统的引用。u d d i 提供了一种编程模型和模式，定义了与注册 中心通信的规则和规范。u d d i 规范中所有a p i 都用x m l 来定义，包装在s o a p 信封 中，采用h t t p 协议在互联网上传输。 1 0 浙江理：i 二大学硕士学位论文 2 2 2s o a 概念模型 s o a 1 4 1 ( s e r v i c eo r i e n t e d a r c h i t e c t u r e ，面向服务的架构) 是一种新的面向服务架构的 编程模型，也称“下一代软件架构”。它是一系列服务的集合，从软件和业务功能两方面 的观点看，服务就是定义良好的软件组件，它不依赖于任何调用它的应用程序的上下文或 状态。随着s o a 标准规范的发布，它作为未来的发展趋势已无可争议，服务和构件是相 互统一的完美结合体。因此面向构件的技术越来越备受关注，其相关的软件开发原理和实 践指导活动就变得十分重要，如何高效地完成构件系统的定义、设计、开发、组装、部署 和维护是所有开发人员面临的问题。 s o a 的本质【”】在于能提供一个服务组合，可以重用这些服务来实现多个较高级别的 业务流程。服务的实现也需要仔细考虑，以便实现构件( 如组件) 具有跨多个服务实现的 重用性，通过使用和组装模块来概念化、设计和构建应用程序，允许它们配置、使用和管 理企业服务。而这些企业服务构成了应用程序和业务流程的构建模块，提供给企业一个高 度可扩展的、动态的框架，以便定义、配置、访问和管理企业服务。下图2 - 2 是s o a 各 层的高级视图： 图2 2s o a 模型高级视图 图2 2 演示了如何通过单个服务或多个服务的组合实现业务流程中的各个步骤。图中 还演示了如何使用组件实现服务。这些组件可以是从现有资产( 如遗留系统) 中获得的资 源、打包的应用程序或商品化的现成应用程序中的组件，以及完全自行开发的组件。 从候选服务组合开始是实现构件企业服务组合目标的重要步骤。为了实现企业的服务 模型，需要进行许多其他步骤的工作。在增强可重用性方面扮演着重要角色的一个分析就 同网支付平台的研究与实现 是对遗留和现有系统的分析，通过此分析可以找出可能进入候选服务列表的服务。在这里 需要指出的是，服务建模活动可以将前面步骤的工作构件作为输入和出发点来使用。 s o a 框架【1 6 】主要用于组合各项业务功能、流程和向外发布服务，以便实现复杂的业 务应用程序和流程；它的可重用服务必须是松散耦合的，且与平台和实现语言无关，通过 其定义良好的接口和契约进行连接来实现服务的组装。s o a 的一个主要优点是缩小了业 务和i t 之间的差距。作为需求收集活动的一部分，将业务和技术需求与项目有关的主要 业务目标相对应，将对确保项目与业务需求同步大有帮助。无疑，面向构件的技术将是 s o a 中服务进行组装和实现的最佳实践。 固网支付系统由多个子系统组成，为了保证系统的跨平台性、跨语言性等特点，采用 了基于s o a 的面向服务架构，将现有的各种软件和服务等资源进行无缝的结合和利用， 以提高固网支付软件开发效率，加速系统软件开发过程，提前实现软件或服务等产品的上 线。其工作原理及各系统间的关系模型 1 7 1 如下图2 3 所示： 图2 3 固网支付业务的流程图 软件行业的发展非常迅速【1 8 】，经历了以算法和数据结构为基础的面向过程阶段、以实 体或抽象的对象为核心的面向对象技术的发展过程，以及早期的以c o r b a ( c o m m o n o b j e c tr e q u e s tb r o k e ra r c h i t e c t u r e ，公共对象请求代理体系结构) 、d c o m ( d i s t r i b u t e d c o m p o n e n to b j e c tm o d e l ，分布式组件对象模型) 和e j b ( e n t e r p r i s ej a v a b e a n s ，企业b e a n ) 等为代表的构件技术发展过程。在以前的技术架构下，开发人员不但要考虑具体的业务需 求和业务逻辑，同时还要把注意力放在技术细节上，如线程的同步、事务锁的控制与管理 1 2 浙江理_ 亡大学硕士学f ) = 论文 等，致使应用软件的开发变得越来越复杂。而现在提出的面向构件的技术综合了前三个阶 段发展的成果，但是面向构件绝不仅仅是模块化编程方法中的子程序、面向对象方法中的 对象或类、或系统模型中的包等。构件是粗粒度、松耦合及更高层次上的抽象，具有独立 发布的功能，通过其接口访问它的服务。所以面向构件技术并没有采用某个代表性语言， 而是借助于现有系统的任何语言载体来实现，比如用x m l 来描述和组装构件。因此，实 现的各构件是一个可交付的独立软件单元，通过接口或服务提供粗粒度的功能，遵循软件 技术的标准规范和准则。并且各构件之间可以进行无缝的组装、协同工作，实现组件