（控制理论与控制工程专业论文）智能卡网络消费系统的设计应用.pdf

浙江大学硕士论文 内容摘要 y 3 穸6 9 6 2 f 当今世界信息技术的发展日新月异，在这一发展过程中i c 卡起 着不可或缺的作用。i c 卡技术是一种将个人信息送入到先进的全球 信启、网络并获取所需结果的行之有效的方法，被誉为人与信息系统 j 连接的“接口”。，l u 本文讨论了i c 卡在金融和商贸领域内的应用。首先简单介绍了 智能卡的发展历史以及未来发展方向，讨论了i c 卡的应用技术，包 括i c 卡应用的技术优势、应用模式、应用领域以及i c 卡应用系统 开发过程中要重点解决的问题。然后详细论述了智能i c 卡网络消费 系统的开发过程，对诸如动态链接库的设计、数据库结构、客户机 r - _ ，一 服务器系统的实现、软件编程的方法以及应用界面的构思等等作了 系统的介绍。最后对它的实际应用作了简要的说明。 关键词：智能卡、存储器、通信协议 浙江大学硕士论文 a b s t r a c t w i t ht h ed e v e l o p m e n to fi n f o r m a t i o nt e c h n o l o g y , t h ei n t e l l i g e n t c a r d p l a y sa ni m p o r t a n t r o l ei nt h i sc o u r s e t h ei cc a r dt e c h n o l o g yi sas o r to fe f f e c t i v ew a yt h a tp e r s o n a l i n f o r m a t i o nc a nb es e n tt ot h ea d v a n c e dg l o b a li n f o r m a t i o nn e t w o r k a n dt h e nw ec a no b t a i nt h en e c e s s a r yr e s u l t s s oi ti sh o n o r e da st h e i n t e r f a c eb e t w e e n p e o p l e a n di n f o r m a t i o ns y s t e m t h i sp a p e rd i s c u s s e st h eu s eo fi cc a r df o rf i n a n c ea n d t r a d i n g f i r s t l y ，t h ea u t h o ri n t r o d u c e st h ef o r m e ra n df u t u r ed e v e l o p m e n to f i cc a r da n dd i s c u s s e st h ea p p l i c a t i o nt e c h n o l o g yf o ri cc a r ds u c ha s t e c h n o l o g ya d v a n t a g e s ，a p p l i c a t i o nm o d e ，a p p l i c a t i o nf i e l d s ，a n dt h e i m p o r t a n tp r o b l e m s t ob er e s o l v e di ns y s t e m d e v e l o p m e n t 。s e c o n d l y s p e c i f i e st h ep r o c e s so f t h ed e v e l o p i n gi cc a r dn e t w o r kc o n s u m i n g s y s t e m ，i n c l u d i n gd e s i g no fd l l ( d y n a m i c l i n kl i b r a r y ) ，d a t a b a s e c o n s t r u c t i o n ，r e a l i z a t i o n o fc l i e n t s e r v e r s y s t e m ，m e t h o d f o r s o f t w a r e p r o g r a m m i n g a n d c o n c e i v i n g o f a p p l i c a t i o n i n t e r f a c e f i n a l l y , t h ep r a c t i c a la p p l i c a t i o ni si l l u m i n a t e db r i e f l y 2 浙江大学硕士论文 第一章绪论 1 1 智能卡简介 人类在很久以前就开始使用各种卡片：名片、身份证、通行证，以至现代的信用卡等。 人们之所以广泛接受并使用各种卡片，说明它的用途十分广泛，并和人们的日常生活息息 相关。人们期待着新型卡片的出现，随着计算机信息技术的发展，芯片技术的曰益成熟， 智能卡应运而生。 1 9 7 0 年，法国人r o l a n dm o r e n o 第一次将可编程设置的i c ( i n t e g r a t e dc i r c u i t ) 芯片 放于卡片中，使卡片具有更多的功能。同年日本人有村国为也发明了集成电路卡。1 9 7 7 年， m o t o r o l a 与它的一个计算机客户合作开发了世界上的第一张智能卡，形成了第一代智能卡 产品，将一个可编程的微控制器及一个非易失性的存储器集成在一个模块内，然后嵌入一 张符合i s 0 7 8 1 0 标准的信用卡中。该产品在法国的b l o i s 进行了试点，目的是为了对进行 脱机( o f f - l i n e ) 交易所需的技术予以评估。白此以后，智能卡开始迅猛发展，智能卡所采 用的技术也日新月异地发生着变化。1 9 7 9 年产生了世界上第一片专为智能卡所设计的单片 机芯片。从而形成了第二代的智能卡产品，并在法国、瑞士、斯堪的那维亚得到应用。当 时主要是用作银行卡( b a n dc a r d ) 。进入9 0 年代后，在通信、健康、交通、宾馆等方面， 智能卡的应用也开始蓬勃发展。目前，智能卡已经在以下领域中获得广泛的应用： 1金融服务( f i n a n c i a ls e r v i c e s ) 2 通信及信息服务( t e l e c o m m u n i c a t i o n sa n di n f o r m a t i o ns e r v i c e s ) 3 教育( e d u c a t i o n ) 4 医疗保健( h e a l t hc a r e ) 5 旅游与娱乐( t r a v e la n de n t e r t a i n m e n t l 6 政府( g o v e m m e n t e b t ) 7 交i 直( t r a n s p o r t a t i o n ) 8 付费电视( p a yt v ) 9 宾馆( h o t e l ) 当前应用的智能卡大多是一种单功能卡，即一张卡只适用于某种应用。随着智能卡 技术的发展，计算机软、硬件技术的日益成熟，芯片技术的突飞猛进，智能卡的一卡多用 已成为事实。而且还将与通信更为紧密地结合，在网络管理等方面得到应用。为了实现卡 的多功能化，智能卡技术还必须加以改进，因为对于多功能卡而言，通常的要求是： 1 6 k - - 2 5 6 k 的r o m ；大于2 5 6 b y t e s 的r a m ；3 k 一1 2 8 k 的e 2 p r o m ( 或是与f l a s h e 2 p r o m 的合成) ：可选用的协处理器部件( 主要用于加密懈密的处理) ；生物特征识别等。要在不 超过2 5 m m 2 的硅芯片上集成所有这些内容，就意味着必须有使用1 0u - - - 06 5u 的微电子集 成技术，如今这种技术已经渐渐成熟，不久的将来这样的芯片就可以进行批量生产了。对 未来的芯片有两种截然不同的要求，其一是继续向更小、更便宜、更通用的方向发展：其 二是向更复杂、支持多种应用或支持实时数据处理的应用方向发展。在技术上希望达到以 下指标： 1 降低工作电压( 2 v ) 、降低功耗，这样可降低手持设备( 如移动电话) 中所用电 池的重量，从而减轻手持设备的重量和延长电池的使用时间。 2 增加e 2 p r o m 的容量，e 2 p r o m 的编程时间( 2 m s ) 。 浙江大学硕士论文 3 提高执行加密解密算法时间，这意味着要增加芯片的运算能力和增加r a m 的容 量，而r a m 所占芯片的面积比其他存储器大得多。 4 发展非接触卡，将标准的h c m o s 技术与射频技术结合起来，从而用一个芯片完 成非接触卡的功能。 另外j a v a 语言的出现和推广，j a v a 智能卡( j a v a c a r d ) 正日益受到人们的关注。 从国内来看，i c 卡进入中国时间较晚，但是，它在国内的应用前景十分广阔，并且发 展也十分迅速。i c 卡在国内的技术及应用发展离不开金卡工程及一系列卡基应用工程的推 动。金卡工程是一系列旨在加速推进我国国民经济信息化进程的重大国家工程之一。金卡 工程首先从银行自动化支付系统、电子货币工程启动，同时大力推广种类繁多的、与人们 日常生活密切相关的卡基应用系统。i c 卡作为在金卡工程中卡基应用的技术发展重点，其 应用取得了可喜的成果。全国其他部门，地区i c 卡的开发利用也蒸蒸目上，如公安部已经 组织建立的i c 卡机动车驾驶员安全信息卡，发行量达数千万张：此外，各种中小型i c 卡 的应用，如食堂售饭卡、门控卡、s i m 卡等的发展也层出不穷。目前，我国在l c 卡技术方 面相对较为落后，这同国内日益快速发展的i c 卡应用是一对十分突出的矛盾。今后i c 卡 的大规模应用必将渗透到国民经济乃至政府、军事等各个领域，大力加速推动我国有关i c 卡技术的研究、开发工作有十分重要的意义。 我们所开发的这套系统主要应用在宾馆、酒店的管理上，包括门锁、保险箱、消费等 领域。同时门锁系统也可以应用在家庭、公司等领域以替代传统的钥匙开门的方式。网络 消费系统也可以应用在超市、食堂等领域，从而可以真正实现无现金的消费方式。随着计 算机技术及信息技术的发展，相信i c 卡将有更为广阔的使用空间。 1 2 智能卡的分类 根据不同的分类原则，智能卡的分类也不尽相同。如，在金融领域按照使用方式的不 同，智能卡可分为信用卡、现金卡、a t m 卡、预付卡等；从功能上来说，又可分成存储器 j c 卡、智能l c 卡和超级智能i c 卡：还可以根据使用领域的不同进行更详细的分类，这一 点我们在下一章讨论。 一金融应用分类 1 信用卡：卡中预先建立允许透支的限额，即预先设置好可借用的资金额度，承诺 到期归还并支付利息的责任。根据持卡人信用的不同，有两种信用卡：金卡和普通卡，前 者的透支限额较高。 2 现金卡( 付款卡) ：供储蓄帐户使用，持卡使用的资金是客户已经存放在银行中的 存款。 3 a t m 卡：只能在a t m 中使用的现金卡或信用卡。 4 预付卡：按卡面价值购买，先购买，后使用，例如电话和公共系统用的预付卡， 电表预付卡等。 另外还有我们所开发的这种应用在宾馆、酒店内部使用的卡，客人进入饭店后，住宿、 用餐、娱乐等都可凭卡记帐，离开饭店时结帐。 二功能使用分类 从功能上来说i c 卡可以分成存储器卡、智能i c 卡( 带m p u 的卡) 和超级智能i c 卡 6 浙江大学硕士论文 三种。三种1 c 卡的基本特性，在不同国家或地区的称呼及应用领域见下表 存储器卡智能卡超级智能卡 由一个或多个集成在卡上具有在卡上m p u 和存 电路组成，具有记m p u 、较大容量的储器并装有键盘、 忆功能个别类型存储器( r o m 、液晶显示器和电 基本特性 卡有简单的安全功r a m 、e 2 p r o m 、源，有的卡上还具 能。等) 、安全逻辑、数学有指纹识别装置 运算协处理器等。等。 s m a r tc a r d 、智能 日本 i cm e m o r yc a r d 卡、i c 卡( 含n a m p u ) 称 美国 i cc a r d 、c h i pc a r ds m a r tc a r d 呼 法国 n am i cr oc ir c u i tc a r d 台湾地晶片卡、记忆卡、精敏卡、s m a r t 卡、 n a 以 微电路卡、1 c 卡智慧卡 简单资料的保存、电子付款、清帐、 应用领域 银行p o s 系统 身份证卡、电话卡信用卡 表1 1 三种i c 卡的简单定义、称呼及应用领域 存储器卡由于价格便宜、开发应用相对简单等原因，目前在各个领域已有大量的应用， 一般还可以再分为普通存储器i c 卡、智能存储器i c 卡两种。我们开发所应用的智能卡正 是存储器卡。 一般存储器卡只有“硬件”组成，包括数据存储器、安全控制逻辑等：而智能卡( 带 o u ) 则由硬件及软件共同组成，包括硬件m p u 、r a m 、r o m ，软件i c 卡监控程序或 操作系统( 1 cc a r do p e r a t i n gs y s t e m ) 等。另外，还有一种卡i c 芯片和磁卡同做在一张芯 片上，一般称为“混合卡”。可以认为，它是由磁卡过渡到l c 卡过程中的一种中间产品。i c 卡所使用的主要芯片分为通用芯片和专用芯片两大类。所谓通用芯片，就是普通的集成电 路芯片，如美国a t m e l 公司的a t 2 4 c 0 1 两线串行链接协议存储芯片。其出厂时就有两种 供货形式，一是封装成集成电路赢接提供给最终用户使用，二是以裸芯片的形式提供给i c 卡生产厂商封装成l c 卡。裸芯片几乎没有安全性设计，也不完全符合目前i c 卡的国际标 准，但因其开发使用简单、价格便宜，比较适合于初期的对安全性要求不高的i c 卡应用。 所谓专用芯片，就是专为i c 卡而设计、制造的芯片，如荷兰p h i l i p s 公司的p c b 2 0 3 2 2 0 4 2 芯片。这种芯片符合目前l c 卡i s o 标准、具有较高的安全性。l c 卡所使用的专用芯片一 般分为存储器芯片和微处理器芯片两大类。存储器卡使用存储器芯片作为卡芯：智能卡则 使用微处理器芯片作为卡芯。我们这套系统考虑到低成本是主要因素所以使用的是存储器 型i c 卡。 7 浙江大学硕士论文 第二章i c 卡应用技术 i c 卡比磁卡的存储容量大，可靠性和安全性高，在应用上除了覆盖磁卡的全部应用范 围以外，还提供了许多磁卡不具备的应用特性。正是这些特性，使i c 卡在脱机业务处理和 联网数据一致性等方面表现出前所未有的优势。 i c 卡具有很强的功能，但仅当i c 卡加入到应用系统中，构成发行商、应用系统和持 卡人之间的数据传输媒介时，才可能有效的发挥其优势。一个好的i c 卡应用系统，除了应 具备良好的应用特性和性能价格比以外，其安全特性也是一个不容忽视的问题。本章将讨 论如何构造一个基于i c 卡应用系统，这一系统又以何种方式去运作，怎样发挥i c 卡自身 的优势，使系统具有较好的性能，目前又有哪些应用系统在运行。 2 1 i c 卡应用概况与技术优势 i c 卡最初是为了解决金融交易中的安全性问题而设计的。它带来全新的交易概念与前 所未有的优势。很快，这一优势也为其他应用部门所看中，使之广泛应用于电话、医疗保 健、路禁控制和门锁控制等系统中。随着时间的推移，应用范围还在不断扩大，使用1 c 卡 的数量亦呈几何级数增长。同时为满足不同应用场合的要求，i c 卡制造商们仍在不断地向 市场推出新的i c 卡，i c 卡的价格将随着使用量的增加而逐年下降，所有这些，无疑又会 大大推进i c 卡在各个领域的普及。 i c 卡在应用中的技术优势在于良好的读写能力、共同认可的安全防范技术和相对较大 的数据存储能力。 一、良好的机器读写性能便于人一机一卡之间的会话 i c 卡是一种电路卡，它在机器读写性能上远优于磁卡和光卡，无需往复的机械动作即 可完成人一机一卡之间的多次会话过程，使卡在应用时更容易进行操作与相互验证，给卡的 应用开发者和使用者带来了极大的便利。 二、良好的安全防范技术使卡能够脱离网络使用 i c 卡采用了为国际上各开发者与使用者所共同认可的半导体密码存放与软件加密技 术，它可以有效地阻止卡的非法复制与数据的纂改。应用设备可以在脱离网络的情况下， 不需人工干预，即可对i c 卡鉴别，以确定该卡是否是本系统所许可的，是否可在该应用场 合中使用等。通过持卡人输入p i n ( 个人标识号) ，与卡内一组密码比较，可以确认持卡人 的身份。这些特点，使i c 卡能成为传导媒介，再加上认证和数据加密等功能，使卡能脱离 网络使用。 三、大容量的数据存储能力使i c 卡成为数据载体 在一个应用系统事业中系统必需对所有持卡人建立一份身份与使用的档案。在磁卡系 统中，这组档案存放在中心数据库系统内，持卡人每次使用都必须通过终端，以网络形式 从数据库系统中提出那份与自己相关的档案。现在i c 卡的存储能力增加了，这份相关的使 用档案可以存放在i c 卡中，终端设备无须联网即可得到使用者的相关信息，使用的灵活性 浙江大学硕士论文 大大增强了，交易的实时性也明显改善。 以上三大特点的结合，构成了i c 卡应用的强大优势，它一方面降低了对网络的依赖程 度，提高了响应速度：另一方面它对发行商、应用商和持卡者三方面的利益提供了有效的 保护手段，解决了以前所难以解决的关键问题，为i c 卡的广泛应用铺平了道路。 2 2 l c 卡的应用模式与特点 现在市场上提供的i c 卡种类有上百种之多，正是这些种类繁多的i c 卡，给我们带来 了许多便利的条件。这些卡根据存储容量的不同、安全等级的不同，其价格亦不相同，因 而，在构造一个应用系统时，必须仔细分析i c 卡在系统中所扮演的角色，并合理地利用编 码或其他压缩技术，使所选用的i c 卡价格在一个可行的范围内，以提高系统的性能价格比。 在选择i c 卡的过程中主要从安全性、存储模式和存储容量这三个方面来考虑。 一、数据的安全性与卡的选用 如果一个应用系统仅以i c 卡作为数据的转储介质或以软件加密方式对数据进行加密而 不必担心他人进行纂改或复制时，普通的存储器卡是用户的最佳选择，它的每位价格最低， 而且容量范围亦较大，支持的厂家也较多。如果卡是在以储值、金融及其他使发行商或持 卡人担心卡会被别人非法复制与篡改的场合，那么就必须采用带有保密逻辑的卡或c p u 卡 了。保密逻辑卡的特点是在卡上引入了固化内容和不可读、只可核对的密码区域，并由密 码核对的正确与否来控制卡的读写特点。它可有效地防止一般情形下对卡的非法攻击，而 且价格适中，与系统结合使用还可以防止一般的侦破手段，目前这类卡的应用量最大，应 用范围也最宽。c p u 卡由于自身带有m c u 及加密算法，可以用随机数与密钥结合的方式 来进行卡与设各间的相互认证，可以有效地防止冒用和窃听等攻击手段，是金融系统及安 全系统的选择的佳品，虽然卡的价格较高。 二、i c 卡的存储模式选择 有些人认为i c 卡的存储空间的使用像普通随机存储器一样，可以随意构造一个数值写 入卡中，其实这样的理解只对存储器卡来说是正确的。为了保证卡的安全性和缩小卡的芯 片面积，i c 卡的设计者们往往刻意定义i c 卡的存储结构。 三、存储容量的选择 i c 卡的存储容量的大小直接影响着芯片面积和工艺的复杂度，因而也直接影响着卡本 身的价格。有些用户总是想把所有的包括变动的和非变动的信息以及改动过程都存于张 卡片上，这样的做法往往把大量资金投放到一个并不值得的存储空间上。正确的规划方法 是划定哪些数据是卡在使用中所必须的：哪些是可以存放在系统数据库内的；哪些数据又 在数次使用后不很重要可以替换的。在这些数据确定后，再考查一下所有信息是否可以通 过编码方式进行压缩。然后根据每一部分内容的需要确定其存储模式，并选择相适应的卡 型。值得一提的是，一张卡的标定空间并不一定是用户的可用空间，必须依据其用户空间 和可提供的存储方式来选定一种卡型。 9 浙江大学硕士论文 四、特殊环境要求下i c 卡的选用 如果一张卡要在多个不同的部门使用，而且每个部门都有其独立的安全性要求，那么 m c p u 卡( 多功能卡，m u l t i f u n c t i o nc a r d ) 是最佳选择，它允许用户将卡内空间划分多个 具有独立认证与密码核对的专用文件d f ( d e d i c a t e df i l e ) 。每个d f 下又可连接多个基本 文件e f ( e l e m e n tf i l e ) 或d f ，它使一卡多用成为可能，但价格较贵。如果应用场合有严 重的水汽或其他不利于使用带触点的i c 卡时，应考虑使用非接触式i c 卡，较具典型的是 r f 卡( 射频卡) ，它采用射频方式与设备进行通信，缺点是价格较高。 五、i c 卡应用数据处理模式 综合各种应用情况，对存储器中的用户应用数据的处理方法可归纳y 口- - - 类 1 、按位计数方式 例如逻辑加密卡用作电话卡时，通常将用户数据区域划分成两个区，其中一个是大额区， 另一个是小额区，在用户购买预付费电话时，发卡商将大额区与小额区全部擦除( 即个人 化操作) ，其结果将e e p r o m 的用户数据区全部置成“1 ”，数据区中每一个“1 ”代表一 个计数单位，代表一定金额，例如小额区的个“1 ”可以代表一次市内通话的最低费用， 大额区的一个“1 ”代表小额区金额的总和。如果小额区有5 1 2 位，最多可打5 1 2 个市内电 话或相应金额的长途电话。每打一次电话将小额区的一个“1 ”或若干个“1 ”( 通话时间长 或打长途电话) 置成0 。当小额区全为0 时，自动将大额区的一个“1 ”置成0 ， 并将小额区全部擦除，如此重复，直到大小额区均为全0 时，应去发卡商处重购电话卡， 对于可以多次重复使用的卡，到发卡商处交费并进行个人化后即可继续使用。预收费水表 卡，电表卡、汽车加油卡、汽车停车计费卡、过桥过路收费卡等都可采用这种数据处理模式。 2 、金额计算方式： 适用于大部分金融卡( 信用卡、现金卡) 和储蓄卡等。卡内数据区内存放现金额( 对 信用卡还可能存放有关允许超额使用金额的信息) 。在卡进行消费时除了进行安全验证外， 还要从当前现金额中减去本次消费额，写入新的余额( 或欠款额) ，同时还可能要保留最近 若干次消费记录，因此希望有较大出产容量。用智能卡作为金融卡是比较理想的。 3 、存储方式： 例如健康卡和身份证等，在用户应用区中记录个人的一些重要信息。对健康卡来说，可 记录姓名、地址、血型、对药物过敏情况及重要病史等，甚至可考虑作为简单病历使用； 对身份证而言，除了姓名、地址、性别、出生年月以外，还可以录入相片、指纹等生物特 征，以及个人简历。这种使用方式的特点是存放数据，不允许持卡人修改数据。 以上三种方式几乎囊括了全部应用。 此外，在选用i c 卡时，还要对i c 卡的机械强度、封装质量、抗静电强度以及电气指 标等进行核定。总之i c 卡的选用必须综合考虑多种因素，切不能盲目选用。 1 0 浙江大学硕士论文 2 , 3 i c 卡的应用领域 l c 卡的应用领域可以说非常广泛，它除了覆盖传统磁卡的全部应用领域外，还拓展了 许多磁卡所不能胜任的领域，这很大程度上归功于i c 卡的大容量的数据存储能力与强有力 的安全特性。i c 卡的应用可分为金融系统应用和非金融系统应用。在某些场合这两种应用 又有着紧密的联系。 一、i c 卡在金融领域的应用 前文已经提到i c 卡在金融领域可以作为信用卡、现金卡、证券卡或电子资金转帐卡等。 可以说应用非常广泛。使用i c 卡作为信用卡时，大大提高了信息的安全性。因为每一笔交 易发生时可以不必与中心数据库发生实时联系，仅通过日汇总方式进行结算和数据副本的 传递服务，网络的负荷大大降低了，每一笔交易的代价也相应降低。 二、i c 卡在非金融领域的应用 】c 卡在非金融领域的应用更是十分广泛，下面选择一些作一简单介绍。 1 、电度表、水表、煤气表l c 卡预收费系统 系统一般包括两部分：i c 卡发行系统及i c 卡使用系统。 发行系统主要完成如下功能：发卡，售电、水、气，查寻，设置单位价格等。 使用系统主要完成如下功能：验证，防窃电、水、气，显示，报警及断电、水、气等 使用系统由电表、水表、煤气表组成。 2 、i c 卡门锁 i c 卡门锁是用i c 卡来开启门锁的装置，由门锁和写卡机两部分组成。写卡机用于向i c 卡内写入密码，门锁部分用于读取i c 卡上的密码，并与存放在门锁内的密码比较，如相等 则向电控门锁发出开门命令。如i c 卡门锁系统在宾馆内使用，可将写卡机放在总服务台， 客人登记住宿，可用写卡机将某房间的密码和客人的身份证写入i c 卡，并写入入住时间等 相关信息，客人交纳一定数额的押金后即可拿到i c 卡，到指定的房间，插入i c 卡，门锁 即可打开。客人离开宾馆进行结算后，将i c 卡交还给总台。i c 卡可重复使用( 进行数据 更新后) 。 i c 卡门锁一般使用逻辑加密卡。 i c 卡门锁可加快实现宾馆现代化管理，如客人进入宾馆时，写入一定数量的金额，可 供客人在宾馆内消费使用，这样可减少现金流通量，方便了客人。客人离开时，将i c 卡插 入读写卡器进行结算，并打印出帐单。 1 c 卡门锁可以是多功能的，可以是一门一卡，一门多卡，多门一卡，多门多卡，实现 起来非常方便。 3 、i c 卡食堂收费系统 i c 卡食堂收费系统由发卡管理系统和凭卡进餐系统组成。 就餐者在发卡系统购得一定金额的i c 卡后，可到餐厅凭卡进餐，犊费从i c 卡中扣除 浙江大学硕士论文 当卡中金额所剩不多时，可以续存金额。这样就可避免传统售饭过程须收取钱票的种种弊 端，并可减少收费差错，提高卫生水平和售饭速度，对各种信息可正确快速地进行处理， 便于食堂进行管理和成本核算。系统主要功能如下： ( 1 ) 发卡管理系统完成卡的发行管理、成本核算、金额统计、现金注入和报表打印等。 ( 2 ) 凭卡进餐系统对的合法性进行核对，可显示卡上的金额，对少于一定金额的卡给出提 示，对超过卡上金额的消费予以拒绝，并能对当天的收入进行汇总。如遇停电，仍应继续 工作。 4 、i c 卡考勤系统 i c 卡考勤系统广泛应用于公司、工厂、银行和宾馆等，对职工的出勤进行考核，实现 自动化管理。考勤机可以有独立工作和连接计算机工作两种方式。独立工作的考勤机平时 不需要与计算机连接，数据存储在考勤机内，仅当计算机要求数据或考勤机存储器不能够 使用时才向计算机传送信息。与计算机连接的考勤机本身很简单，从i c 卡读得的考勤数据 实时向计算机传送。计算机根据每个人的出勤情况和管理人员制定的考勤规则进行统计处 理。 i c 卡考勤机管理系统的主要性能如下： ( 1 ) 准确记录每个员工的上、下班时间和日期。 ( 2 ) 允许记录的员工人数应满足考勤单位的要求。 ( 3 ) 允许2 4 小时连续工作。 ( 4 ) 断电后仍能继续工作。 ( 5 ) 有查询功能。 ( 6 ) 对管理系统设定密码，以保证安全。 5 、1 ( 2 卡娱乐消费系统 这种系统是针对现代城市中出现的如娱乐城、会员俱乐部等高消费场所所设计的。i c 卡娱乐消费系统包括i c 卡、发卡机和收费机( 读卡机) 三部分，其作用如下： ( 1 ) 1 c 卡：记录顾客预交费额或消费金额，也可以与会员卡台二为一，记录会员身份， 这种卡在国外已作为现金卡使用。 ( 2 ) 发卡机：将顾客预交费额写入卡中，并将卡发给顾客。 ( 3 ) 收费机：顾客进行每项消费活动后，将消费额从卡中扣除，顾客离开时可打印收据， 并可对会员实行优惠。 该系统可随时统计营业情况，并消除使用现金时的许多弊端。 6 、i c 卡宾馆服务系统 将上面讲到的i c 卡消费系统和i c 卡门锁相结合，即可构成i c 卡宾馆服务系统。目前 宾馆己向多种经营和综合服务方向发展，住宿、进餐、电话、传真、娱乐和洗衣等多种费 用都可以记录在卡中。同时i c 卡作为房门钥匙，真正实现宾馆的智能化管理。 7 、 电话卡计费系统 】c 卡电话卡，这是至目前为止i c 卡用量最大的一种应用。用i c 卡公用电话替代磁卡 电话与投币电话，既可杜绝欺诈行为，又可省去携带零钱所带来的麻烦。此外，i c 卡在蜂 窝式数字移动通信网中( g s m ) ，以身份卡及保密卡方式投入使用，避免了因冒用用户电 话号码而给用户带来的损失，成为i c 卡在通信系统中又一蓬勃发展的行业。 2 浙江大学硕士论文 8 、l c 卡交通收费系统 这几年，我国桥梁、高速公路等建设发展很快这些建设往往采取国内集资、中外合资、 或贷款等方式筹建资金，因此，建成后需要在使用中回收资金，即需要收费，采用i c 卡收 费系统，可以减少现金收费时的种种弊端，并可加快收费过程，避免在收费处形成瓶颈口。 9 、城市公交一卡通系统 近年来，我国不少大城市( 如北京、上海、广州等) 正逐步发放具有支付功能的城市交 通i c 卡，可用于公共汽车、地铁等交通工具。由于考虑人员流动快、要求处理迅速以及车 辆行驶振动等因素，应使用不需要插拔的非接触卡。 1 0 、其他 i c 卡的应用范围很广，其他如i c 卡加油系统、汽车停车收费系统、图书证、身份证 等。 i c 卡实际上是将一台计算机( 除i o 设备) 装入到了一张名片大小和厚度相似的卡片 中，携带方便。随着芯片集成度的提高，片内的存储器容量会越来越大，智能化程度越来 越高，i c 卡的用途会越来越广，从这点出发，i c 卡实际上是块尚未完全开发的处女地， 其前途无可限量。 三、一卡多用 随着金卡工程的开展，i c 卡应用领域迅速扩大，各行各业自发卡的情况越来越多，自 成系统互不通用( 包括卡和读写器) ，同时持卡人手中的卡也越来越多，产生诸多不便，也 造成了资源浪费，于是“一卡多用”就提到日程上来了。一卡多用涉及到不同部门、不同 行业之间的合作和利益分配问题，因此协调与管理更显得重要，所以实现一卡多用、一卡 通用一定要政府参与并领导，并应有相应的政策配套。 2 4 i c 卡应用系统的开发 为便于应用，设计制造i c 卡的公司往往同时可供应i c 卡的读写设备，以供发卡商发 卡时使用和商户收费时使用。为了适应某些用户自行开发应用系统的要求，有些公司还提 供了读写器，可对市场上某些常用的i c 卡进行读写操作，同时还提供开发工具( 例如菜单 选择和用高级语言编写的卡操作接口函数) 。但须注意，尽管l c 卡与读写器的触点已标准 化，但i c 卡内部逻辑与存储器区域的的分配并未标准化，因此真正通用的读写器是很难实 现的，所谓通用读写器也只能在一定范围内通用，所以用户在开发应用系统之前，必须对 读写器的性能和特点有所了解，应该使用与i c 卡相配的读写器。 读写器是i c 卡和计算机之间的传输媒介，它与计算机之间是通过r s 2 3 2 串行接1 2 1 相 连的，这里所说的计算机一般指微机，将读写器的串口与微机的串口( c o m i 或c o m 2 2 ) 相连。 通用读写器可以有内置式和外置式两种类型。内置式读写器的外型尺寸与标准的三英 寸软盘驱动器一致，可直接安装在机内软驱的位置上；外置式读写器是一个独立的盒子， 相当于一个串行接口外设。 读写器的电源可以由微机提供，也可以直接取自2 2 0 w 1 1 0 v 交流电源，经整流稳压后 浙江大学硕士论文 得到+ 5 v 电源。i c 卡的电源一般由读写器提供。 由以上讨论我们知道通用读写器只能在一定范围内使用，并不能做到完全通用。因此， 开发适用于应用系统的专用读写器是要考虑的重要问题之一。本应用系统所使用的读写器 就是完全自主开发的专用读写器。下面简单介绍一下这两种读写器。 一、通用读写器 我们以下讨论的内容实际上仅涉及通用读写器的一些基本操作，读写器制造商己为这 些基本操作编好程序( 即卡操作接口函数) ，可供用户编写读写器的应用程序时直接调用。 用户编写的是读写器的主程序以及与应用有关的程序。 1 、主菜单设置 假设通用读写器与微机相连，用户在微机的键盘上进行操作，第一级菜单可设置如下： ( 1 ) 微机串口选择( c o m l 或c o m 2 ) ( 2 ) i c 卡型号选择 ( 3 ) 用户密码 ( 4 ) 数据处理 ( 5 ) 上电操作 ( 6 ) 下电操作 ( 7 ) 熔断熔丝 ( 8 ) 退出 菜单中的串口选择和卡型选择可预先设定默认值，如用户的i c 卡已确定，且仅有一种， 那么可不必再选择卡型。如为逻辑加密卡，用户使用时需输入用户密码，与已存在的密码 进行比较，仅当输入密码正确时才能进行下一步操作，密码核对正确与否在屏幕上给出提 示，但不显示密码。数据处理指的是读、写和擦除操作，对于逻辑加密卡，要根据其存储 器各区位置分配及各区读、写、擦除条件分别予以处理，并与熔丝( f u s e 2 ) 是否熔断有 关，在发卡处的i c 卡，其熔丝f u s e l 在出厂时已熔断。用户密码区的内容在f u s e 2 熔断 前，允许进行读、写或擦除操作，而在f u s e 2 熔断以后，虽允许从存储区读出，但不允许 从芯片输出，密码比较只能在片内进行，当输入正确的用户密码后，允许用户修改密码， 这样用户感到该密码只有他本人知道，会增强安全感，实际上也是如此。上电和下电操作 都是对i c 卡进行的。熔断熔丝操作指的是将f u s e 2 熔断，该操作是在卡发行时进行的， 发卡机将用户密码和擦除密码写入卡后，将f u s e 2 熔断。从此以后，擦除密码不得修改， 也不允许从卡中输出。 2 、接口函数 制造商提供的、c 语言实现的操作程序接口如下： 串口选择( 串口接通) l i n k _ c o m ( i n tp o r t ) 参数：p o r t 可选择c o m l 或c o m 2 返回值：无 说明：此函数用于选择c o m l 或c o m 2 和初始化串r n ，并通过串口向读写器提供电 源，传输速率为9 6 0 0 b p s 。读写器加电后初始化程序需一段时间。 4 浙江大学硕士论文 串口断开 u n l i n k _ c o m ( i n tp o r t ) 参数：p o r t 可选c o m l 或c o m 2 返回值：无 说明：断开某一串口提供给读写器的电源 上电操作 p o w e r o n ( ) 参数：无 无返回值：为0 ，操作正确，1 ，有错。 下电操作 p o w e r _ o 觑) 参数：无 无返回值：为0 ，操作正确，1 ，有错。 选择卡型 s e l c a r d ( i n tc a r d y p e ) 参数：c a r d t y p e 为卡型 返回值：为0 ，操作正确，1 ，有错。 核对密码 c h ks e c r e t ( i n tc m d ，c h a r s e c r e t ) 参数：c m d = s c ，用户密码 c m d = e z ，擦除密码 s e c r e t , 密码字符串 返回值：为0 ，密码核对正确，1 ，有错。 读卡操作 r e a d _ c a r d ( i n tc m d ，a d d r h ，a d d r l ，l e n ，r a c e 3 2 ) 参数：c m d 选择卡中那一区 a d d r h 所选区高位地址 a d d r l 所选区低位地址 l e n 读出字节个数 r a c e 存放读出数据的数组名 返回值：0 正确，1 有错。 写卡操作 w r i t e c a r d ( i n tc m d ，a d d r h ，a d d r l ，i o n ，s e n d 3 2 ) 参数：c m d 选择卡中那一区 a d d r h 所选区高位地址 a d d r t 所选区低位地址 l e n 写入字节个数 s e n d 所写数据存放的数组名 返回值：0 正确，1 有错。 二、专用读写器 为完成本系统所要求一些特定的功能，特意开发了一个专用读写器。读写器内部硬件 方面的电路原理，这里就不详细探讨了。下面简单谈谈软件方面的实现过程，主要包括数 浙江大学硕士论文 据交换以及通讯格式。 1 、数据交换 我们知道读写器是计算机与1 c 卡之间进行数据交换的媒介，计算机对1 c 卡的所有操 作都要通过读写器来完成。这一过程可以分为两步：计算机与读写器；读写器与i c 卡。读 写器接受到计算机传送来的不同指令完成对j c 卡的不同操作。下面主要讨论计算机与读写 器之间的数据通讯过程。这部分我们使用了通信控件( c o m m u n i c a t i o n s 控件) 。 通讯控件，m s c o m m 3 2 o c x ，通过允许通过一个串行口传送和接受数据来为应用系 统提供串行通讯。这一控件提供了两种管理通讯的方法： 事件激励通讯，这是种非常有利的处理串行口联系的方法。在许多情况下用户希望 在事件发生时得到通知，如一个字符到达或载体检测( c d ) 发送请求( r t s ) 线上发 生变化。在这种情况下，应用通信控件的o n c o m m 事件来捕捉并处理这些通信事件。 o n c o m m 事件也检测和处理通信错误。 也可以通过在程序的每一个临界函数之后检查c o m m e v e n t 特性的值来询问事件和错 误。如果应用系统很小，并且是自包含的，那么这样更好。 在系统设计过程中我们采用了第一种通讯管理方式。即计算机每发出一个字符都要等 到串行口返回一个字符后才进行下步工作。 通讯控件有许多重要的特性，在程序设计过程中主要用到的特性如下表所示： 特性说明 c o m m p o r t设定和返回通信口号码 s e t t i n g设置和返回作为一个字符串的波特率、奇偶验证、数据位和结束位 【p o r t o p e n设置和返回一个通信口的状态，同时也打开和关闭一个口 ii n p u t从接受缓冲区返回和删除字符 io u t p u t向发送缓冲区写一个字符串 通讯控件的合理运用使应用程序的开发变得简单、可靠。我们只需在有对卡操作的界面上 放置一个通讯控件，设置好上表所列特性值，就可以完成计算机与读写器之间的数据交换。 下面以写卡为例简单说明软件实现的方法。对卡的其他操作原理相同。 写卡程序分为四步来完成：1 、上电；2 、检验密码；3 、写数据：4 、下电。 具体实现如下： 上电命令字= 7 l h 。 计算机输出到串行口数据格式：1 0 a a h ，2 7 1 h ，3 0 0 h ，4 0 0 h ，5 0 0 h ，60 5 5 h 。 计算机从串行口输入数据格式： 正确时：1 0 c c h ，2 7 1 h ，3 状态字( = 0 0 h ) ，4 0 0 h ，5 0 0 h ，6 0 3 3 h 。 错误时：1 0 c c h ，2 7 1 h ，3 状态字( = 0 1 1 7 h ) ，4 0 0 h ，5 0 0 h ，6 0 3 3 h 。 i fs e n d p o i m e r 1 1t h e n s e n d p o i n t e r ：20 ： s w i t c h ( c o r n j o b ) c a s e1 ：，w r i t ec a r d 检验密码、写数据、下电的程序实现方法基本上是一样的，唯一的区别是传送的命令 字节不同而己，具体可参考表2 2 。 2 、通讯格式 上面简单谈了写卡程序的实现方法，我们知道对卡的操作远远不止这些。下表给出了 系统应用中所涉及的计算机与读写卡器之间通讯格式： 串行口波特率：2 4 0 0 ，数据长度：8 ，停止位：1 ，无校验。 计算机输出到串行口数据格式( 共6 个字节) ：1 0 a a h ，2 命令字，3 地址，4 数据或 数据长度，5 备用，6 0 5 5 h 。 计算机从串行口输入数据格式( 不定长) ： 正确时：1 0 c c h ，2 命令字，3 状态字( = 0 0 h ) ，4 数据长度( 或地址) ，5 数据 ( = 长度) ，60 3 3 h 。 错误时：1 0 c c h ，2 命令字，3 状态字( = 0 1 1 7 h ) ，4 地址，5 数据，6 0 3 3 h 。 详细列表如下： 表2 2 数据格式( 用6 进制表示h ) 分类 123456 输出 a a7 l0 00 00 05 5 上电正确时 c c7 1 状态( - - 0 0 ) 0 00 03 3 输入 错误时c c 7 1 状态( = 0 1 1 7 ) 0 00 03 3 读主存 输出 a a3 0地址( 0 0 - - f f ) 数据长度 0 05 5 正确时 c c3 0 状态( = 0 0 )数据长度数据 3 3 储器输入 错误时 c c3 0 状态( ；0 1 一1 7 ) 地址数据长度 3 3 写主存 输出 a a3 8地址( 0 0 - _ f f ) 数据 0 05 5 正确时c c 3 8状态( = o o )地址 数据 3 3 储器输入 错误时c c3 8 状态( = 叭一1 7 ) 地址数据3 3 比较密 输出 a a7 3 密码密码密码5 5 正确时 c c7 3 状态( = o o ) o o 错误计数器 3 3 码 输入 错误时 c c7 3 状态( = 0 1 1 7 ) o o 错误计数器 3 3 输出 a a7 20 00 00 05 5 下电正确时 c c7 2状态( = 0 0 )0 00 03 3 输入 错误时c c 7 2状态( 铷1 1 7 )0 00 03 3 连续写输出 a a7 4地址( 0 0 _ - f f ) 长度1 3 0数据 5 5 主存储正确时 c c7 4状态( = 0 0 ) 起始地址长度 3 3 器 输入 错误时c c 7 4 状态( = 0 1 1 7 )起始地址长度 3 3 1 7 浙江大学硕士论文 2 5 动态链接库设计 我们这套系统对卡的操作( 读卡、写卡等) 非常频繁，程序中用到的地方很多所以 将这种操作的程序编写成一个动态链接库，这样大大简化了程序，而且提高了程序的效率。