智能卡在教育管理信息化中的應(yīng)用

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：劉祝生 何誠(chéng) 付 沙   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年11月28日

1 智能卡概述 
智能卡的名稱來(lái)源于英文名詞“Smart card”．又稱集成電路卡，即IC卡(Integrated Circuit Card)。IC 卡芯片具有寫(xiě)人數(shù)據(jù)和存儲(chǔ)數(shù)據(jù)的能力．IC卡存儲(chǔ) 
器中的內(nèi)容根據(jù)需要可以有條件地供外部讀取，供內(nèi)部信息處理和判定之用。根據(jù)卡中所鑲嵌的集成電路芯片的形式和芯片類(lèi)型的不同可以分成以下三類(lèi)： 

(1)非加密存儲(chǔ)器卡 
卡內(nèi)的集成電路芯片主要是EEPROM．具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能。不具有數(shù)據(jù)處理功能和硬件加密功能。 

(2)邏輯加密存儲(chǔ)器卡 
在非加密存儲(chǔ)器卡的基礎(chǔ)上增加了加密邏輯電路。加密邏輯電路通過(guò)校驗(yàn)密碼方式來(lái)保護(hù)卡內(nèi)的數(shù)據(jù)對(duì)于外部訪問(wèn)是否開(kāi)放，但只是低層次的安全保護(hù)。無(wú)法防范惡意性的攻擊。 

(3)CPU卡 
也稱智能卡．卡內(nèi)的集成電路中帶有微處理器CPU、存儲(chǔ)單元(包括隨機(jī)存儲(chǔ)器RAM、程序存儲(chǔ)器ROM(FLASH)、用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器EEPROM)以及芯片操作系統(tǒng)COS。裝有COS的CPU卡相當(dāng)于一臺(tái)微型計(jì)算機(jī)，不僅具有數(shù)據(jù)存儲(chǔ)功能，同時(shí)具有命令處理和數(shù)據(jù)安全保護(hù)等功能。 

CPU卡的主要功能有：身份認(rèn)證、支付和結(jié)算工具、安全保密及數(shù)據(jù)載體。 

從嚴(yán)格意義上來(lái)說(shuō)，只有CPU卡才是真正的智能卡。本文所討論的智能卡均為CPU卡。 

2 教育應(yīng)用智能卡
 
教育應(yīng)用智能卡是指面向教育管理者、教職員工、學(xué)生等對(duì)象發(fā)放。具備身份認(rèn)證、教育管理、金融消費(fèi)、數(shù)據(jù)共享和服務(wù)功能，具有高安全性，高可靠性和方便易用的特點(diǎn)。其功能結(jié)構(gòu)如圖1所示。



教育應(yīng)用智能卡的功能主要體現(xiàn)在以下四個(gè) 方面： 
(1)教育管理部門(mén)應(yīng)用 
①教師資格認(rèn)證管理。  
②學(xué)生注冊(cè)認(rèn)證。 
③學(xué)歷／學(xué)位信息管理。 
④助學(xué)貸款管理、就業(yè)輔助服務(wù)。 
⑤體育比賽服務(wù)。 
(2)學(xué)校內(nèi)部應(yīng)用 
①校園管理應(yīng)用。 
②校園消費(fèi)管理。 
③身份認(rèn)證管理。 ． 
(3)金融應(yīng)用 
①金融卡功能。 
②圈存。 
(4)社會(huì)應(yīng)用 
①交通票務(wù)優(yōu)惠。 
②保險(xiǎn)。 
③可信個(gè)人數(shù)據(jù)服務(wù)。
 
教育應(yīng)用智能卡又因其面向應(yīng)用對(duì)象不同分為：教育管理卡、教職員工卡、學(xué)生卡(大中專(zhuān)學(xué)生卡、中小學(xué)生卡)和畢業(yè)生卡。其文件結(jié)構(gòu)與功能也隨其面向應(yīng)用的對(duì)象不同而不同。 

3 文件結(jié)構(gòu) 

教育應(yīng)用智能卡的文件結(jié)構(gòu)應(yīng)當(dāng)符合ISO／IEC7816-4的規(guī)范。從終端的角度來(lái)看。智能卡上的文件結(jié)構(gòu)為樹(shù)形結(jié)構(gòu)。樹(shù)的每一個(gè)分支是一個(gè)應(yīng)用數(shù)據(jù)文件(ADF)或一個(gè)目錄定義文件(DDF)。一個(gè)ADF是一個(gè)或者多個(gè)應(yīng)用基本文件(AEF)的入口點(diǎn)。一個(gè)ADF及其相關(guān)的數(shù)據(jù)文件處在樹(shù)的同一分支上。一個(gè)DDF是其他ADF或者DDF的入口點(diǎn)。此處的一個(gè)ADF或一個(gè)DDF就是IS0／IEC7816—4定義的一個(gè)專(zhuān)用文件(DF)。在卡內(nèi)處于最高層的DF稱為主文件(MF)。一個(gè)AEF對(duì)應(yīng)ISO／IEC7816—4定義的一個(gè)基本文件(EF)，且EF永遠(yuǎn)都不會(huì)成為另一個(gè)文件的入口點(diǎn)。 

按照IS0／IEc7816—4的規(guī)定，教育應(yīng)用的各個(gè)具體應(yīng)用所對(duì)應(yīng)的專(zhuān)用文件(DF)應(yīng)包含一個(gè)文件控制信息(FCI)。通過(guò)該文件可以對(duì)其下的基本數(shù)據(jù)文件(EF)進(jìn)行訪問(wèn)。教育應(yīng)用下的基本數(shù)據(jù)文件(EF)包含了與應(yīng)用相關(guān)的具體數(shù)據(jù)，有兩種類(lèi)型： 記錄文件與二進(jìn)制文件。教育專(zhuān)用文件的上一層專(zhuān)用文件是對(duì)應(yīng)教育卡環(huán)境的專(zhuān)用文件(DF或MF)。由于面向應(yīng)用對(duì)象不同，教育智能卡的文件結(jié)構(gòu)也分為四種：



(1)教職員工卡(教育管理卡)，由以下三個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)構(gòu)成： 
a)基本應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)：存放在智能卡整個(gè)生命周期中不會(huì)改變的信息。包括發(fā)卡機(jī)構(gòu)數(shù)據(jù)文件、持卡人基本信息文件、照片信息數(shù)據(jù)元、指紋信息元， 
它們被組織在教育應(yīng)用環(huán)境的DDF下。
 
b)公共應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF1)：存放教職員工的基本信息文件等由教育管理部門(mén)或?qū)W校維護(hù)的反映持卡人通用信息的文件。 

c)學(xué)校內(nèi)部管理應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF2)：存放地方教育管理部門(mén)和學(xué)校自行定義管理的、在校內(nèi)使用的信息，如醫(yī)療信息、門(mén)禁信息、圖書(shū)館讀者信息等。教職員工卡(教育管理卡)結(jié)構(gòu)如圖2所示。 

(2)大中專(zhuān)學(xué)生卡，在公共數(shù)據(jù)區(qū)與內(nèi)部數(shù)據(jù)區(qū)的基礎(chǔ)上增加了注冊(cè)數(shù)據(jù)區(qū)與交通應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)，由五個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)構(gòu)成： 

a)基本應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)：存放在大中專(zhuān)學(xué)生卡的整個(gè)生命周期內(nèi)不會(huì)改變的信息，被組織存放在大中專(zhuān)學(xué)生卡教育環(huán)境對(duì)應(yīng)的DDF下。 

b)公共應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF1)：存放由學(xué)校維護(hù)的反映持卡人通用信息的文件。 

c)學(xué)校內(nèi)部管理應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF2)：存放在校內(nèi)使用的信息，如醫(yī)療信息、門(mén)禁信息、圖書(shū)館讀者信息等，各學(xué)校可以根據(jù)實(shí)際需要進(jìn)行必要的擴(kuò)充。 

d)學(xué)生注冊(cè)數(shù)據(jù)區(qū)(ADF3)：記錄大中專(zhuān)學(xué)生注冊(cè)信息。 

e)學(xué)生交通應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF4)：記錄學(xué)生可以享受優(yōu)惠的交通工具的信息，以及優(yōu)惠交通工具的使用信息。 

(3)中小學(xué)生卡，與大中專(zhuān)學(xué)生卡類(lèi)似，將交通應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)改為考務(wù)管理應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)，由五個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)構(gòu)成： 

a)基本應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)：存放在中小學(xué)生卡的整個(gè) 生命周期內(nèi)不會(huì)改變的信息，被組織存放在大中專(zhuān)學(xué)生卡教育環(huán)境對(duì)應(yīng)的DDF下。 

b)公共應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF1)：存放由學(xué)校維護(hù)的反映持卡人通用信息的文件。 

c)學(xué)校內(nèi)部管理應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF2)：存放在校內(nèi)使用的信息，如醫(yī)療信息、門(mén)禁信息、圖書(shū)館讀者信息等，各學(xué)?？梢愿鶕?jù)實(shí)際需要進(jìn)行必要的擴(kuò)充。 

d)學(xué)生注冊(cè)數(shù)據(jù)區(qū)(ADF3)：記錄中小學(xué)生注冊(cè)信息。 

e)考務(wù)管理應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF4)：記錄考務(wù)管理的基本信息與考試科目的基本信息。 

(4)畢業(yè)生卡，專(zhuān)門(mén)針對(duì)大中專(zhuān)畢業(yè)生，由四個(gè)數(shù)據(jù)區(qū)構(gòu)成： 

a)基本應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)：存放在大中專(zhuān)畢業(yè)生卡的整個(gè)生命周期內(nèi)不會(huì)改變的信息．被組織存放在畢業(yè)生卡的MF下。 

b)可信個(gè)人信息應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF1)：可信個(gè)人信息是指由學(xué)校擔(dān)保在學(xué)生畢業(yè)時(shí)一次錄入的信息，包括學(xué)生11PD(可信個(gè)人數(shù)據(jù))標(biāo)識(shí)信息、生物特征信息、個(gè)人基本信息、課程考試成績(jī)、水平考試成績(jī)、獎(jiǎng)懲信息等。
 
c)學(xué)生就業(yè)應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF2)：記錄學(xué)生的首次就業(yè)的信息、跟蹤學(xué)生就業(yè)信息。由教育管理部門(mén)維護(hù)。 

d)學(xué)生貸款應(yīng)用數(shù)據(jù)區(qū)(ADF3)：記錄學(xué)生的貸款信息。 

上文中后三種卡的文件結(jié)構(gòu)與圖2類(lèi)似。
 
4 安全機(jī)制 

當(dāng)前信息安全的形勢(shì)日趨嚴(yán)峻。黑客攻擊手段和方法多種多樣。教育應(yīng)用智能卡的安全機(jī)制成為智能卡在教育應(yīng)用中的焦點(diǎn)問(wèn)題。 

4．1 物理安全 
教育應(yīng)用智能卡的物理安全實(shí)際包括兩個(gè)方面的內(nèi)容：一是智能卡本身物理特性上的安全保證；二是指能夠防止對(duì)智能卡的外來(lái)的物理攻擊，也就是制造時(shí)的安全性。卡芯片要保證是在非常嚴(yán)密的環(huán)境中生產(chǎn)的，生產(chǎn)中確保不會(huì)泄漏有關(guān)卡芯片的技術(shù)、工藝等資料?？◤纳a(chǎn)廠運(yùn)輸?shù)戒N(xiāo)售商或開(kāi)發(fā)商，最后再到用戶。整個(gè)運(yùn)輸過(guò)程中要保證 卡包裝上的完整。  

4．2 身份認(rèn)證 
身份認(rèn)證包括兩個(gè)方面：持卡人的認(rèn)證、卡和終端的相互認(rèn)證。即在智能卡使用的時(shí)候。首先要對(duì)持卡人的身份進(jìn)行認(rèn)證。其次智能卡與終端也要相互驗(yàn)證對(duì)方的合法性。只有三方認(rèn)證均通過(guò)才能進(jìn)行下一步的操作。

4．2．1 持卡人身份認(rèn)證 ’ 
持卡人身份認(rèn)證用來(lái)確定持卡人的合法身份， 采用口令、指紋、照片、身份證組合的方式進(jìn)行。認(rèn)證流程如圖3所示。



在提交認(rèn)證信息時(shí)，為了保證認(rèn)證信息(~nPIN 碼)在終端機(jī)與卡片的傳送過(guò)程中不被竊取，對(duì)要 傳送的明文數(shù)據(jù)先進(jìn)行加密。在卡內(nèi)解密后再進(jìn)行認(rèn)證。這樣即使有人在傳輸過(guò)程中獲取了加密結(jié) 果，也不能得到正確的認(rèn)證信息。從而提高了持卡人身份認(rèn)證的安全性。



4．2．2 卡和終端的相互認(rèn)證 
在教育智能卡使用時(shí)。為了防止偽卡和插錯(cuò)卡?？ê徒K端之間要進(jìn)行相互認(rèn)證。讀寫(xiě)器鑒別卡真?zhèn)蔚倪^(guò)程如圖4所示。 

先由讀寫(xiě)器產(chǎn)生隨機(jī)數(shù)后向智能卡發(fā)“內(nèi)部認(rèn)證”指令，由卡片對(duì)隨機(jī)數(shù)加密成密文，密鑰是預(yù)先存放在讀寫(xiě)器和卡中，密鑰的層次按需要來(lái)確定。智能卡將密文發(fā)送讀寫(xiě)器。讀寫(xiě)器將密文解成明文，并將明文和原隨機(jī)數(shù)比較，如果相同，讀寫(xiě)器認(rèn)為卡是真的，否則，認(rèn)為卡是假的。智能卡鑒別讀寫(xiě)器與讀寫(xiě)器鑒別智能卡類(lèi)似。只是解密后結(jié)果的比較在智能卡中進(jìn)行。 

4．3 密鑰安全與文件訪問(wèn)控制 

4．3．1 密鑰的安全要求 
應(yīng)當(dāng)保證用于RSA算法的非對(duì)稱私有密鑰或用于對(duì)稱加密算法的對(duì)稱加密密鑰在沒(méi)有授權(quán)的情況下，不會(huì)泄漏。應(yīng)保證用于算法的各種密鑰在智能卡中安全存放，且在任何情況下都不被泄漏。智能卡的密鑰要有一定的獨(dú)立性。用于一種特定功能的加密或解密密鑰不能被任何其他功能所使用。密鑰的裝載和更新應(yīng)采用安全報(bào)文方式，特定功能的密鑰的裝載和更新應(yīng)采用密文形式。 

4．3．2 共存應(yīng)用與訪問(wèn)控制 
為了獨(dú)立的管理一張卡上不同應(yīng)用間的安全問(wèn)題，每一個(gè)應(yīng)用應(yīng)該放在單獨(dú)的ADF中。即在應(yīng)用之問(wèn)應(yīng)該設(shè)計(jì)一道“防火墻”以防止跨過(guò)應(yīng)用進(jìn)行非法訪問(wèn)。
 
4．3．3 安全報(bào)文的傳送 
安全報(bào)文傳送的目的是保證數(shù)據(jù)的機(jī)密性、完整性和發(fā)送方的認(rèn)證。 數(shù)據(jù)完整性和對(duì)發(fā)送方的認(rèn)證通過(guò)使用MAC 來(lái)實(shí)現(xiàn)。數(shù)據(jù)的機(jī)密性通過(guò)對(duì)數(shù)據(jù)域的加密來(lái)得到保證。