相對傳統(tǒng)的紙券、磁卡等信息介質，非接觸IC卡以其存儲容量大、數(shù)據(jù)穩(wěn)定性高、簡單的讀寫性、防偽性能強的優(yōu)點在高速公路收費系統(tǒng)的運營中得到廣泛的應用。
在IC卡開發(fā)運用方面，一般采用兩種操作方式，即采用塊(Block)操作方式和文件(File)操作方式。塊操作讀寫方式按塊來操作，讀寫不方便，容易被破 解 密 碼。現(xiàn)在的IC卡大部分都采用文件密文加密方式。按文件操作方式，兩扇區(qū)的密鑰都不一樣，保密性得到提高。文件操作方式實際上是采用按扇區(qū)批量讀寫數(shù)據(jù)的管理方法，在大批量讀寫速度上也得到了提高，操作更方便。高速公路的密鑰發(fā)行管理軟件是基于這種文件讀寫方式而開發(fā)的。
高速公路聯(lián)網(wǎng)收費IC卡開發(fā)運用概述
現(xiàn)階段在高速公路上IC卡運用最廣泛的是非接觸邏輯加密卡，即Mifare One卡，其次是已經(jīng)興起并得到運用的CPU雙界面卡，即MifarePro卡。卡片的軟件開發(fā)運用主要有兩個方面：一、卡片的發(fā)行；二、卡片的個人化。
一、卡片的發(fā)行
高速公路聯(lián)網(wǎng)收費的卡片發(fā)行遵循卡片統(tǒng)一管理和統(tǒng)一發(fā)行的原則。IC卡密鑰統(tǒng)一管理是系統(tǒng)安全和統(tǒng)一的重要保證，IC卡密鑰統(tǒng)一發(fā)行是實現(xiàn)高速公路聯(lián)網(wǎng)收費的重要保證。基于IC卡安全管理的要求以及密鑰管理基本原則，選用接觸式CPU卡作為密鑰管理的基本載體。
二、卡片的個人化：
開發(fā)者需要設計并建立IC卡應用系統(tǒng)的中心數(shù)據(jù)庫，庫中保存系統(tǒng)數(shù)據(jù)及各持卡人的專用數(shù)據(jù)，這是任何一種卡基本應用系統(tǒng)必備的。發(fā)卡站負責發(fā)行新卡，包括按規(guī)定格式，對新卡作初始化，分區(qū)及寫入分區(qū)密碼，寫入原始數(shù)據(jù)。此中心也常用于舊卡添加數(shù)據(jù)和收費。發(fā)卡站與區(qū)域中心數(shù)據(jù)庫聯(lián)結，寫卡時同時更新中心數(shù)據(jù)庫。結算和掛失工作站則用于對日常業(yè)務進行結算。同時可以處理IC卡掛失，重失和銷毀報廢工作。顯然也必須與中心庫連接，對庫中數(shù)據(jù)進行更新。
IC卡在軟件開發(fā)應用中問題的提出
在非接觸IC卡的軟件開發(fā)應用當中難免會遇到一些技術上的問題。從技術上講，非接觸邏輯加密卡片的容量是1024個字節(jié)，去掉每個扇區(qū)的密碼塊，按理應可存儲小于等于768個字節(jié)的數(shù)據(jù)，但信息存儲越多，讀寫的時間越長，不穩(wěn)定的因素就越大。這其中有幾個方面的原因，一、跟卡片的質量有關，二、跟刷卡的距離、角度、速度有關；三、跟軟件開發(fā)有關。卡片的質量主要來自廠家對卡片的生產(chǎn)上的工藝要求。在這里，我主要是講軟件開發(fā)應用當中的因素。
非接觸邏輯加密卡在讀寫天線的上方操作的距離應小于10CM，實際應用當中的最佳距離應在0到5cm。當卡片在讀寫天線上以蘭定的速度劃過，就可能會出現(xiàn)待寫入的數(shù)據(jù)信息一部分寫進去，一部分沒寫進去，甚至更嚴重的是把卡里的內(nèi)容寫壞。導致MAC碼(報文鑒別碼Message Authentication Code)認證失敗。因為我們很難規(guī)定操作者在刷卡中一定要按照15 的斜角在有效的范圍內(nèi)操作卡片，卡片在讀卡天線上來回的晃動，最易造成壞卡。即寫到IC卡內(nèi)的信息因刷卡操作不當導致寫入無效的數(shù)據(jù)。該無效的數(shù)據(jù)來源于讀寫機具系統(tǒng)提供的初始值。例如：高速公路入口刷卡寫入當前的Unix時間，由于刷卡的不當導致讀寫機具默認的寫入的數(shù)據(jù)為0，則出口讀出的時間將是1970年1月1日刷的卡。因此，在軟件開發(fā)運用中就應該有容錯性。
當然，在IC卡的開發(fā)過程當中，IC卡每一步驟的讀寫失敗都會有錯誤返回碼，可以利用該錯誤的返回碼來判斷這次卡片的讀寫情況的。并根據(jù)情況提示操作人員重新刷卡，直到待寫入的信息完整無誤的寫入到IC卡內(nèi)。最終提示刷卡成功。但在實際應用當中是會有這樣的一種情況產(chǎn)生的。既IC卡寫數(shù)據(jù)信息成功，沒有錯誤的返回碼，但是其中的不穩(wěn)定的光電信號導致寫入的信息有誤，當然這是比較難發(fā)生的事。這就是它的抗靜電和紫外線的能力弱的缺點。同樣的，在Mifare Pro卡，既CPU雙界面卡的運用當中也會存在著這些問題。CPU雙界面卡的認證過程比較復雜，往往被運用在高速公路一卡通行的儲值卡、記帳卡中。因此在開發(fā)及實際操作當中更不允許出錯，必需要有容錯功能，否則會出現(xiàn)扣了款的儲值卡返回扣款未成功的返回碼。
城市公交系統(tǒng)的運用中的非接觸邏輯加密卡在操作上運用了電子錢包，其中利用備用數(shù)據(jù)塊，在最大程度上解決了非接觸加密卡的不穩(wěn)定因素。
解決卡片的操作問題主要有以下幾方面：
一、從操作上盡量規(guī)范操作；
1、傳統(tǒng)方式的卡片操作是操作員在機具上按照一定的距離、速度、角度進行刷卡，當然最有效的方式就是放在機具上。規(guī)范操作如下圖示：
規(guī)范1：
IC卡與讀卡器距離≤5CM且呈≥150 交角，在天線上方，由上至下移動，直至車道收費程序提示“寫卡”、“讀卡”成功。
規(guī)范2：
IC卡在讀寫器呈上方≤5cm，由左至右移動，穿越天線，移動時間≥1s。
規(guī)范的卡片操作，可使卡片在讀卡器上方被鎖定的時間足夠在小于200毫秒的讀寫時間里完成一次讀寫任務。
減少讀寫不成功的機率。
2、目前，有些高速公路采用卡箱的管理方式，包括半自動卡箱和全自動卡箱。卡片在車道讀寫中采用機械方式，將卡片通過插入裝置送入讀寫槽里，讓卡片充分和讀寫機具在有效范圍內(nèi)接觸，待卡片讀寫完全成功后，再由讀寫槽送出來。入口發(fā)給司機或出口自動回收入卡箱。這種方式大大減少因為人為的操作所帶來的機具讀寫失誤，最小程度的防止壞卡的形成，有效的減少卡片因損壞而帶來的資源浪費。同時，利用卡箱管理卡片可減少人為地對卡片的作弊行為。
二、盡量減少讀寫數(shù)據(jù)量；
卡片里的數(shù)據(jù)越多，讀寫的時間開銷越大，讀寫時間過長，出錯的機率更大。
1、在IC卡數(shù)據(jù)格式定義上，盡可能少用字符串的定義，如時間的定義按Unix的格式；公務卡里的免費范圍按位(Bit)義。既一個位代表一個免費路段。
2、在出口處理卡片信息上，可不對卡片內(nèi)容清空，而是在根據(jù)入口攜帶的信息計算出費率后，直接置回收標志，減少因清空卡里的信息所帶來的時間開銷。甚至還沒來的及清空數(shù)據(jù)，操作員已經(jīng)把卡片移走，導致無法清空數(shù)據(jù)。
3、盡量將數(shù)據(jù)壓縮在一個扇區(qū)內(nèi)。避免一個完整的數(shù)據(jù)字段被分割成兩段被定義在一個連續(xù)的兩個文件(扇區(qū))內(nèi)或不連續(xù)的兩個文件(扇區(qū))內(nèi)。
三、可能對讀寫數(shù)據(jù)進行驗證：
IC卡片里內(nèi)容的性質可根據(jù)需要分為，重要數(shù)據(jù)和次要數(shù)據(jù)。如入口區(qū)域編碼、路段編碼、站編碼、車型、車種時間等屬于重要的數(shù)據(jù)；入口收費員信息、工班信息等屬干次要信息。把重要的數(shù)據(jù)盡可能規(guī)劃到同一扇區(qū)的同一數(shù)據(jù)塊里。然后對重要的數(shù)據(jù)按字節(jié)進行累加求和或按位異或，然后把校驗結果放在卡里。在入口時，可對寫入卡片的內(nèi)容迅速的進行校驗，出口讀卡時將重要的數(shù)據(jù)按入口的校驗方法和卡里的校驗結果進行比較。通過這種校驗手段，可檢查出入口卡的信息是否被改寫過。
四、壞卡的查詢處理；
應用環(huán)節(jié)中的壞卡有三種：一、物理損壞的卡片；二、MAC碼信息錯；三、帶有錯誤信息的卡片。
物理損壞的卡片在讀寫機具上操作時是無任何反應的；MAC碼丟失，則提示MAC錯誤，這是卡片在使用過程中，被人為破壞導致MAC碼丟失；帶有錯誤信息的卡片是入口的重要信息丟失，無法根據(jù)入口信息計算費率。
對于壞卡的處理可采用出口壞卡查詢，它是根據(jù)操作員在出口的車道界面輸入的卡表面唯一號，并由系統(tǒng)軟件通過計算機網(wǎng)絡，結合后臺查詢服務程序，返回車輛入口的收費信息及圖像，作為出口車道的入口依據(jù)，重新計算出收費費率。以完成一次收費過程。
五、Mifare Pro卡刷卡失敗處理
Mifare Pro卡既雙界面CPU卡，也稱兩片式電子標簽。它既可以是接觸的讀寫(既通過不停車收費的車載設備(OBU)與路側設備(RSU)微波讀寫控制器通訊)又可以是在人工收費車道非接觸讀寫器上操作。儲值卡或記帳卡通常是采用這種這種卡片結構的。當然這要求讀寫機具同時要能讀寫、認證兩種卡片，整個刷卡過程當中是要經(jīng)過嚴密的認證過程的。在實際應用中，因刷卡操作不當，卡片在刷卡的過程中是會出現(xiàn)認證失敗或扣款失敗。也因此出現(xiàn)卡片的出口回寫標志已寫成功，而對電子錢包操作扣款又失敗的問題。即出現(xiàn)扣了款卻返回扣款失敗的錯誤碼。對于這個問題的解決，可通過前端軟件循環(huán)的邏輯判斷，判斷的條件是只能允許反復的對同一張卡片(既卡號相同)進行操作，直至所有認證通過并且完全扣款成功。僅當扣完款的卡片及成功回寫回收標志的卡片是不可以再次刷卡的。當然，除了從軟件上來防止錯誤，還可以采用前面提到的用卡箱的機械讀寫管理操作方式，避免錯誤。
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