基于中間件技術(shù)的電子超市代收電費平臺的研究與應(yīng)用

吳天琪　徐法強(qiáng)

摘要：文章主要介紹了利用UNIX下的多進(jìn)程軟件設(shè)計、中間件和數(shù)字簽名技術(shù)來實現(xiàn)第三方代收電費平臺的設(shè)計與應(yīng)用。利用第三方代收平臺進(jìn)行電費收取，在充分利用社會資源的同時，又要確保通信數(shù)據(jù)的安全性和可靠性，以及電費資金的安全和優(yōu)質(zhì)服務(wù)管理。

關(guān)鍵詞：多進(jìn)程；中間件；數(shù)字簽名；資金安全

中圖分類號：TM769文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1674-1145（2009）17-0197-03

一、引言

近年來，成都城市發(fā)展的步伐不斷加快，居民戶表客戶數(shù)量劇增，電力系統(tǒng)面對的收費壓力極大。成都由于地處內(nèi)地，消費觀念還跟不上沿海發(fā)達(dá)地區(qū)，客戶還習(xí)慣用現(xiàn)金消費，居民繳費的客戶群年齡普遍偏大，以中老年為主，接受電話銀行、網(wǎng)上銀行、委托代扣等新生事物慢，但時間較為充裕，活動范圍不大，主要局限在居住的社區(qū)附近，對就近繳納電費有強(qiáng)烈的需求。為了切實解決“繳費難”的問題，我們先后采取了多項措施：完善銀行代收電費系統(tǒng)；改造供電營業(yè)廳，以擴(kuò)大收費容量；利用外租網(wǎng)點、社區(qū)服務(wù)站、城郊接合部等新增了自主收費網(wǎng)點；大力推廣以委托代扣為主的電費直通車業(yè)務(wù)，加強(qiáng)與銀行的溝通、協(xié)調(diào)。雖然采取了大量措施，“繳費難”的矛盾得到了一定程度的緩解，但問題仍然普遍存在。

二、電子超市簡介

電子超市是一種建立在居民社區(qū)有人值守的數(shù)字化社區(qū)電力服務(wù)平臺，以方便居民客戶繳納電費為主，并逐步拓展到水、氣、電話、手機(jī)等多種費用的收取業(yè)務(wù)，使客戶可在該處像超市一樣一次性繳清多項費用。該種收費方式具備以下特點：專業(yè)收費、貼近社區(qū)市民、現(xiàn)金收費、營業(yè)時間長、一站式服務(wù)等。

由于成都市大多數(shù)老百姓習(xí)慣于現(xiàn)金繳費方式，銀行抵觸的也主要是現(xiàn)金繳費，電子超市均以現(xiàn)金方式代收電費，解決“繳費難”問題恰好切中要點。該平臺除代收電費外，還代收其他相關(guān)能源和通信費用，能滿足老百姓一站交清相關(guān)費用的需求。（如圖1）

三、交易中間件技術(shù)簡介

中間件（middleware）是基礎(chǔ)軟件的一大類，屬于可復(fù)用軟件的范疇。中間件處于操作系統(tǒng)軟件與用戶的應(yīng)用軟件的中間。中間件在操作系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)和數(shù)據(jù)庫之上，應(yīng)用軟件的下層，總的作用是為處于自己上層的應(yīng)用軟件提供運行與開發(fā)的環(huán)境，幫助用戶靈活、高效地開發(fā)和集成復(fù)雜的應(yīng)用軟件。中間件是一種獨立的系統(tǒng)軟件或服務(wù)程序，分布式應(yīng)用軟件借助這種軟件在不同的技術(shù)之間共享資源，中間件位于客戶機(jī)服務(wù)器的操作系統(tǒng)之上，管理計算資源和網(wǎng)絡(luò)通信。

企業(yè)級的交易中間平臺是在分布、異構(gòu)環(huán)境下提供保證交易完整性和數(shù)據(jù)完整性的一種環(huán)境平臺。在分布式事務(wù)處理系統(tǒng)中要處理大量事務(wù)，常常在系統(tǒng)中要同時做上萬筆事務(wù)。在聯(lián)機(jī)事務(wù)處理系統(tǒng)（OLTP）中，每筆事務(wù)常常要多臺服務(wù)器上的程序順序地協(xié)調(diào)完成，一旦中間發(fā)生某種故障時，不但要完成恢復(fù)工作，而且要自動切換系統(tǒng)，達(dá)到系統(tǒng)永不停機(jī)，實現(xiàn)高可靠性運行；同時要使大量事務(wù)在多臺應(yīng)用服務(wù)器能實時并發(fā)運行，并進(jìn)行負(fù)載平衡地調(diào)度，實現(xiàn)昂貴的可靠性機(jī)和大型計算機(jī)系統(tǒng)同等的功能，為了實現(xiàn)這個目標(biāo)，要求系統(tǒng)具有監(jiān)視和調(diào)度整個系統(tǒng)的功能。根據(jù)X/OPEN的DTP（Distributed Transaction Processing）模型規(guī)定，一個分布式交易處理系統(tǒng)應(yīng)由事務(wù)處理、通信處理以及資源管理三部分組成。

四、電子超市代收電費平臺的方案設(shè)計

本平臺嚴(yán)格遵循J2EE框架規(guī)范，同時使用了其SERVLET/JNDI等規(guī)范，我們將各種規(guī)范應(yīng)用于實際開發(fā)，同時采用一些比較成熟的開源框架，如STRUTS等技術(shù)，快速建立滿足產(chǎn)品需求的應(yīng)用系統(tǒng)。J2EE使用多平臺的分布式應(yīng)用模型，應(yīng)用邏輯按照功能劃分為組件，各個應(yīng)用組件根據(jù)他們所在的層次分布在不同的應(yīng)用服務(wù)器上。J2EE的多層企業(yè)級應(yīng)用模型將兩層化模型中的不同層面切分成許多層，一個多層化應(yīng)用能夠為不同的每種服務(wù)提供一個獨立的層次，以下是J2EE典型的層次結(jié)構(gòu)：（1）運行在客戶端上的客戶端組件（一般是用瀏覽器作為載體）；（2）運行在J2EE服務(wù)器上的WEB容器；（3）運行在J2EE服務(wù)器上的EJB容器。

電費代收平臺的整體邏輯設(shè)計。（如圖2）

電費代收平臺分為功能子系統(tǒng)、數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)和基礎(chǔ)子系統(tǒng)三部分，代收機(jī)構(gòu)前置機(jī)通過交易中間件與收費接口軟件通信，利用不同的技術(shù)手段實現(xiàn)收費接口軟件不同的功能要求。這種結(jié)構(gòu)的設(shè)計充分體現(xiàn)了模塊化、松耦合的設(shè)計原則。通過基礎(chǔ)支撐服務(wù)子系統(tǒng)，保證了每個子系統(tǒng)之間的最大的獨立性。在系統(tǒng)內(nèi)部，通過交易中間件平臺進(jìn)行系統(tǒng)消息的交互，實現(xiàn)了子系統(tǒng)之間松耦合的聯(lián)系。

基礎(chǔ)支撐子系統(tǒng)處理收費接口軟件與業(yè)務(wù)無關(guān)的邏輯?；A(chǔ)支撐軟件接受到交易處理的請求后，將提取相關(guān)信息進(jìn)行安全論證以及日志記錄，并分析請求頭信息，根據(jù)請求信息，動態(tài)的裝載協(xié)議并將該交易交給業(yè)務(wù)協(xié)議包去處理，將處理結(jié)果返回給代收機(jī)構(gòu)前置機(jī)。

功能子系統(tǒng)負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)通信，安全論證，一般交易日志的紀(jì)錄，交費消息，沖正消息等收費日志的記錄等，交易協(xié)議的裝載以及路由、收費、查費、打印發(fā)票等業(yè)務(wù)相關(guān)交易等系統(tǒng)基本功能。

數(shù)據(jù)庫子系統(tǒng)實現(xiàn)了對交易日志、收費日志、代收客戶端訪問權(quán)限等基礎(chǔ)數(shù)據(jù)的定義、存儲和管理、提供了對大規(guī)模并行數(shù)據(jù)的可靠寫入和快速查詢、收費交易協(xié)議具體實現(xiàn)訪問、實現(xiàn)收費業(yè)務(wù)功能。（系統(tǒng)功能架構(gòu)如圖3）

五、電子超市代收電費平臺方案實現(xiàn)

電子超市收費平臺采用SCO UNIX下的C開發(fā)，采用交易中間件技術(shù)，應(yīng)用多進(jìn)程SOCKET服務(wù)技術(shù)處理并發(fā)用戶的請求，交易接口采用基于TCP/IP協(xié)議短連接方式的SOCKET通信架構(gòu)。

（一）企業(yè)級的交易中間件平臺的應(yīng)用

針對收費平臺系統(tǒng)的特點，我們采用東方通中間件進(jìn)行系統(tǒng)開發(fā)。該交易中間件提供了高效的并發(fā)處理能力，即保證日均處理業(yè)務(wù)量、峰值處理業(yè)務(wù)量能達(dá)到業(yè)務(wù)系統(tǒng)的要求。交易中間件采用高效的通信處理技術(shù)，如鏈路復(fù)用、滑動窗口、數(shù)據(jù)包壓縮、傳輸優(yōu)先級等來充分利用網(wǎng)絡(luò)帶寬，保證傳輸效率;同時交易中間件利用服務(wù)器并發(fā)訪問控制技術(shù)，并行處理和管理多個服務(wù)請求，有效地保障了業(yè)務(wù)系統(tǒng)的處理效率。

交易中間件通過監(jiān)控和管理系統(tǒng)中的每筆交易，根據(jù)一定的交易管理方法，解決因硬件故障、網(wǎng)絡(luò)故障、人為故障等原因帶來的交易完整性問題，從而將業(yè)務(wù)系統(tǒng)的錯誤率降到最低限度。

交易中間件可以監(jiān)控當(dāng)前系統(tǒng)運行狀態(tài)，包括客戶數(shù)、系統(tǒng)提供的服務(wù)數(shù)、每一服務(wù)被調(diào)用次數(shù)等。管理員可以啟動或停止其中的任一服務(wù)而不影響其他服務(wù)，系統(tǒng)本身也會根據(jù)運行情況進(jìn)行動態(tài)平衡。多機(jī)群集運行時，若某一主機(jī)出現(xiàn)故障，交易中間件能自動將交易請求送到備機(jī)上運行。通過交易中間件技術(shù)，簡化了系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)和處理過程，提供了對系統(tǒng)運行情況的實時監(jiān)控，從而使系統(tǒng)運行故障率大大降低，提高了系統(tǒng)的可管理性，減少了系統(tǒng)的總體投入。

實現(xiàn)方式如下：

/******************************************************************

** 電子超市收費

** 收費查詢

******************************************************************/

INT32 BankElec_GetOweFee(void *source,UINT32 sourcesize,void *result,UINT32 *resultsize)

{

CS_DATAFMT target_format,t_format;

┊

return SYSTEMSUCCEED;}

/******************************************************************

** 電子超市收費

** 收費確認(rèn)

******************************************************************/

INT32 BankElec_DoCharge(void *source,UINT32 sourcesize,void *result,UINT32 *resultsize)

{ CS_DATAFMT target_format,t_format;

┊

return SYSTEMSUCCEED;}

（二）收費安全體系建設(shè)

針對電子超市收費數(shù)據(jù)安全要求，我們提出新的安全通信規(guī)約和數(shù)字簽名等安全措施。在電業(yè)局內(nèi)部建設(shè)一個企業(yè)內(nèi)部數(shù)字證書認(rèn)證中心（CA中心），作為權(quán)威認(rèn)證機(jī)構(gòu)，由此CA發(fā)放證書給各收費終端、電業(yè)局代收系統(tǒng)服務(wù)器以及代收平臺服務(wù)器，以保證各個交易實體之間身份的真實性，可靠性和交易信息的完整性和不可抵賴性。數(shù)字簽名技術(shù)使用RSA算法實現(xiàn)數(shù)字簽名功能，在RSA算法中，私鑰有兩部分組成，一個是公鑰，一個是私鑰，用戶使用私鑰對要交易的數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，也就是進(jìn)行簽名，交易對方可以使用公鑰解密交易數(shù)據(jù)，但是對方無法修改交易數(shù)據(jù)，這樣保證了交易數(shù)據(jù)的完整、不可更改、不可抵賴。在圖4中，由根CA直接簽發(fā)終端實體證書，發(fā)放給各個客戶端和服務(wù)器使用，對各個繳費客戶端采用強(qiáng)身份認(rèn)證機(jī)制，解決傳統(tǒng)靜態(tài)口令的安全隱患，確保進(jìn)入系統(tǒng)的客戶端身份的唯一性和真實性，以防他人非法獲取繳費點賬號和密碼信息而進(jìn)入代收平臺進(jìn)行非法操作。

采用證書簽到時，需要經(jīng)過兩次驗證，分為兩個交易。

一次驗證時由客戶端生成隨機(jī)挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)傳給服務(wù)器，服務(wù)器根據(jù)該挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)生成驗證信息回傳給客戶端，客戶端驗證服務(wù)器的有效性。

二次驗證時，由客戶端驗證服務(wù)器通過后，從其驗證信息中取得隨機(jī)挑戰(zhàn)數(shù)據(jù)，生成客戶端的驗證信息，并傳給服務(wù)器，由服務(wù)器驗證客戶端的有效性。

收費平臺采用鏈路級的加密，實現(xiàn)服務(wù)器和客戶端之間的通信安全保證。采用了對稱密鑰技術(shù)對服務(wù)端和客戶端之間傳輸?shù)臄?shù)據(jù)信息進(jìn)行加密處理，在客戶端和服務(wù)端使用同一密鑰進(jìn)行信息的加解密處理。

客戶端發(fā)送簽到交易消息請求，收費平臺提取其中的論證信息（用戶名、密碼等），到收費平臺安全解決機(jī)制中進(jìn)行相關(guān)驗證，驗證通過后收費平臺產(chǎn)生一個臨時的令牌，并建立相應(yīng)的契約，發(fā)送給客戶端?？蛻舳嗣看谓灰讜r需要攜帶該令牌，收費平臺消息監(jiān)控器將監(jiān)控每個交易中的相應(yīng)令牌信息，進(jìn)行驗證，驗證通過后既進(jìn)行相應(yīng)的交易處理，保證每筆交易的安全性。

（三）交易接口和數(shù)據(jù)包

交易接口為TCP短連接方式，使用TCP/IP協(xié)議，數(shù)據(jù)包格式采用TCP數(shù)據(jù)包頭+應(yīng)用數(shù)據(jù)包體。

TCP/IP數(shù)據(jù)包頭

struct CtlMsg {

unsigned char XX;

/*是否還有更多的包？ */

unsigned char XX;

/*包類型*/

…….

/*一類的結(jié)束*/

unsigned char XX; /*保留位*/

XX XX;

/*包序號 */

unsigned short XX;

/*包實際傳的長度*/

…….

/*發(fā)起請求的進(jìn)程號，每個請求是唯一的，網(wǎng)絡(luò)字節(jié)序*/

};/*包控制信息*/

Struct XX {

char XX /*交易類型*/

char XX /*交易目的地*/

……. /*交易發(fā)起地*/

};/*包頭部信息*/

struct XX {

struct CtlMsg XX;

struct Header XX;

……. /*包傳輸內(nèi)容*/

};/*包結(jié)構(gòu)*/

（四）資金安全管理

針對電子超市代收平臺，我們根據(jù)不同電價類別通過實時累計其電費收費總金額并與代收機(jī)構(gòu)銀行賬戶資金進(jìn)行比對，當(dāng)其賬戶資金量低于系統(tǒng)保證值時自動報警，并提示代收機(jī)構(gòu)存入足夠金額的電費保證金至電業(yè)局資

金賬戶，以保證電費資金的安全性。

六、結(jié)語

本平臺的建設(shè)應(yīng)用，極大地緩解了電費收費的壓力，廣大用電客戶對此給予了廣泛的好評和認(rèn)可，使廣大居民客戶可以就近繳費，可以在下班后繳費，可以一次性繳納多種費用，尤其適應(yīng)普通百姓繳納現(xiàn)金的消費習(xí)慣，受到在廣大老百姓的普遍歡迎，使百姓體驗到黨和政府建設(shè)和諧社會的成果，目前電子超市已經(jīng)成為老百姓現(xiàn)金繳費的主要渠道之一。通過開發(fā)和應(yīng)用該系統(tǒng)能有效提高營銷系統(tǒng)的成熟度，推動系統(tǒng)的實用化解決各銀行代收居民電費有時間限制的問題。緩解供電營業(yè)廳的收費壓力，節(jié)省客戶寶貴時間，免去了排隊的煩惱；極大地提升了企業(yè)的服務(wù)水平。

參考文獻(xiàn)

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作者簡介：吳天琪（1974- ），女（回族），四川成都人，成都電業(yè)局專責(zé)，助理工程師，研究方向：電價與電費管理；徐法強(qiáng)（1977- ），男，山東聊城人，成都電業(yè)局專責(zé)，工程師，研究方向：計算機(jī)應(yīng)用。