基于XML的校園一卡通銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)架構(gòu)與實現(xiàn)

王 超，方詩虹

(1.西南民族大學信息與教育技術(shù)中心，四川 成都 610041；2.西南民族大學計算機科學與技術(shù)學院，四川 成都 610041)

近年來，隨著信息技術(shù)的迅猛發(fā)展，高校在智慧化校園的建設中，通過對校園一卡通系統(tǒng)的實際應用，在構(gòu)建校內(nèi)基礎(chǔ)數(shù)據(jù)平臺的同時，利用一卡通所具有的身份識別與金融消費兩大功能，實現(xiàn)了全校范圍內(nèi)數(shù)據(jù)標準的統(tǒng)一與資源共享，以及校內(nèi)消費的刷卡支付與財務結(jié)算的智能化管理[1].

校園一卡通系統(tǒng)建設初期，卡內(nèi)金額的充值完全由人工現(xiàn)場完成，但隨著一卡通業(yè)務范圍的擴展，用戶人數(shù)的逐漸增多，單純依靠人工充值的方式，已無法滿足校內(nèi)用戶方便、快捷的充值需求.銀行作為專業(yè)的金融服務機構(gòu)，擁有大量的現(xiàn)金存取設備、人工業(yè)務辦理場所，以及完備的資金結(jié)算流程[2].校園一卡通充值業(yè)務可與銀行現(xiàn)有平臺進行深度融合，利用其行業(yè)優(yōu)勢解決一卡通人工充值所帶來的各種問題.

1 校園一卡通銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)總體框架

銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)總體框架如圖1所示，該系統(tǒng)主要由銀校雙方各自擁有的前置服務器、應用管理平臺、數(shù)據(jù)庫，以及各類終端設備組成.通過校園一卡通銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)的建設，將現(xiàn)金的存取業(yè)務交由銀行處理，用戶既可使用和一卡通綁定的銀行卡在校外進行社會消費，又可利用銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)的專用設備或應用軟件向校園一卡通充值，然后通過校園一卡通管理平臺實現(xiàn)校內(nèi)刷卡消費，以及財務自動結(jié)算[3].基于校內(nèi)應用需求與銀行金融規(guī)范綜合考慮，既要在保證實時數(shù)據(jù)交互的同時，還需保障數(shù)據(jù)傳輸過程中，各個應用系統(tǒng)與校內(nèi)用戶的資金安全.因此，銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)設計為單向交易處理架構(gòu)模式，即僅限于用戶資金由銀行卡向一卡通內(nèi)轉(zhuǎn)入(圈存業(yè)務)，而無一卡通向銀行卡轉(zhuǎn)出渠道(圈取業(yè)務)[4].銀行卡并不介入校園一卡通校內(nèi)應用范圍內(nèi)的交易，而校園一卡通也不具備在校外金融消費功能.

1.1 銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)功能架構(gòu)

將一卡通用戶銀行卡內(nèi)的部分金額，通過專有設備劃轉(zhuǎn)至校園一卡通系統(tǒng)IC卡電子錢包中的過程稱為“圈存”[5].銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)，即通過校園前置服務器網(wǎng)卡A經(jīng)網(wǎng)絡運營商的SDH(Synchronous Digital Hierarchy，同步數(shù)字體系)電路傳輸服務與銀行前置服務器網(wǎng)卡B鏈接，采用Socket通信機制作為系統(tǒng)的數(shù)據(jù)通道，把銀行前置機設置為Socket Server，啟動監(jiān)聽服務，校園前置機設置為 Socket Client，主動連接Server.校園前置服務器網(wǎng)卡B與校內(nèi)網(wǎng)絡相連，通過以校園網(wǎng)為主干線路的一卡通網(wǎng)絡，采用專網(wǎng)或VLAN(Virtual Local Area Network，虛擬局域網(wǎng))的劃分方式，將一卡通管理平臺、一卡通數(shù)據(jù)庫、圈存設備管理系統(tǒng)彼此進行鏈接，待交易完成后，可根據(jù)轉(zhuǎn)賬金額對數(shù)據(jù)庫內(nèi)用戶的一卡通余額進行改寫.而圈存服務器則通過校園網(wǎng)管理著部署在校內(nèi)各個場所的圈存設備.為保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)目旖?、可靠，以及用戶的資金安全，還可將圈存系統(tǒng)中的專用機具采用MAC+IP在一卡通管理平臺注冊的方式，使其設備在邏輯上與物理上均與校內(nèi)其他設備進行有效隔離[6].

圖1 系統(tǒng)總體框架Fig.1 System overall framework

每個交易日，由校園前置服務器遠程登錄銀行前置機，在登錄成功后，開始進行校銀簽約.首先由校方生成簽約報文，報文經(jīng)過密鑰加密后，將其發(fā)送至銀行前置服務器，銀行方對其解密處理，然后送至綜合業(yè)務管理平臺，平臺根據(jù)用戶需求進行相應處理，處理成功后返回校園前置機交易代碼，最后開始處理批量簽約結(jié)果文件[7].操作完成后，開始日常一卡通銀校圈存轉(zhuǎn)賬業(yè)務工作.一卡通銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)業(yè)務流程如圖2所示.運行結(jié)束后，在銀、校雙方約定的時間，停止交易，由銀行綜合業(yè)務管理平臺生產(chǎn)交易明細文件，銀行前置機將其取得后，生成對賬報文，放在其預設的目錄之下，由校園前置機通過FTP下載，進行每日對賬流程.

1.2 銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)業(yè)務流程

1)用戶放入一卡通卡片，讀卡器讀取卡片ID后，提示輸入一卡通賬號、密碼;

2)在網(wǎng)絡暢通的狀態(tài)下，由一卡通應用系統(tǒng)判斷其用戶身份是否有效;

3)根據(jù)用戶操作請求生成數(shù)據(jù)報文，加工處理后，經(jīng)校園前置機發(fā)送至銀行前置機;

4)報文解密，由銀行綜合業(yè)務系統(tǒng)判定用戶身份、用戶權(quán)限是否有效，查詢用戶銀行卡余額，賬戶扣款成功后，返回交易成功代碼;

5)校園前置機接收到銀行報文，根據(jù)銀行交易代碼，由一卡通平臺為用戶增款，若失敗，則提示交易失敗，并向銀行返回錯誤代碼，根據(jù)其生產(chǎn)的交易流水號，產(chǎn)生交易回退事件，銀行進行沖正處理;

6)交易完成后，提示用戶取卡，業(yè)務流程結(jié)束.

圖2 系統(tǒng)業(yè)務流程Fig.2 System business process

1.3 銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)XML數(shù)據(jù)報文

報文是指通訊雙方應遵循的一種數(shù)據(jù)組織形式，它所包含的各類數(shù)據(jù)信息通過封裝、拆解進行數(shù)據(jù)格式的轉(zhuǎn)變與信息的交互[8].當前應用較為廣泛的數(shù)據(jù)報文有 8583、MDB、DBF、XML、自定義等幾種類型.8583作為銀行傳統(tǒng)的標準報文格式，最多由128個字段域組成，每個域皆為行業(yè)內(nèi)部約定的標準描述，如交易代碼、交易金額、交易時間、以及服務類型等，但因其字段數(shù)量限制，帶來擴充不便等缺點[9].MDB與DBF作為關(guān)系型數(shù)據(jù)庫報文格式，有著需嚴格遵循的數(shù)據(jù)格式與長度規(guī)范，但因其個體尺寸較大，不適應于需大量實時交換數(shù)據(jù)的應用場景[10].而自定義報文格式，雖格式靈活多變，擴充自由，但無行業(yè)標準可供遵循，通訊雙方的報文格式、數(shù)據(jù)類型缺少約束條件，平臺沒有定義的全局數(shù)據(jù)字典，因而無法保證不同交易平臺在處理中的一致性.

XML(eXtensible Markup Language，可擴展標記語言)是 W3C(World Wide Web Consortium，World Wide Web Consortium，萬維網(wǎng)聯(lián)盟)發(fā)布的一種元標記語言.作為SGML(Standard Generalized Language，標準通用標記語言)的子集，XML可根據(jù)用戶的自身需求，自己定義賦有內(nèi)涵的標記，通過這些標記來精確地表述事件中所含信息的各類意義[11].XML運用Unicode標準編碼，采用樹狀結(jié)構(gòu)，利用文本文件的格式對各種信息進行存儲.樹狀結(jié)構(gòu)的每一個節(jié)點均為事件中的每一個對象，而對象則可映射為相應的元素(Element)，元素是標記(Tag)與內(nèi)容的集合.作為半結(jié)構(gòu)化的語言，XML通過元素之間的嵌套關(guān)系對信息進行描述，因其樹狀化、層次化的文本結(jié)構(gòu)，在應用時無需使用數(shù)據(jù)庫系統(tǒng)[12].

總體而言，XML具有的自身特性為異構(gòu)平臺的數(shù)據(jù)交互提供了可能.首先，XML具有較強的精準性.XML在嚴格要求標記配對嵌套的基礎(chǔ)上，內(nèi)容描述與顯示方式相分離，用戶可分別針對內(nèi)容或顯示形式進行修改，兩者之間互不影響，從而使得整體結(jié)構(gòu)清晰，便于用戶閱讀與維護[13].其次，XML具有優(yōu)秀的可擴展性.XML作為元標記語言，用戶可根據(jù)自身需求定義標記，以充分表述文件內(nèi)容.同時還可依據(jù)DTD(Document Type Definition，文檔類型定義)或XML Schema的驗證機制，規(guī)范元素與屬性格式，避免命名之間的沖突，以保證信息在多種異構(gòu)平臺的延伸.最后，XML具有良好的開放性.XML基于純文本的標記語言，語法規(guī)則簡單易用，元素定義短小精干，在支持各類語言，以及多種編譯工具的前提下，可在不同的平臺系統(tǒng)中使用.因此，XML作為當今社會通用的數(shù)據(jù)交互模式，它與語義的無關(guān)性、結(jié)構(gòu)的無關(guān)性、平臺的無關(guān)性，將會為異構(gòu)系統(tǒng)之間的數(shù)據(jù)集成帶來極大的便利[14].通過以上描述，XML數(shù)據(jù)報文具有在異構(gòu)平臺之間準確、實時交互信息的基本特性，一卡通銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)可采用XML文檔作為報文格式描述文件.

一卡通銀校轉(zhuǎn)賬平臺根據(jù)其學校自身情況，可采用“一對一”或“一對多”業(yè)務關(guān)系，即一所高校一卡通轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)，可同時與一家或多家銀行進行數(shù)據(jù)交互，其采用的模式為：以HTTP傳輸協(xié)議為基礎(chǔ)，利用規(guī)范的XML報文格式對每一條報文進行描述，按平臺預先設定的統(tǒng)一標準接入方式接入，即可實現(xiàn)在多個異構(gòu)系統(tǒng)運行的前提下，平臺數(shù)據(jù)的實時交互[15].此類XML數(shù)據(jù)報文，可利用文檔腳本描述其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與屬性內(nèi)容.即用元素描述數(shù)據(jù)字段信息，結(jié)構(gòu)嵌套中的子元素描述組數(shù)據(jù)，用元素的屬性描述數(shù)據(jù)字段的相關(guān)內(nèi)容[16].

銀校轉(zhuǎn)帳系統(tǒng)數(shù)據(jù)報文由基本信息、報文頭、報文體三大部分組成：①基本信息(Message_Inf)，即客戶端與服務器之間，數(shù)據(jù)通訊所需的基礎(chǔ)信息，主要是對通訊報文的基本屬性進行描述，包括系統(tǒng)版本號(version)，格式設置為1.0.時間標識(time)，格式設置為 YYYY：MM：DD：HH：MIN：SS;②報文頭(Message_Header)包含通訊雙方用戶身份信息，分別為報文發(fā)送方與報文響應方，其元素名稱(name)即報文的發(fā)送方或接收方，如XX大學或XX銀行，用戶角色(role)定義為該條報文的交易發(fā)起者，或交易接收者.ID號是銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)中是標識每個機構(gòu)身份信息的數(shù)字編碼，具有唯一性，且固定不變;③報文體(Message_Body)，根據(jù)用戶需求的不同，其內(nèi)容分別為請求信息或響應信息，請求信息中包含一卡通用戶個人基本信息，以及行為操作等內(nèi)容，如交易代碼，以此用于對其操作動作進行區(qū)分，例如可設置為00006轉(zhuǎn)賬，00007查詢余額等.每一條交易數(shù)據(jù)均會自動產(chǎn)生一條流水號，用于每日對賬，以及數(shù)據(jù)存儲與數(shù)據(jù)檢索.數(shù)據(jù)組中包含了用戶的校園卡卡號、身份證號、轉(zhuǎn)賬金額等內(nèi)容.響應信息主要包含銀行方返回的交易代碼，用于表示交易狀態(tài)成功或失敗.若交易失敗，則會根據(jù)銀行業(yè)務系統(tǒng)所提供的數(shù)據(jù)，顯示失敗原因，如個人信息不符，卡內(nèi)余額不足，賬戶狀態(tài)異常等等.報文信息描述如下：

1.4 銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)XML數(shù)據(jù)報文加密

銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)中的XML數(shù)據(jù)報文在網(wǎng)絡中傳送，其安全性問題需要著重關(guān)注.傳統(tǒng)的SSL/TSL雖然能夠?qū)崿F(xiàn)端到端的通訊安全保護，但加密方式需對整個文檔進行加密，這將導致在某個時間段內(nèi)傳送大量數(shù)據(jù)會產(chǎn)生性能方面的問題.而XML安全機制則可提供多種加密粒度以供用戶選擇，即既可加密整個文檔內(nèi)容，也可加密單個元素，或者加密元素內(nèi)容.同時，XML加密過程不會改變文檔格式，加密后的密文依舊是格式良好的XML文檔[17].在本案研究中，因元素Message_Body內(nèi)包含有用戶卡號、密碼，以及操作行為等涉及個人金融安全的內(nèi)容，需針對Message_Body進行加密.以下是加密Message_Body元素后的X ML文檔.

根據(jù)以上文檔將加密數(shù)據(jù)封裝于EncryptedData元素中以實現(xiàn)對XML報文加密.EncryptionMethod使用URI唯一標識中所采用的加密算法，以保證銀行、學校雙方在算法上的一致.在本案例中，URI使用tripledes進行加密，并通過CBC填充.CipherData則作為加密后的密文，CipherValue用于封裝實際的加密數(shù)據(jù).

1.5 銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)XML配置文件

在系統(tǒng)實際運行過程中，還需考慮校內(nèi)各個職能部門今后對一卡通銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)新的需求，以及整個業(yè)務平臺的功能擴展或升級改造.為體現(xiàn)其開放兼容性與靈活擴展性，平臺需提供統(tǒng)一標準的數(shù)據(jù)接口，以供接入雙方使用[18].為方便應用程序跨平臺的存取與調(diào)用，一般將數(shù)據(jù)接口的配置參數(shù)存放于XML文件中，當每天服務啟動時，系統(tǒng)將首先讀取配置文件中的參數(shù)內(nèi)容，根據(jù)接口參數(shù)去獲取相關(guān)信息.XML配置文件部分內(nèi)容如下：

2 實驗驗證系統(tǒng)

2.1 實驗環(huán)境

硬件部分包括：Intel(R)Xeon(R)2.6GHZ 2CPU，內(nèi)存為32G.HUAWEI16口光纖交換機，銀、校雙方采用SDH連接.

軟件部分包括：操作系統(tǒng)Windows Server 2008 R2 Enterprise，F(xiàn)TP服務器軟件 Serv-U，數(shù)據(jù)庫MySQL Server 5.0，JDK1.6與 Jboss4.2.

實驗場景選?。簢鴥?nèi)某大學，一卡通用戶數(shù)4萬余人，人工充值點位5個，自助圈存終端16個.年充值金額1.3億元.

2.2 實驗結(jié)果

系統(tǒng)上線5個月內(nèi)，對全校用戶產(chǎn)生的人工充值與自助圈存的交易金額、交易次數(shù)進行記錄，如表1所示.根據(jù)表1數(shù)據(jù)，將人工充值與自助圈存每個點位一天的交易次數(shù)進行計算

全校用戶在使用銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)后，人工充值金額及次數(shù)大幅下降，每個人工充值點由最初的311筆/天，下降至27筆/天.而每臺自助圈存終端則由最初的13筆/天，上升至166筆/天.其趨勢如圖3所示.

表1 數(shù)據(jù)記錄Table 1 Data record

圖3 每月日均交易數(shù)Fig.3 Daily average transaction per month

3 結(jié)語

本文提出了一種基于XML的一卡通銀校轉(zhuǎn)賬系統(tǒng)架構(gòu)，并較為詳細的闡述了其業(yè)務流程.同時，利用XML所具有的精準性、可擴展性、開放性等特質(zhì)，實現(xiàn)了在學校與銀行這兩個異構(gòu)平臺之間安全、可靠、實時的傳送XML數(shù)據(jù)報文.應用結(jié)果驗證了此系統(tǒng)降低了學校在一卡通充值方面的人力開銷，提高了數(shù)據(jù)實時交互的工作效率，能夠滿足一卡通用戶方便、快捷的自助圈存需求.但是，該系統(tǒng)在處理數(shù)據(jù)報文的封裝與解析上，耗時較長，未來還將針對此問題進行優(yōu)化，提高其運行效率.