校園一卡通系統(tǒng)安全建設(shè)方案的研究與設(shè)計

楊翠翠

（中央財經(jīng)大學(xué)網(wǎng)絡(luò)信息中心，北京 100081）

1 引言

校園一卡通是我國特有的高等教育體系以及國家日益重視的教育信息化戰(zhàn)略和方針下的產(chǎn)物，符合我國高等教育機(jī)構(gòu)全面信息化管理的要求，滿足政策公開、財務(wù)透明、方便學(xué)生的高校日常工作管理需要，是校園信息化管理的重要手段與方式，是促進(jìn)高校管理信息化、提高財務(wù)管理水平和管理效益的重要舉措，更是數(shù)字化校園建設(shè)進(jìn)程中的基礎(chǔ)應(yīng)用和數(shù)據(jù)來源。

校園一卡通系統(tǒng)的建設(shè)目標(biāo)是用一卡通來替代校園內(nèi)正在使用的洗澡卡、飯卡、上機(jī)卡、醫(yī)療卡、考勤卡、門禁卡、借書卡等各類功能卡，最終實現(xiàn)“一卡在手，走遍校園”的目標(biāo)。這是高校數(shù)字化校園建設(shè)的重要內(nèi)容，也是信息化工作的重點環(huán)節(jié)，是為廣大師生的學(xué)習(xí)、科研、生活提供便利的一種有效方法。

2 校園一卡通系統(tǒng)的建設(shè)現(xiàn)狀

當(dāng)前，大部分高校已經(jīng)建成了基礎(chǔ)的校園一卡通系統(tǒng)，主要涵蓋了數(shù)據(jù)交換平臺、卡務(wù)中心平臺、財務(wù)清算系統(tǒng)、消費子系統(tǒng)、身份識別類子系統(tǒng)、第三方接口組合、自助服務(wù)平臺等主要功能。

數(shù)據(jù)交換平臺，是一卡通核心數(shù)據(jù)平臺，由后臺處理系統(tǒng)、配置管理系統(tǒng)、信息同步系統(tǒng)、遠(yuǎn)程監(jiān)控系統(tǒng)等模塊組成，主要實現(xiàn)了對校園一卡通數(shù)據(jù)的統(tǒng)一存儲、管理和信息共享。

卡務(wù)中心平臺，主要負(fù)責(zé)制卡、開戶、補助發(fā)放、信息查詢等卡務(wù)相關(guān)內(nèi)容。財務(wù)清算系統(tǒng)， 包含了財務(wù)清算、系統(tǒng)結(jié)賬、報表生成等功能模塊。

消費子系統(tǒng)，目前包含食堂、校醫(yī)院、商鋪、浴室、圖書館、班車等刷卡消費場景。

身份識別類子系統(tǒng)，主要包含學(xué)生宿舍門禁、圖書館通道機(jī)、辦公區(qū)域門禁、網(wǎng)絡(luò)弱電間門禁等。

第三方接口組合，主要是指同圖書館借還書系統(tǒng)、選座系統(tǒng)、多媒體設(shè)備刷卡系統(tǒng)、體育管理系統(tǒng)、成績單打印系統(tǒng)、購電系統(tǒng)等相關(guān)系統(tǒng)的對接接口。

自助服務(wù)平臺，主要包括自助服務(wù)機(jī)、現(xiàn)金充值機(jī)、自助補卡機(jī)，為廣大師生提供掛失、補卡、修改密碼、限額變更、銀校轉(zhuǎn)賬、網(wǎng)費充值、自助購電、補助領(lǐng)取等相關(guān)業(yè)務(wù)。

高校校園一卡通系統(tǒng)的系統(tǒng)架構(gòu)圖如圖1所示。

大部分高校校園一卡通系統(tǒng)的核心功能已經(jīng)基本完成，但基于該系統(tǒng)的安全建設(shè)方案還未真正起步。雖然校園一卡通系統(tǒng)的應(yīng)用大大推動了高校的改革和發(fā)展，卻同時也帶了諸多的安全問題，如何有效強(qiáng)化校園一卡通系統(tǒng)的安全管理成為了高校所面臨的一項重大挑戰(zhàn)。必須要采取有效的措施來加強(qiáng)校園一卡通系統(tǒng)的安全管理，以保證系統(tǒng)應(yīng)用的安全可控。

3 校園一卡通系統(tǒng)安全建設(shè)方案的研究

校園一卡通系統(tǒng)是智慧校園的主要組成部分，它對內(nèi)同各個第三方應(yīng)用系統(tǒng)、對外與銀行系統(tǒng)進(jìn)行對接。它實現(xiàn)了對校園卡信息的科學(xué)管理和信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)共享，同時也存在各種安全威脅，例如數(shù)據(jù)傳輸錯誤、數(shù)據(jù)竊取、系統(tǒng)攻擊等。

校園一卡通系統(tǒng)安全建設(shè)方案的研究，主要從校園一卡通系統(tǒng)存在的安全問題以及安全建設(shè)方案的設(shè)計原則兩個方面展開。

3.1 校園一卡通系統(tǒng)存在的安全問題

一卡通系統(tǒng)的運行除了前端應(yīng)用外，還與后端基礎(chǔ)網(wǎng)絡(luò)和硬件息息相關(guān)。隨著技術(shù)的不斷發(fā)展，一卡通在數(shù)字化校園中的重要性逐漸增強(qiáng)，其安全問題也與日俱增。校園一卡通系統(tǒng)主要存在六方面的安全問題。

（1）網(wǎng)絡(luò)和通信安全問題

為了保證校園一卡通的通信和網(wǎng)絡(luò)安全，有的高校采用專用物理網(wǎng)絡(luò)，有的高校通過分離校園網(wǎng)的Vlan網(wǎng)絡(luò)。但無論何種方式，由于網(wǎng)絡(luò)端口遍布校園各處，不法分子可接入到一卡通網(wǎng)絡(luò)，存在散播病毒、冒充網(wǎng)關(guān)的安全風(fēng)險。此外，一卡通的食堂POS機(jī)、浴室刷卡器等前端設(shè)備長期處于高溫高濕環(huán)境，容易線路老化導(dǎo)致通信異常。

（2）業(yè)務(wù)安全問題

日常業(yè)務(wù)操作會涉及到密鑰、卡片結(jié)構(gòu)信息等關(guān)鍵因素，如果工作計算機(jī)被攻擊那么將會存在信息泄露的風(fēng)險。此外，在同第三方系統(tǒng)進(jìn)行業(yè)務(wù)對接時，系統(tǒng)核心數(shù)據(jù)和服務(wù)信息等會暴露給第三方，容易導(dǎo)致安全問題的發(fā)生。

（3）運行安全問題

一卡通系統(tǒng)不僅包含POS機(jī)、水控器等可以脫機(jī)的設(shè)備，還有自助充值、購電、考勤等實時的在線應(yīng)用。一旦一卡通運行中斷，所有在線業(yè)務(wù)暫停，則無法進(jìn)行充值、購電、補卡等相關(guān)業(yè)務(wù)，會給在校師生的生活帶來極大影響。運行安全還包括一卡通服務(wù)器的安全，雙機(jī)模式是否啟用、高可用性是否配置、備份恢復(fù)機(jī)制等都直接關(guān)系到一卡通系統(tǒng)的運行安全。

（4）財務(wù)安全問題

在一卡通系統(tǒng)中，財務(wù)安全問題是一個重要因素。系統(tǒng)必須保證交易數(shù)據(jù)的完整性、正確性、不可篡改或者偽造。但現(xiàn)有的一卡通系統(tǒng)，不可避免的存在非法卡消費、丟失后掛失卡消費、卡狀態(tài)異常、非法持有后的惡意消費等一系列財務(wù)安全問題。

（5）數(shù)據(jù)安全問題

一卡通系統(tǒng)里面包含著消費數(shù)據(jù)、門禁數(shù)據(jù)、考勤數(shù)據(jù)、人員數(shù)據(jù)等信息，其重要性不言而喻。一卡通數(shù)據(jù)的共享方式、加密機(jī)制、數(shù)據(jù)傳輸、存儲備份機(jī)制等都會導(dǎo)致數(shù)據(jù)安全問題的產(chǎn)生。

（6）管理安全問題

一卡通系統(tǒng)的日常管理中也存在著諸多安全問題。前端設(shè)備管理中，POS機(jī)、水控器等一旦隨意拆接，可能會導(dǎo)致短路等安全問題；賬務(wù)管理中，可能會出現(xiàn)賬實不符、結(jié)賬失敗、現(xiàn)金被盜等安全問題；系統(tǒng)管理方面，存在管理員密碼泄露、系統(tǒng)中毒等安全隱患。

3.2 安全建設(shè)方案的設(shè)計原則

結(jié)合校園一卡通系統(tǒng)現(xiàn)有的安全問題，針對性的開展安全建設(shè)方案的設(shè)計。由于校園一卡通系統(tǒng)具有一定的特殊性，因此其對安全建設(shè)的要求也相對較高。為了保證校園一卡通系統(tǒng)安全建設(shè)方案的可行性，首先需要明確其安全的建設(shè)標(biāo)準(zhǔn)，主要從系統(tǒng)自身和網(wǎng)絡(luò)這兩個層面展開研究。

（1）系統(tǒng)安全建設(shè)方案的設(shè)計原則

在系統(tǒng)安全建設(shè)層面，由于校園一卡通系統(tǒng)存儲著師生的個人數(shù)據(jù)和電子錢包等信息，所以其安全建設(shè)方案應(yīng)當(dāng)遵循需求、風(fēng)險、代價平衡分析的原則，且要保證整個系統(tǒng)具有操作一致性原則。校園一卡通系統(tǒng)廣泛分布在校園的各個角落，涉及到廣大師生的學(xué)習(xí)、科研和生活，所以在進(jìn)行安全設(shè)計時應(yīng)該保證其具有易于操作性原則、適應(yīng)性強(qiáng)原則，除此之外還需要具有多重保護(hù)的原則。

（2）網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)方案的設(shè)計原則

在網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)層面，主要包含真實性、可控性、可靠性、完整性、保密性這五點安全要求。真實性，是指任何校園一卡通系統(tǒng)的用戶或者操作員都不能否認(rèn)曾對一卡通系統(tǒng)做出過的任何操作和承諾；可控性，是指校園一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)必須對傳播信息的內(nèi)容及傳播方式具有調(diào)節(jié)和控制能力；可靠性，是指校園一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)必須能夠迅速完成各項指定的功能和任務(wù)；完整性，是指校園一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)在信息傳輸過程中必須要確保所有的信息資源是完整的；保密性，是指校園一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)必須要確保所有系統(tǒng)中用戶信息的安全和保密。

4 校園一卡通系統(tǒng)安全建設(shè)方案的設(shè)計

4.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全建設(shè)方案的設(shè)計

校園一卡通系統(tǒng)在系統(tǒng)結(jié)構(gòu)方面可以分為四個層次：物理層，包含各種信息存儲交流設(shè)備，如POS機(jī)、卡片、門禁控制器、水控器等；數(shù)據(jù)層，包含數(shù)據(jù)采集、存儲、處理等功能；中間件層，主要用于應(yīng)用系統(tǒng)跟數(shù)據(jù)庫的隔離，保障數(shù)據(jù)安全，防止非法訪問；應(yīng)用層，負(fù)責(zé)完成用戶與系統(tǒng)的交互，包含自助服務(wù)、第三方接口、前端應(yīng)用等。

（1）物理層的安全方案

針對物理層的安全設(shè)計方案主要包含校園卡、前端POS機(jī)、門禁控制器、水控器等機(jī)具的安全設(shè)計。隨著傳統(tǒng)的校園M1卡被不法分子的破解，其安全性無法得到有效保障，用CPU卡來替代M1卡對高校來說是更安全的選擇。CPU卡在密鑰管理、芯片架構(gòu)、交易流程和數(shù)據(jù)控制等方面均具有較高的先進(jìn)性和安全性。CPU卡由程序存儲器ROM、隨機(jī)存儲器RAM、用戶數(shù)據(jù)存儲器EEPROM、微型處理器、處理器操作系統(tǒng)共同組成，可以實現(xiàn)對數(shù)據(jù)信息的有效處理和安全存儲。

與M1卡相比，CPU卡的密鑰體系不由生產(chǎn)廠商決定，而是由相關(guān)部門統(tǒng)一制定，且密鑰在生效后即被置換，有效的避免了因密鑰重復(fù)使用而導(dǎo)致的安全隱患。在前端機(jī)具的安全方面，通過卡片與相應(yīng)機(jī)具的雙向身份驗證、使用交易驗證碼來進(jìn)行交易的記錄、在交易數(shù)據(jù)傳輸中配備指針進(jìn)行標(biāo)記、采用線性結(jié)構(gòu)來提升系統(tǒng)數(shù)據(jù)讀寫效率及準(zhǔn)確性這四種方式來提升校園一卡通系統(tǒng)前端機(jī)具的安全性。

（2）數(shù)據(jù)層的安全方案

大部分高校的校園一卡通系統(tǒng)由原來的C/S模式升級為了B/S模式，其需要基于Web服務(wù)才能正常運行，但Web服務(wù)是需要用戶與計算機(jī)進(jìn)行頻繁的信息交換的，這就會導(dǎo)致攻擊事件的發(fā)生。為了避免出現(xiàn)數(shù)據(jù)安全隱患，需要設(shè)計相應(yīng)的安全方案。

在數(shù)據(jù)訪問方面，建議一卡通系統(tǒng)采用系統(tǒng)分區(qū)模式，將整個系統(tǒng)劃分為前端數(shù)據(jù)采集區(qū)、網(wǎng)絡(luò)傳輸區(qū)、Web服務(wù)區(qū)、應(yīng)用服務(wù)區(qū)、數(shù)據(jù)庫區(qū)等，這樣前端用戶無法對數(shù)據(jù)庫進(jìn)行直接訪問，必須經(jīng)過正常流程逐個區(qū)域訪問后才能到達(dá)數(shù)據(jù)庫區(qū)，這樣可以使訪問者進(jìn)行安全有效的訪問。在用戶角色設(shè)計方面，一卡通系統(tǒng)可以對不同權(quán)限的用戶進(jìn)行區(qū)分，不同的訪問者只能訪問其權(quán)限范圍內(nèi)的數(shù)據(jù)信息，這樣不僅能夠?qū)崿F(xiàn)對不同層級數(shù)據(jù)的有序管理，還能減輕一卡通系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理量。

（3）中間件層的安全方案

中間件層是用戶訪問數(shù)據(jù)的重要環(huán)節(jié)，需要進(jìn)行統(tǒng)一化的接口定義來確保其安全性。基于Web服務(wù)建立的系統(tǒng)，其接口調(diào)用方式主要包含調(diào)用實體和調(diào)用方法兩種。結(jié)合校園一卡通的實際情況，考慮到其數(shù)據(jù)交換是以資金流動為主要內(nèi)容，因此建議接口調(diào)用采用調(diào)用實體的方式更合適，這樣既充分保證了中間件層的安全性，也降低了技術(shù)人員的開發(fā)難度。

（4）應(yīng)用層的安全方案

應(yīng)用層作為直接同訪問者交互的區(qū)域，極易存在系統(tǒng)漏洞或受到病毒攻擊，嚴(yán)重者會造成一卡通系統(tǒng)的癱瘓。在應(yīng)用層，其安全方案可以從三個方面進(jìn)行設(shè)計。

第一，加強(qiáng)計算機(jī)病毒的防范措施，及時升級殺毒軟件和應(yīng)用程序，對數(shù)據(jù)起到有效的保護(hù)作用，防止被非法者破壞。

第二，修復(fù)系統(tǒng)漏洞，管理員需要使用漏洞修復(fù)軟件或殺毒軟件等工具，對應(yīng)用層系統(tǒng)存在的安全漏洞及時進(jìn)行修復(fù)，以保證訪問者的使用安全。

第三，利用實名認(rèn)證技術(shù)，使每位訪問者的身份合法化，符合網(wǎng)絡(luò)安全規(guī)范，保障一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全。

4.2 網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)方案的設(shè)計

系統(tǒng)結(jié)構(gòu)安全建設(shè)方案是針對一卡通系統(tǒng)本身的安全問題，而網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)方案則是專門針對一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)環(huán)境層面的安全問題。網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)方案主要從網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施、網(wǎng)站和系統(tǒng)的安全管理、等保測評、網(wǎng)絡(luò)安全管理人才的培養(yǎng)這四個方面進(jìn)行展開。

（1）完善校園一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)安全防護(hù)措施

使用集中監(jiān)控軟件來對一卡通系統(tǒng)的網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行實時監(jiān)控，清理放置在校外的相關(guān)子系統(tǒng)或接口，清理整頓跟一卡通系統(tǒng)相關(guān)的網(wǎng)絡(luò)域名和校內(nèi)IP地址。采用IPS設(shè)備和防火墻有效阻斷網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)性攻擊，運用WAF監(jiān)控阻斷進(jìn)入一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)的攻擊，通過訪問控制列表來實現(xiàn)校園一卡通網(wǎng)絡(luò)的訪問安全。同時，安裝殺毒軟件等實現(xiàn)對一卡通系統(tǒng)的邊界和網(wǎng)絡(luò)相結(jié)合的多層次環(huán)境安全防護(hù)。此外，還要進(jìn)行容災(zāi)備份工作，網(wǎng)絡(luò)設(shè)備務(wù)必使用國有品牌，以防止國外設(shè)備中的隱藏的安全隱患或漏洞。

（2）加強(qiáng)校園一卡通系統(tǒng)的相關(guān)網(wǎng)站和系統(tǒng)的安全管理

所有的校園一卡通系統(tǒng)的相關(guān)網(wǎng)站和信息系統(tǒng)上線前均進(jìn)行安全檢測，上線后每個月進(jìn)行定期的安全漏洞掃描。對網(wǎng)站和系統(tǒng)實現(xiàn)統(tǒng)一的安全防護(hù)和運維，同時進(jìn)行IP地址實名登記，防止黑客利用網(wǎng)絡(luò)對系統(tǒng)進(jìn)行攻擊。加強(qiáng)網(wǎng)絡(luò)行為審計，保證對一卡通系統(tǒng)里的用戶可管可控，實現(xiàn)對不良信息的過濾，及時封堵。為網(wǎng)絡(luò)設(shè)備和安全設(shè)備建立日志服務(wù)器，至少保存六個月的日志記錄，實現(xiàn)統(tǒng)一分析，保證能夠準(zhǔn)確發(fā)現(xiàn)異常，所有操作有痕跡。

（3）切實做好等級保護(hù)測評工作

等級保護(hù)測評是指信息系統(tǒng)運營、使用單位委托具有等級保護(hù)測評資質(zhì)的測評機(jī)構(gòu)對其建設(shè)的已定級的信息系統(tǒng)進(jìn)行等級保護(hù)測評過程。計劃開展對校園一卡通系統(tǒng)的等級保護(hù)測評工作，對照等級保護(hù)標(biāo)準(zhǔn)檢查信息系統(tǒng)，發(fā)現(xiàn)問題及時整改，以達(dá)到相應(yīng)級別的安全保護(hù)能力要求，查漏補缺，最終保障系統(tǒng)的安全運行。

（4）培養(yǎng)一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全管理人才

有效的網(wǎng)絡(luò)安全建設(shè)工作的開展需要依托專門的網(wǎng)絡(luò)安全管理人才，因此需要重點培養(yǎng)。一方面，對現(xiàn)有的一卡通管理人員進(jìn)行安全方面的強(qiáng)化訓(xùn)練，提高其專業(yè)知識和業(yè)務(wù)能力；另一方面積極引進(jìn)專業(yè)人才，建立優(yōu)秀的一卡通系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)安全管理小組。通過這兩種方式，加強(qiáng)安全建設(shè)，滿足一卡通系統(tǒng)的安全需求。

5 結(jié)束語

校園一卡通系統(tǒng)是高校信息化建設(shè)的基礎(chǔ)內(nèi)容，其安全建設(shè)關(guān)系到一卡通系統(tǒng)的可靠性和穩(wěn)定性。對于高校而言，校園一卡通系統(tǒng)的安全建設(shè)工作是一個系統(tǒng)性的工作，涉及到學(xué)校、各二級單位以及廣大師生的切身利益。本文從校園一卡通系統(tǒng)的建設(shè)現(xiàn)狀出發(fā)，分析了系統(tǒng)中存在的安全問題，從系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和網(wǎng)絡(luò)兩個層面提出了校園一卡通系統(tǒng)安全建設(shè)方案。校園一卡通系統(tǒng)的安全建設(shè)工作任重道遠(yuǎn)，需要從學(xué)校發(fā)展的戰(zhàn)略高度來進(jìn)行統(tǒng)一部署和規(guī)劃，切實做好一卡通系統(tǒng)的安全管理內(nèi)容，使高校的信息化水平邁上新的臺階。