我国交通智能卡行业CPU卡技术应用探讨

引言 

　　逻辑加密卡技术成熟、价格低廉，在传统的城市交通智能卡应用中占据了绝大部分市场份额。按交通智能卡“一卡多用、多卡互通”的发展趋势，电子钱包资金存量必将越来越高，逻辑加密卡的安全隐患已在业内引起高度关注。CPU卡的安全性大幅优于逻辑加密卡，但高昂的价格严重制约了其推广应用。近来随着非接触CPU卡的推出，其价格接近逻辑加密卡，技术也日趋成熟，这使全面推广应用CPU卡取代逻辑加密卡成为可能。为此，国家建设部明确要求跨行业及互联互通的IC卡应用应采用安全性高的CPU卡，并组织编制CPU卡芯片技术要求和COS技术要求等行业标准，致力推广CPU卡技术在交通智能卡领域的应用。 

主流方案分析 

　　目前我国绝大部分城市交通智能卡应用均基于逻辑加密卡技术，全国已发行逻辑加密卡上亿张，安装刷卡终端几十万台。推广CPU卡时，如何才能既保护已有投资，也方便老百姓使用，实现平稳过渡？业内目前对此主要有三种意见。

    意见一：一步到位推广CPU卡 

　　技术方案：CPU卡无需兼容逻辑加密卡。 
　　系统改造：全面升级原有逻辑加密卡系统，将原来只能读写逻辑加密卡的交易终端（下称M1终端）全部改造或更换成可读写CPU卡的交易终端（下称CPU终端），CPU终端应同时支持逻辑加密卡的读写，实现向下兼容。 
　　运营模式：新布设的交易终端全采用CPU终端，新发行的卡片全采用CPU卡。CPU卡支持跨行业及互联互通应用，已发行的逻辑加密卡限制在原应用领域使用，由市场逐步淘汰。 
　　利弊浅析：由于推广CPU卡应用不产生直接的经济效益，而此方案要求运营商对原有系统进行全面升级改造，一次性投入很大，运营商难以承受，缺乏积极性，推广难度很大，可操作性值得商榷。

    意见二：双钱包同步 

　　技术方案：CPU卡划出部份空间由硬件模拟逻辑加密卡功能，CPU卡本身带有符合PBOC标准的电子钱包（下称CPU钱包），所模拟的逻辑加密卡功能也带有电子钱包（下称M1钱包）。每次交易时，由卡片COS对两个钱包进行校验和数据同步，确保两个钱包余额一致。 
　　系统改造：无需对已经布设的M1消费终端进行升级，仅须将充值终端改造或更换成CPU终端，以提高CPU卡充值安全性，对逻辑加密卡仍采用原充值流程，充值上限额较低。 
　　运营模式：新布设的交易终端全部采用CPU终端，新发行的卡片全部采用CPU卡。在过渡期，M1消费终端对所有卡片均使用逻辑加密卡消费流程，CPU消费终端应能自动识别卡片类型，采用对应的消费流程，CPU卡消费时由COS自动实现CPU钱包与M1钱包的同步。随着M1终端逐步折旧完毕、更换成CPU终端，以及大部分逻辑加密卡超过有效年限，过渡期结束，应用的各个环节均采用CPU卡技术，不再兼容逻辑加密卡。 
　　利弊浅析：此方案系统改造量少，使运营商在过渡期资金投入大幅度减少，可有效提高运营商的积极性，有利于CPU卡推广。但CPU卡在过渡期内，由于每次交易都需要由COS对两个电子钱包进行同步，增加了交易的复杂度，影响交易效率和稳定性。许多卡商表示，以目前的技术条件，增加电子钱包同步操作后，难以保证交易在300ms内完成。交通智能卡应用以快速消费为主，如交易时间超过300ms，将严重影响持卡人使用的便利性。此外，增加电子钱包同步操作也使交易异常的几率大大增加，存在一定的技术障碍。

    意见三：双钱包异步 

　　技术方案：CPU卡支持CPU和M1双钱包，但交易时COS不对两个钱包进行同步。 
　　系统改造：本方案对系统的改造要求与意见二一致。 
　　运营模式：新布设的交易终端全采用CPU终端，新发行的卡片全部采用CPU卡，运营商提供将CPU钱包部份或全部资金“圈存”到M1钱包的服务。在过渡期，M1终端对所有卡片均使用逻辑加密卡消费流程，CPU终端自动识别卡片类型，采用对应的消费流程。由于CPU钱包和M1钱包不同步，需对两个钱包独立管理，这就要求持卡人熟知各种消费对应扣除哪个钱包的资金，及时“圈存”以保证两个钱包都有足够的余额，否则很容易出现卡内有钱，但由于对应的钱包资金不足而无法消费的情况。过渡期结束后，本方案营运模式与意见二一致。 
　　利弊浅析：此方案规避了电子钱包同步的技术障碍，但要求持卡人熟知各种消费对应哪个钱包并不现实，持卡人使用十分不便，运营商也难以解释原因。失去了用户将失去应用的根基，这样的应用方式难以在市场立足，存在过渡期夭折的风险，运营商自会权衡。 

解决方案 

　　上述三个方案各有利弊，如何克服推广、技术和应用三方面的障碍、取得平衡点，成为近来业内专家争论最为激烈的课题。经分析研究，提出以下方案供业界参考。 

　　技术选择：仍采用双钱包的方案。CPU卡划出部份空间由硬件模拟逻辑加密卡功能，实现CPU和M1双电子钱包。卡片COS应保证只有CPU钱包可通过外部指令充值，M1钱包不能通过外部指令充值，只能由COS自动从CPU钱包转入资金，确保逻辑加密卡充值密钥不在交易中与终端传递，保证M1钱包的充值安全。 
　　本方案的关键技术在于要求卡片COS支持2种充值指令，指令A（下同）向CPU钱包充值，指令B（下同）通过CPU钱包向M1钱包充值。指令Ａ采用符合PBOC标准的CPU卡充值流程；指令B的基本流程为：接收指令后COS先采用CPU卡充值流程对CPU钱包充值，充值成功后，由COS自动对CPU钱包进行全额消费操作，将所有资金“圈存”到M1钱包。充值完成后，CPU钱包余额应为零，M1钱包余额应为原余额加充值额。 

　　系统改造：本方案对系统的改造要求与意见二基本一致，特别要求充值终端支持指令A和指令B流程，并可通过参数控制使用；CPU消费终端无需自动识别卡片类型，由参数控制统一采用逻辑加密卡消费流程或CPU卡消费流程。 
　　运营模式：新布设的交易终端全采用CPU终端，新发行的卡片全部采用CPU卡。在过渡期，CPU卡充值全部采用指令B，即充值后所有资金转入M1钱包，CPU消费终端无论对CPU卡或逻辑加密卡，全部统一按逻辑加密卡消费流程操作，持卡人就如同使用单一的M1钱包一样。 

　　交通智能卡交易终端和逻辑加密卡的“服役”年限一般为5年，随着已经布设的M1终端逐步折旧完毕、更换成CPU终端，以及大部分逻辑加密片超过有效年限，过渡期结束。运营商通过参数下载，充值终端统一采用指令A进行充值，而消费终端统一应用CPU卡流程，应用的各个环节均采用CPU卡技术，不再兼容逻辑加密卡。运营商应提供“移资”服务，将M1钱包余额充入CPU钱包中，流程为：对M1钱包进行全额消费，再通过指令A进行对CPU钱包全额充值。 

方案分析：

    本方案同时克服了上述三种意见的弊端： 

　　1. 系统改造量少，过渡期资金投入少，有利于提高运营商推广CPU卡的的积极性。 
　　2. 无需每次交易都进行电子钱包同步，只在过渡期CPU卡充值时由COS进行资金转移。由于充值对交易速度要求不高，使用频率也远低于消费，故对交易效率和稳定性的影响极小。 
　　3. 对持卡人而言只有1个钱包，过渡期全部用逻辑加密卡钱包消费，正式启用后全部使用CPU卡钱包消费，不会造成使用不便。 

　　有争议认为，CPU终端对CPU卡也采用逻辑加密卡的消费流程，这是技术的倒退，系统安全性没有得到提高，浪费了投资。 

　　笔者认为，交通智能卡的安全性主要在充值方面，因为伪造充值使卡片资金增加会造成运营商的损失，而伪造消费只能使卡内资金减少，损失的是伪造者自己，运营商反而增加了收益。本方案要求CPU卡充值采取符合PBOC标准的CPU卡安全认证机制，由硬件禁止CPU卡虚拟的M1钱包充值；对于已发行的逻辑加密卡，可由运营商通过降低充值上限额来控制风险，从最主要的方面提高了系统安全性。在过渡期，所有消费统一采取逻辑加密卡流程，是方便使用者，保证平稳过渡的手段，还可减少过渡期对中央结算系统的改造量和升级投入，可在一定程度上提高运营商的积极性，所谓一举两得。诚然，由于逻辑加密卡自身无法产生验证交易唯一性和有效性的TAC码，会对互联互通应用的清算有一定影响。然而，只要逻辑加密卡仍在使用，该影响就无法避免，当前的主流方案也只是尽量减少逻辑加密卡交易，不能根本解决这个问题。过渡期结束后，将统一采用CPU卡消费流程，该问题即不复存在。因此，在过渡期统一使用逻辑加密卡消费流程对系统安全性影响很小，不失为可行的解决方案。 

结束语 

　　本方案克服了CPU卡推广、技术和应用三方面的障碍，可有效促进CPU卡技术推广，提升交通智能卡系统安全性，实现平稳过渡。希望本方案能起到抛砖引玉、引发共鸣的效果。只要业界人士群策群力，充分发挥中国人的聪明才智，携手合作、积极推广，相信CPU卡应用的春天很快就将来临。

    作者简介：广东联合电子收费股份有限公司 陈喆