雙模自動切換二維碼在校園卡系統(tǒng)中的應(yīng)用

李杭彩 謝宇威

摘? 要： 校園卡二維碼作為身份認(rèn)證和支付手段在校園內(nèi)越來越普及。但是傳統(tǒng)二維碼必須聯(lián)機(jī)才能進(jìn)行身份認(rèn)證和支付，若出現(xiàn)任何網(wǎng)絡(luò)、服務(wù)器或其他問題導(dǎo)致終端脫機(jī)，都將無法完成身份認(rèn)證和支付，既影響師生的正常使用和體驗(yàn)感，也不利于移動端身份認(rèn)證和支付模式的進(jìn)一步推廣。文章提出將校園卡系統(tǒng)的二維碼升級為聯(lián)機(jī)和脫機(jī)雙模自動切換二維碼，從而保障掃碼終端脫機(jī)時師生也能正常地使用移動端進(jìn)行身份認(rèn)證和支付。

關(guān)鍵詞： 校園卡; 身份認(rèn)證; 支付; 二維碼

中圖分類號：TP311? ? ? ? ? 文獻(xiàn)標(biāo)識嗎：A? ? ?文章編號：1006-8228（2021）05-49-04

Application of dual mode automatic switching QR Code in campus card system

Li Hangcai， Xie Yuwei

（Information Technology Center， Zhejiang University， Hangzhou， Zhejiang 310028， China）

Abstract： As a means of identity authentication and payment， campus card QR code is becoming more and more popular in campus. However， the traditional QR code must be online to carry out identity authentication and/or payment. If any problem of network， server or other causes the terminal offline， the identity authentication or payment will not be able to complete， which not only affects the normal use and the experience of teachers and students， but also is not conducive to the further promoting the mode of mobile identity authentication and payment. This paper proposes to upgrade the QR code of campus card system to online and offline dual-mode automatic switching QR code， so as to ensure that teachers and students can also use the mobile terminal for identity authentication and/or payment when the terminal for code scanning is offline.

Key words： campus card; identity authentication; payment; QR code

1 背景

高校的校園卡系統(tǒng)是智慧校園的重要組成部分，伴隨信息化建設(shè)的深入和服務(wù)理念的變革，校園卡的應(yīng)用日益廣泛，為了給學(xué)校的管理和師生的科研、學(xué)習(xí)、生活等方面提供極大的便利，浙江大學(xué)一直推陳出新，2007年上線校園卡系統(tǒng)，2009年上線電子支付平臺開通電子賬戶[1-2]，2017年浙江大學(xué)上線基于電子賬戶的在線支付系統(tǒng)，同時推出基于移動端的二維碼身份認(rèn)證和支付的校園寶APP。新的校園卡體系建立在云架構(gòu)和云服務(wù)上，通過終端機(jī)具掃碼完成用戶移動端的在線認(rèn)證和支付，實(shí)現(xiàn)了校園卡應(yīng)用的移動化、無卡化和多介質(zhì)化[3]。

二維碼技術(shù)被融入校園卡系統(tǒng)后，實(shí)體卡在很多場景中被逐漸淡化，移動認(rèn)證和支付以其獨(dú)特的優(yōu)勢被師生廣泛接受，使用范圍也越來越廣，同時孕育出新的用戶需求和新的應(yīng)用場景[4]。為滿足應(yīng)用場景中對校園卡身份認(rèn)證和支付的移動性要求以及應(yīng)對弱網(wǎng)、斷網(wǎng)等情形，需升級現(xiàn)有校園卡架構(gòu)體系中二維碼身份認(rèn)證和支付功能，引入二維碼的脫機(jī)支付和脫機(jī)身份認(rèn)證，提出了聯(lián)機(jī)和脫機(jī)雙模自動切換二維碼在校園卡系統(tǒng)中的認(rèn)證和支付模式，即移動端APP提供二維碼、掃碼終端掃碼完成身份認(rèn)證和支付的模式。在單脫（移動端APP、掃碼終端其中之一脫機(jī)），或雙脫（移動端APP、掃碼終端同時脫機(jī)）情況下都能完成二維碼的相關(guān)業(yè)務(wù)。

2 雙模自動切換二維碼

傳統(tǒng)二維碼的模式是服務(wù)器端存放賬戶信息，所以必須聯(lián)機(jī)。這種模式簡單且技術(shù)已經(jīng)非常成熟，但是它對網(wǎng)絡(luò)的穩(wěn)定性和可靠性要求較高。從實(shí)體卡的脫機(jī)認(rèn)證和支付形式看，二維碼脫機(jī)即移動端APP生成二維碼和掃碼終端驗(yàn)證二維碼，都可以脫離網(wǎng)絡(luò)環(huán)境的支持，即無需服務(wù)器進(jìn)行實(shí)時的驗(yàn)證[5]。本文提出的雙模自動切換二維碼即移動端APP生成聯(lián)機(jī)/脫機(jī)狀態(tài)的組合二維碼;掃碼終端自動識別自身的網(wǎng)絡(luò)狀態(tài)以及與服務(wù)器的連接狀態(tài)，按實(shí)際環(huán)境條件切換聯(lián)機(jī)、脫機(jī)狀態(tài)驗(yàn)證移動端的二維碼。

2.1 移動端APP展示二維碼

當(dāng)移動端APP聯(lián)機(jī)時，直接從服務(wù)器端獲取生成組合二維碼的數(shù)據(jù)在移動端展示，二維碼中包含脫機(jī)時可使用的證書、密鑰、余額等信息同時將這些信息緩存到本地，掃碼終端通過讀寫器掃描獲取數(shù)據(jù)并根據(jù)自身的狀態(tài)本地驗(yàn)證數(shù)據(jù)或者提交至服務(wù)器驗(yàn)證。當(dāng)移動端APP無法與服務(wù)器通訊時，即處于脫機(jī)狀態(tài)，移動端APP根據(jù)緩存在本地的最后一次聯(lián)機(jī)時從服務(wù)器獲得的信息生成和展示二維碼。為了保證脫機(jī)狀態(tài)下二維碼的安全性，采用脫機(jī)與聯(lián)機(jī)互補(bǔ)的方式，二維碼中嵌入最后一次聯(lián)機(jī)時的余額、時間戳、證書生成時間、證書有效時長、透支額度、密鑰等，此時二維碼的使用次數(shù)受到限制。若使用次數(shù)達(dá)到限值或者消費(fèi)額度超限或者證書超期都將無法再生成和展示二維碼，使用者必須聯(lián)機(jī)強(qiáng)制更新移動端APP的證書、密鑰、余額等信息。掃碼終端或服務(wù)器驗(yàn)證消費(fèi)額度、移動端APP證書的合法性和有效性等，當(dāng)驗(yàn)證通過則允許用戶此次的交易操作。移動端APP二維碼生成的流程，如圖1所示。

2.2 掃碼終端主掃

當(dāng)掃碼終端聯(lián)機(jī)時，掃描識別用戶展示的二維碼并將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，交由服務(wù)器端實(shí)時驗(yàn)證。服務(wù)器將結(jié)果返回給掃碼終端和移動端APP，若移動端APP聯(lián)機(jī)則能實(shí)時收到結(jié)果。當(dāng)掃碼終端脫機(jī)時，終端必須同實(shí)體卡脫機(jī)刷卡一樣采用脫機(jī)狀態(tài)下的記賬模式。掃碼終端聯(lián)機(jī)時，服務(wù)器端每天將名單下發(fā)至終端，同時每天產(chǎn)生一個密鑰，通過接口協(xié)議下發(fā)密鑰，防止其他掃碼終端偽造交易信息以及保證終端脫機(jī)時能準(zhǔn)確校對用戶的數(shù)據(jù)。掃碼終端脫機(jī)時，若移動端APP展示的二維碼通過終端的身份驗(yàn)證并符合系統(tǒng)制定的支付規(guī)則，則終端允許用戶的認(rèn)證和支付行為并記錄保存交易信息。掃碼終端將采用延時上傳數(shù)據(jù)的方法，在聯(lián)機(jī)狀態(tài)下才將數(shù)據(jù)上傳至服務(wù)器，服務(wù)器后臺再對用戶賬戶進(jìn)行實(shí)際的操作。終端保存的交易流水須在約定的時間內(nèi)上傳，超過預(yù)定時間，上傳的流水將轉(zhuǎn)至待處理賬戶。掃碼終端掃碼的流程，如圖2所示。

3 技術(shù)難點(diǎn)

聯(lián)機(jī)時，移動端APP的二維碼信息直接從服務(wù)器獲得生成，掃碼終端將識別的二維碼信息上傳至服務(wù)器驗(yàn)證，構(gòu)成了一個閉環(huán)處理。聯(lián)機(jī)時可實(shí)時根據(jù)支付信息對用戶的賬戶余額進(jìn)行更新，但是脫機(jī)時，不管是單脫機(jī)還是雙脫機(jī)，信息都會以單向的方式傳遞，即移動端APP上的二維碼單向傳遞給掃碼終端，此時存在較大的風(fēng)險。例如：移動端APP聯(lián)機(jī)、終端脫機(jī)時對移動端二維碼的驗(yàn)證問題;脫機(jī)時，掃碼終端對透支額度的控制難度較大;移動端APP的二維碼存在被偽造、盜取和重用的可能[6-8]。

針對上述存在的問題，從下面五個方面提出了解決思路。

⑴ 移動端APP聯(lián)機(jī)時生成的是聯(lián)機(jī)碼和脫機(jī)碼組合的二維碼，掃碼終端聯(lián)機(jī)則識別二維碼中聯(lián)機(jī)碼部分的信息并上傳到服務(wù)器，由服務(wù)器對用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證;掃碼終端脫機(jī)則識別二維碼中脫機(jī)碼部分的信息，在終端上進(jìn)行數(shù)據(jù)驗(yàn)證，完成支付，終端設(shè)備聯(lián)機(jī)后上傳流水到服務(wù)器，服務(wù)器后臺再對用戶賬戶進(jìn)行實(shí)際的操作。

⑵ 掃碼終端聯(lián)機(jī)時，直接將二維碼的信息上傳到服務(wù)器，由服務(wù)器按照認(rèn)證和支付規(guī)范，對用戶的數(shù)據(jù)進(jìn)行驗(yàn)證。掃碼終端聯(lián)機(jī)時，服務(wù)器端每天產(chǎn)生一個密鑰，并通過接口協(xié)議下發(fā)密鑰，以保證終端脫機(jī)時能準(zhǔn)確校對用戶的數(shù)據(jù)。掃碼終端必須在更新周期內(nèi)更新驗(yàn)證密鑰，移動端APP也必須在更新周期內(nèi)更新驗(yàn)證密鑰，以實(shí)現(xiàn)終端對交易有效性的驗(yàn)證。為了保障終端脫機(jī)時交易流水穩(wěn)定的上傳服務(wù)器，更新周期暫定為一天。

⑶ 采用脫機(jī)與聯(lián)機(jī)互補(bǔ)的方式，當(dāng)移動端APP處于脫機(jī)狀態(tài)時，限制移動端生成二維碼的次數(shù)，并且在二維碼中嵌入最后一次聯(lián)機(jī)時的余額、時間戳、證書生成時間、證書有效時長、透支額度等。掃碼終端或服務(wù)器認(rèn)證交易時，都需要驗(yàn)證用戶證書的有效性、二維碼的有效性，同時獲取余額、透支額度等信息。證書無效或者二維碼生成次數(shù)為零則用戶必須進(jìn)行聯(lián)機(jī)更新，聯(lián)機(jī)更新的周期為一天，也可根據(jù)實(shí)際使用情況來配置。通過合理設(shè)置聯(lián)機(jī)更新周期，可以降低脫機(jī)時二維碼被盜用的風(fēng)險。限制二維碼的生成次數(shù)和透支額度，可以解決掃碼終端脫機(jī)時控制透支額度難的問題。

⑷ 聯(lián)機(jī)時移動端APP端的二維碼是動態(tài)生成的，能夠有效防止二維碼被重用和盜用。為了降低脫機(jī)狀態(tài)下的風(fēng)險，二維碼將采用靜態(tài)認(rèn)證與動態(tài)認(rèn)證相結(jié)合的方式。移動端APP端證書采用靜態(tài)認(rèn)證，聯(lián)機(jī)時從服務(wù)器獲取，證書過期則認(rèn)證失敗。動態(tài)認(rèn)證數(shù)據(jù)是移動端APP在生成二維碼時嵌入產(chǎn)生時的時間戳和二維碼展示的有效時長。

⑸ 服務(wù)器端監(jiān)控移動端脫機(jī)交易流水，及時發(fā)現(xiàn)和處理異常流水情況，增加一個監(jiān)控模塊，實(shí)時查詢系統(tǒng)出現(xiàn)異常的記錄，對異常的賬戶進(jìn)行標(biāo)注，交由人工核對，必要時可以對異常賬戶進(jìn)行干預(yù)處理。

4 結(jié)束語

目前移動支付被師生廣泛接受和使用，在未來，校園卡去卡化符合信息化發(fā)展的大方向，大勢所趨。為了順應(yīng)時代潮流，支持師生的移動化要求，節(jié)約師生寶貴的時間，應(yīng)對校內(nèi)高峰時段無網(wǎng)弱網(wǎng)情況，保障校園卡的相關(guān)業(yè)務(wù)，在現(xiàn)有校園卡架構(gòu)體系中，升級二維碼為聯(lián)機(jī)和脫機(jī)雙模自動切換二維碼具有一定的實(shí)際價值。目前，浙江大學(xué)已完成校園卡移動APP、終端機(jī)具和服務(wù)器端的升級工作，我們將堅(jiān)定移動化、無卡化的方向，有序地?cái)U(kuò)大聯(lián)機(jī)和脫機(jī)雙模自動切換二維碼的應(yīng)用范圍和應(yīng)用校區(qū)，該方案的科學(xué)性、合理性將在實(shí)踐中進(jìn)一步得到論證和完善。

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