CPU卡流量计功能要求及实现

　　0 引言

　　IC 卡是一种半导体卡，其采用微电子技术进行信息的存储、处理。自 1970 年诞生第一张 IC 卡以来，IC卡经历了一般存储卡、加密存储卡、CPU 卡和超级智能卡 4 个时代。IC 卡是多学科技术综合发展的结果，它的应用已成为一个国家科技发展水平的标志之一[1]。IC 卡在城市燃气流量计量上的应用越来越广泛。在 CPU 卡流量计之前，大量使用的是逻辑加密卡。由于逻辑加密卡的技术所限，产品供应商的密钥不能向应用方( 燃气公司) 公开，因此应用方无法掌握核心安全，系统安全取决于产品供应商，并且不同型号的逻辑加密卡互不兼容，导致不同厂商的芯片数据存储方案也不兼容，应用方在使用多家卡表时会带来多种密钥和密钥算法管理上的复杂化[2 -3]。

　　CPU 卡又称智能卡，卡片内自带 CPU，程序容量和数据容量大，且带加、解密算法协处理器，运算速度快[4]。采用 CPU 卡，并且制定一种统一的技术规范，燃气公司能完全掌握 CPU 卡流量计的技术核心及密钥算法，保证燃气准确计量、实现先购气再用气、防止用户偷气。由此可见，CPU 卡工业流量计成功应用的关键是设计完善的 CPU 卡密钥系统[5]。

　　1 CPU 卡流量计的功能要求

　　目前，新型的 CPU 卡流量计是集计量基表、电子表头和控制阀于一体的流量计。此前，CPU 卡流量计通常是集成商将流量计和 IC 卡控制阀通过电气连接而成，流量计在计量一定的量( 通常为 1 m3) 时输出一个脉冲给 IC 卡控制阀，IC 卡控制阀进行扣减，当减超过允许透支量时，控制阀关闭。对于这种方式，电气连接的可靠性是关键，经常出现的情况是扣减不同步，流量计运行的量与 IC 卡控制阀扣减的量不尽相同，造成计量纠纷。所以，从 CPU 卡流量计功能上讲，一体化流量计是发展的趋势。燃气贸易中，用户通过 CPU卡购气后充值到流量计中，燃气公司通过 CPU 卡达到管理用户用气的目的，CPU 卡起着联系用户和燃气公司的关键作用。另外，当上游气价浮动时，燃气公司能及时通过 CPU 卡或其他方式调整气价。

　　综上所述，CPU 卡应至少保存如下信息: 用户信息、燃气公司标志、购气量和购气次数，以及为安全需要而设计的密钥组、不同功能卡的卡标志。为避免异常操作造成卡内数据丢失，还可以在卡文件中记录主要操作过程，异常操作后再次插卡能恢复继续进行正常的操作。

　　2 密钥体系总体设计

　　本密钥体系设计采用三级分散四级密钥方式，从根密钥逐级分散，到最终的应用卡片密钥，如图1 所示。

　　图 1 密钥体系图