嵌入式銀行網(wǎng)絡安全終端系統(tǒng)的設計

嵌入式銀行網(wǎng)絡安全終端系統(tǒng)的設計

隨著國內(nèi)銀行業(yè)務量的迅速發(fā)展，銀行需要能有效解決銀行網(wǎng)點前臺業(yè)務量大，耗時長等問題，并為持卡人提供安全迅捷服務的一種自助型終端產(chǎn)品。網(wǎng)絡安全終端系統(tǒng)就是針對這一需求，在銀行現(xiàn)有網(wǎng)絡的基礎(chǔ)上開發(fā)的低成本嵌入式產(chǎn)品。本系統(tǒng)的研制對于以銀行為代表的各金融企業(yè)的終端服務以及方便人們的生活具有重要的意義。
1．網(wǎng)絡安全系統(tǒng)的總體設計網(wǎng)絡安全終端要實現(xiàn)用戶的交易操作，必須將用戶的交易信息傳遞給銀行后臺?；阢y行現(xiàn)有的網(wǎng)絡，網(wǎng)絡安全終端必需具備網(wǎng)絡通信功能才能與銀行后臺交互數(shù)據(jù)。網(wǎng)絡安全終端是用于銀行交易的，一旦網(wǎng)絡安全終端傳遞給銀行后臺的數(shù)據(jù)被竊取或篡改，都將導致用戶和銀行的巨大損失。因此，網(wǎng)絡安全終端必須確保其傳遞數(shù)據(jù)的安全性。

1.1網(wǎng)絡安全終端交易系統(tǒng)的體系框架

基于局域網(wǎng)的網(wǎng)絡安全終端交易系統(tǒng)，主要由接入服務器系統(tǒng)、密鑰生成與管理系統(tǒng)、終端發(fā)卡系統(tǒng)、終端管理系統(tǒng)等部分組成，如圖 1所示。
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1.2網(wǎng)絡安全終端的模塊需求設計根據(jù)功能需求及技術(shù)需求，網(wǎng)絡安全終端須具備以下模塊：核心處理模塊：基于 ARM7TDMI核的 SoC芯片 Garfield作為主處理器，附加 SDRAM，F(xiàn)lasliROM等外圍電路并在 Garfield上移植 uCLinux操作系統(tǒng)。該模塊負責協(xié)調(diào)整個系統(tǒng)工作，進行各個模塊的管理、數(shù)據(jù)處理/存儲、任務調(diào)度及決策等。網(wǎng)卡模塊：接入以太網(wǎng)，與接入前置機交互數(shù)據(jù)，實現(xiàn)基于 TCP/IP協(xié)議的數(shù)據(jù)通信。人機交互模塊：人機交互模塊是實現(xiàn)用戶與終端之間的通訊和對話，通過液晶顯示屏和鍵盤等設備，提供豐富友好的操作界面及人工介入功能等人性化的設計，為用戶操作提供可靠的支持。安全處理模塊：采用 PSAM卡硬件加密，實現(xiàn)網(wǎng)絡安全終端對重要信息的加密，來滿足交易系統(tǒng)對網(wǎng)絡安全終端安全性的需求。

2．網(wǎng)絡安全系統(tǒng)的硬件設計

硬件平臺主要分成兩部分：主系統(tǒng)和安全處理子系統(tǒng)。主系統(tǒng)和安全處理子系統(tǒng)之間通過串口來實現(xiàn)數(shù)據(jù)交換。主系統(tǒng)主要包括主處理器、電源模塊、存儲模塊、人機交互模塊、網(wǎng)卡模塊等，其原理圖如圖 2所示。
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2.1主處理器存儲接口電路

由于 16位數(shù)據(jù)訪問方式即可滿足網(wǎng)絡安全終端對存儲速度的要求，與 32位數(shù)據(jù)訪問方式相比，可大大減小硬件布局布線的難度，從而提高產(chǎn)品的性價比，因此網(wǎng)絡安全終端選用 16位訪問方式。由于處理器的數(shù)據(jù)寬度配置為 16位訪問外部啟動存儲器，故下面的存儲設備均選擇 16位數(shù)據(jù)線連接。存儲模塊主要包含 8M字節(jié)的 FLASH和 16M字節(jié)的 SDRAM。
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2.2網(wǎng)絡模塊接口電路

網(wǎng)絡安全終端采用 RTL8019AS實現(xiàn)網(wǎng)絡模塊的物理層。它們之間的通信主要是通過總線和一些控制信號來完成的。由于網(wǎng)卡模塊使用的是 Garfield的總線(數(shù)據(jù)和地址總線 )，所以將網(wǎng)卡模塊的低 10根地址線及低 16根數(shù)據(jù)線與之相應連接。同時由于網(wǎng)卡模塊需要有一些控制引腳來實現(xiàn)對網(wǎng)卡模塊的控制(如啟動、復位、中斷、讀、寫等 )，因此可以使用主處理器的引腳來和這些引腳連接。Garfield的很多引腳可以復用為特殊的控制信號和 GPIO口。所有的 GPIO口都可以通過獨立編程來控制它的輸入輸出方向和輸出電平的高低，而且可以將 GPIO引腳設置為中斷功能，可以靈活地監(jiān)測各種類型信號的變化，來實現(xiàn)對網(wǎng)卡模塊的監(jiān)控，其電路圖如 4所示。
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2.3安全處理子系統(tǒng)電路

安全處理子系統(tǒng)主要包含：協(xié)處理器 C52，磁卡讀卡器和 PSAM卡。安全處理子系統(tǒng)的工作如下：協(xié)處理器 C52讀取磁卡信息，將信息傳遞給 PSAM卡進行加密，并將 PSAM卡加密后的信息傳遞給主系統(tǒng)，安全處理子系統(tǒng)與網(wǎng)絡安全終端的集成接口如下圖 5所示。
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3．網(wǎng)絡安全終端的軟件設計

在對嵌入式產(chǎn)品的體系模型研究的基礎(chǔ)上，進行基于 Garfield的網(wǎng)絡安全終端的軟件框架設計。軟件實現(xiàn)部分包括： uClinux在 Garfield處理器上的移植、 uClinux的網(wǎng)卡驅(qū)動移植、安全網(wǎng)絡通信的設計，以及交易流程的實現(xiàn)。

3.1 uClinux在 Garfield處理器上的移植

首先是內(nèi)核配置系統(tǒng)，配置信息保存在配置文件.config中，原有的 .config文件被更名為.config.old。Makefile根據(jù).config中的配置信息，構(gòu)造并編譯源文件列表，通過鏈接器腳本，把目標代碼鏈接到一起，最終形成 Linux Kernel Image 。然后設置內(nèi)核啟動入口，入口代碼是 linux/arch/armnommu/kernel/head-army.S。對于中斷處理， uClinux Kernel的 C代碼入口函數(shù) start_kernel()定義在 linux/init/main.c中。該函數(shù)首先調(diào)用 setup_arch()處理內(nèi)核啟動參數(shù)等內(nèi)容，然后對中斷進行處理。

最后進行系統(tǒng)時鐘設計，Garfield中的定時器是片內(nèi)集成的定時器，能夠向系統(tǒng)提供定時中斷。網(wǎng)絡安全終端使用 Garfield的 Timed的重啟計數(shù)模式，將其作為系統(tǒng)時鐘源。

3.2網(wǎng)絡設備驅(qū)動的實現(xiàn)網(wǎng)絡設備驅(qū)動程序主要由初始化部分和數(shù)據(jù)包的發(fā)送與接收部分組成，相關(guān)程序代碼在
linux-2.4.x/drivers/net/ne.c和 linux-2.4.x/drivers/net/8390.c中，其實現(xiàn)的關(guān)鍵代碼如下：

主要的初始化函數(shù) int init ne}robe(struct net device *dev)
檢測網(wǎng)卡的復位響應代碼如下：

bad card=((dev->basa_ addr != 0)&&(de->mem end==0xbad));
{ unsigned long reset start time = jiffies;
Outb(inb(ioaddr+NE_RESET), ioaddr+NE_RESET);
while ((inb_p(ioaddr+ENO_ISR)& RNISR_RESET)==0)

if(jiffies-reset_start_time>2*HZ/100){
if (bad card){ printk(" (warning: no reset ack)");
break; }else{
printk(" not found (no reset ack)\n");
ret= - ENODEV;
goto err_out; } }
outb}(oxff, ioaddr+ENO_ ISR); }

3.3安全性通信的實現(xiàn)

網(wǎng)絡安全終端的主系統(tǒng)通過將重要信息發(fā)送給安全處理子系統(tǒng)，由安全處理子系統(tǒng)將信息加密。主系統(tǒng)接收該密文并發(fā)送，信息以密文的形式在網(wǎng)絡中傳遞，這樣可以滿足終端安全的需求。網(wǎng)絡安全終端是通過主處理器的 uart2與安全處理子系統(tǒng)的協(xié)處理器 C52進行串口通信的。

串口通信編程的實現(xiàn)過程如下：

(1) 串口操作涉及的頭文件，linux/include/asm/arch-GFD/serial.h。

(2) 打開串口，Linux下串口的設備文件是 /dev/ttySO, /dev/ttySl等。

(3) 設置串口，最基本的設置串口包括波特率設置，校驗位和停止位設置。串口的設置主要是設置 struct ermios結(jié)構(gòu)體的各成員值。

(4) 寫數(shù)據(jù)到端口，數(shù)據(jù)到端口只需要使用 write系統(tǒng)調(diào)用去傳送數(shù)據(jù)。

(5) 從端口讀數(shù)據(jù)，以行數(shù)據(jù)模式操作端口，每個 read系統(tǒng)調(diào)用都會返回，不論多少字符實際存在于串行輸入緩沖中。如果沒有字符存在，調(diào)用將阻塞 (等待)到有字符進入，或出現(xiàn)超時和錯誤。

3.4用戶主程序
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主程序主要為本系統(tǒng)提供應用操作，包含在自定義的 user/ethterminal文件夾中。系統(tǒng)初始化定義在 SysInit()中，對自定義的參數(shù)進行初始化，如消息等。由于這里的人機交互模塊是自定義的 LCD顯示，沒有用 minigui等來實現(xiàn)，而采用自定義圖形顯示函數(shù)來實現(xiàn)的鍵盤采用輪詢方式檢測，故有一部分設備初始化工作在這里完成。

系統(tǒng)自檢：定義在 SystemCheck()中。對安全處理子系統(tǒng)、網(wǎng)絡模塊、存儲模塊等進行檢測，并在顯示器給出相應提示信息。

與監(jiān)控服務器連接：定義在 SendDevStaToRemCtrl()中。主要用于通過網(wǎng)絡來實現(xiàn)本系統(tǒng)的軟件管理以及后繼版本升級等。

在完成與監(jiān)控服務器的連接后，網(wǎng)絡安全終端 LCD屏上會顯示“XX銀行”的操作界面，開始等待用戶的操作；若操作超時，將進入液晶屏保護程序，否則進入主菜單循環(huán)。

4結(jié)束語

本文在銀行交易系統(tǒng)對銀行自助終端需求分析的基礎(chǔ)上，提出了利用東南大學國家專用集成電路系統(tǒng)工程技術(shù)研究中心自主研發(fā)的ARM7TDMI內(nèi)核的嵌入式SoC芯片Garfield，設計出基于 ucLinux操作系統(tǒng)和 TCP/IP網(wǎng)絡的銀行自助設備——網(wǎng)絡安全終端，通過原理圖設計、操作系統(tǒng)移植、接口和應用程序的開發(fā)，本系統(tǒng)樣機通過了銀行模擬交易系統(tǒng)的測試，該終端系統(tǒng)達到了設計的要求。

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