高宇昊

摘 要：校园一卡通是智慧校园建设中不可缺少的一环，最近两年，基于NFC技术的虚拟校园卡被开发和广泛应用。然而，在部分情况下虚拟校园卡的使用受到了限制，本文提出了一种基于人体生物识别技术的身份认证方式，可以使校园一卡通系统更加便捷，同时也能提升系统的安全性。

关键词：虚拟校园卡;人体生物识别技术;系统设计

中图分类号：TP391.41 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2019）03-0037-02

0 引言

校园一卡通在我国高校已有了近20年的发展历史，传统的实体卡在发展中暴露出了许多问题，比如卡片容易损伤、丢失，而补办校园卡需要一个挂失——重办的周期，在这段时间内，学生无法借书，无法在校进餐，可谓是“寸步难行”。而虚拟校园卡几乎完美的解决了这一问题，而且相较于实体卡，虚拟卡的成本大大降低，卡片信息也能即时更新。然而，基于NFC技术的虚拟校园卡仍然存在一些问题，比如在像浴室这样的地方，手机无法使用，在一些证明身份的场合，虚拟卡也不如实体卡容易被接受。生物识别技术，则可以有效规避“用卡难”的问题，为校园卡虚拟化提供了一条新的方向。

1 校园卡发展历程及相关技术介绍

1.1 校园卡的发展历程

电子校园卡在我国高校校园已有二十余年的发展历程，大致可以分为三个阶段。第一阶段：食堂卡、借书卡、学生卡多卡并立，系统相互独立，以接触式ID卡为载体。第二阶段：校园一卡通系统出现，校园卡的管理效率大大提升，卡片成本和人工成本也大幅减少，这一阶段的校园卡大多基于非接触式的M1卡，IC卡。但是此时的一卡通仍处在开发阶段，功能仅限于身份认证和校内消费。第三阶段：校园一卡通的功能逐步增多，业务相互整合，基本实现了“一卡在手，走遍校园”。同时，校园卡的载体变得更加多元化，CPU卡，银行卡，基于NFC功能的手机都成为可行的对象，这些变革推动了智慧校园建设进程。

1.2 RFID及NFC技术

RFID技术，即射频识别技术，是一种非接触式的自动识别技术，原理是通过无线电产生的电磁场相互识别。NFC技术，即近场通信技术，是由RFID技术发展而来的一项技术，通过发送和接收短距离、高频率的无线电，实现电子设备间的信息交换。相较于RFID技术几十米的通信距离，NFC允许的通信距离较短，但是其能耗低、传送速率快。再者，NFC也是一种协议，安全性高于RFID。[1]

目前，RFID和NFC技术已运用在生活的各个方面，RFID在仓储物流，销售，图书管理等方面已经显示了巨大的潜力;而NFC技术在金融支付、交通、通信等多方面也崭露头角，值得一说的是，NFC技术几乎成为手机“必备技能”，市场上超过8成的手机，均已拥有NFC功能。[2]

1.3 生物识别技术

生物识别技术，即光学、声学录入生理特征，再通过统计学分析比对特征，运用计算机技术进行个人身份的鉴定的一种技术。本文中采取人脸识别技术、虹膜识别技术、静脉识别技术三种技术作简要介绍。

人脸识别技术，目前有两种主流方法。其一，特征向量法。此方法是通过识别脸部几个固定点（如眉梢、嘴角）的位置、特征，再与数据库中的数据进行比对，从而“识别人脸”。其二，面纹识别法。此方法是先在数据库中存储面部模板，识别人脸时，将人脸所有像素与数据库中的模板进行匹配。

虹膜识别技术是通过识别人眼中巩膜、虹膜、瞳孔晶状体、视网膜等结构，比对斑点、细丝、冠状、条纹、隐窝等的细节特征而进行的一种识别技术。

静脉识别技术，原理是人身体内的经脉分布基本没有变化，所以通过识别经脉分布而进行身份识别。[3]

2 校园一卡通系统的概要设计

2.1 基于生物识别技术的校园一卡通系统的功能

基于生物识别技术的校园一卡通系统具有校内管理，金融消费，自助查询的功能。[4]

其中校园管理有校内身份认证和校内消费两部分。校内身份认证用于图书馆借书，上课签到以及宿舍门禁。校内消费包括食堂，超市，医院等处的消费。通过生物识别设计，可以实现无卡认证，无卡消费。

金融消费指的是校园卡与银行卡绑定，一卡两用，只需在银行卡中存钱就可以在校内消费。当然，必须得在和学校合作的银行中才能使用此项功能。

自助查询功能可以在网上实现，通过与互联网的连接，消費信息及时更新到互联网上。学生可以在移动终端上用学生卡号登陆，并查询身份信息，消费记录。

2.2 校园一卡通系统的身份认证功能的实现

系统采用以下结构。（如图1）“持卡人”通过互联网上传身份信息，并储存在校园网中，消费终端通过读取校园网中信息完成身份认证功能。

2.3 校园一卡通系统的结算方式

校园一卡通系统的结算方式如图2所示，下面具体介绍各方功能。（1）学生（“持卡人”）：可以在校方指定银行存钱，银行与校园卡绑定，所以可以直接用银行卡中的存款进行校内消费。（2）商户：可以在银行扣除学生消费所用款项，并需要每日向学校提交消费报表。（3）银行：需要每日向学校提供学生消费总表。（4）结算中心：分析商户和银行提交的报表，改进校内消费项目。

基于生物识别技术的一卡通系统优化了结算模块，减少了人力物力，同时避免了诸如人工充值校园卡排队等问题。

2.4 校园一卡通系统的支付流程

相较于传统的刷卡支付，运用生物识别技术的支付方式具有更高的安全性。学生先从给定的三种生物识别方法中选一种进行识别，如若失败，则重新进行身份认证。成功则继续，消费金额如果小于X（上个月消费额的1/3）则直接完成，如若大于，学生需进行第二项认证，再成功即可完成支付。（如图3）

3 基于生物识别技术的校园一卡通的局限及优势

3.1 生物技术带来的一些问题

随着生物技术发展，人们将越来越多的期望加于生物识别技术上。但生物识别技术尚未发展成熟，仍然有不少缺点。

其一，生物识别设备较为昂贵，在所有终端都装配生物识别设备对于高校来说将是一笔巨大的开销，设备维护也需要人力和物力的投入。

其二，将整个高校的身份信息全部录入一个系统，在身份识别时对于系统的计算能力提出了更高要求，如若计算能力跟不上，难么校园消费的速度将会大大降低，这样的直接后果就是，食堂排队队伍大大增加。

3.2 基于生物识别技术的校园一卡通给校方带来的问题

首先，传统的校园一卡通系统将资金先存放于学校的账户之中，消费都通过学校账户，所以在“存款”这一环节。学校有了一部分沉淀资金，而虚拟校园一卡通系统不会产生这一部分资金，而是直接将钱存入银行之中。

其次，校方与校外公司合作开发一卡通系统，可能造成信息泄露，而且无法直接掌握学生的消费信息。对学生可能造成身份信息泄露的危险，而对学校，则无法及时更新消费对象。[5]

3.3 基于生物识别技术的校园一卡通系统的优势

（1）更高的普遍性：当校园一卡通系统不需要办实体卡时，注册一张虚拟卡就和网上注册一个QQ号一般简单。所以从学生到校内职工，再到外来人员都可以使更高的稳定性：生物识别技术最大优点就在于其稳定，部分生物形状，如虹膜、静脉终生都不发生变化，稳定性高。（2）更高的接用校园一卡通系统进行校内消费。（3）收程度：这三种技术运用非接触生物成像技术，更容易被大众接受。（4）更容易管理：相较于传统的档案管理，电脑管理，运用互联网可以更加省时高效的管理身份信息，学生也能轻松查询消费记录。[6]

4 结语

鉴于NFC技术在校园一卡通系统上的广泛应用，基于生物识别技术的校园一卡通系统似有累赘之疑。然而基于生物识别技术的校园一卡通系统更深刻地贯彻了“去卡化”的思想。NFC技术尚需要基于手机中的NFC功能，而运用此系统后，人们可以什么都不带，畅行校园无阻。现在的校园，正逐渐走向更高的智能化，生物识别技术在校园一卡通系统中的应用无疑会是一次重大变革。

参考文献

[1] 侯艳琪.NFC与RFID的联系与区别[A].天津市电子学会、天津市仪器仪表学会.第三十二届中国（天津）2018IT、网络、信息技术、电子、仪器仪表创新学术会议论文集[C].天津市电子学会、天津市仪器仪表学会：天津市电子学会，2018：3.

[2] 韩露，桑亚楼.NFC技术及其应用[J].移动通信，2008（06）：25-28.

[3] 张坤.说话人识别系统的硬件设计及相关软件实现[D].吉林大学，2004.

[4] 王永明.校园一卡通系统的基础平台建设和应用功能分析[J].智能建筑与城市信息，2009（01）：101-105.

[5] 牟杨.高校虚拟校园卡取代校园一卡通的趋势分析与展望[J].网络安全技术与应用，2017（03）：121+123.

[6] 李鵬飞，淡美俊，姚宇颤.生物识别技术综述[J].电子制作，2018（10）：89-90.