CN101123454B - 基于蓝牙的手机银联卡数据传输方法及系统 - Google Patents

Abstract

基于蓝牙的手机银联卡数据传输方法及系统。蓝牙POS硬件与安装模拟银联主机的软件之间可由多种链路进行连接。蓝牙POS硬件与手机之间为蓝牙无线连接。手机软件装置由用户安装在具有蓝牙和Java功能的手机上，控制手机蓝牙完成数据传输工作，用户可通过软件提供的管理模式将自己的银联卡卡号存储在软件之中，使用预存的卡号信息加上实时输入密码完成支付操作。软件运行提供密码保护，输入密码错误三次后软件自动锁死，防止手机后丢失后造成的银行卡号不安全。实现数据交换与传输、蓝牙功能和键盘扫描及相关信息显示的蓝牙POS硬件；有在计算机上运行的一套模拟现行银联系统对用户银联卡内金额进行操作的软件的模拟银联主机。

Description

基于蓝牙的手机银联卡数据传输方法及系统

技术领域

本发明涉及基于蓝牙的手机银联卡数据传输方法及系统，通过蓝牙实现的非实物卡型无线金额交易系统，属于通信和电子数据传输领域。

背景技术

蓝牙技术自问世以来，一直作为无线短距离通信中的热门。蓝牙技术具有很多功能上的优点，诸如功耗低，传输距离远，跳频技术的应用使窃听变得困难，用验证和加密方式保证安全性，支持多设备同时通信等等。

蓝牙技术的这些优点都非常适合应用在对数据可靠性、安全性有很高要求的电子支付系统当中。

目前越来越多的手机都已集成了蓝牙设备，跨平台Java技术使开发适合不同手机使用的程序变得可能，以这两项技术优势为基础，设计了蓝牙手机银联卡数据传输系统：用手机Java软件控制蓝牙设备，通过蓝牙安全链路传送银行卡号、交易金额、密码等信息，完成交易功能，使手机成为一个可以放进无数张银联卡的“电子钱包”。本发明在追求效率和便捷的电子数据传输领域有着广泛的商业价值，使人们在外出时不需要带上种类繁多的各式银联卡而只需要一部手机即可以完成传统的“刷卡”操作。

发明内容

本发明提供基于蓝牙的手机银联卡数据传输方法及系统。

基于蓝牙的手机银联卡数据传输方法，包括以下步骤；

1)蓝牙POS初始化蓝牙模块及相关周边设备，处于等待连接状态；

2)蓝牙手机软件使用BLUE_let类初始化程序，并且发起“设备查询”指令，得到所有可搜索的蓝牙设备；

3)调用SPP_Screen类显示相应软件信息及操作界面；

4)由类RemoteDeviceUI显示找到设备信息；

5)商家在POS键盘输入交易的金额，按发送，单片机程序转至键盘中断处理，将数据通过蓝牙模块发送出；

6)手机软件通过SPP_Client类接收蓝牙发来的数据到手机，并进行ASCII到UTF-8编码的转换；

7)客户在手机端选择欲用来数据传输的银联卡，手机软件调用SelectCard类完成选卡操作，通过InputPassword类完成用户密码输入工作，密码输入在手机端显示为星号；

8)手机软件使用Encrypt类加密卡号密码数据后通过蓝牙链路发送到POS端；

9)POS端由单片机使用既定曲线和密钥解密，并将数据由串口1转发；

10)数据传送到电脑端模拟银联系统软件，软件根据数据库信息执行相应金额操作后，反馈信息；

11)POS机将通过蓝牙链路除送给手机显示。

基于蓝牙的手机银联卡数据传输系统，分为三个部分：手机端软件装置、蓝牙硬件POS、模拟银联主机。

蓝牙POS硬件与安装模拟银联主机的软件之间可由多种链路进行连接，比如PSTN(公共电话交换网)、串口电缆、Internet或GPRS等无线连接。

蓝牙POS硬件与手机之间为蓝牙无线连接。

手机软件装置由用户安装在具有蓝牙和Java功能的手机上，通过软件提供的管理模式将自己的银联卡卡号存储在软件之中，并可根据意愿自定义卡的名称。软件运行提供密码保护，输入密码错误三次后软件自动锁死，防止手机后丢失后造成的银行卡号不安全。

实现数据交换与传输、蓝牙功能和键盘扫描及数码管显示的蓝牙POS硬件；

蓝牙硬件POS由商家配备，可以与银联主机通过多种链路连接，用户可在半径为10～50米的距离内使用手机连接该设备，读取需交易金额，选择欲数据传输使用的银联卡，在手机端输入密码，发送数据完成交易，查看系统回馈的清单信息。

有在计算机上运行的一套模拟现行银联系统对客户银联卡内金额进行操作的软件的模拟银联主机，在原型系统中加入此部分为使整套系统完整，提供一个直观的方式展示对本系统完成的支付工作。软件在收到由蓝牙POS机发出的卡号密码信息后，与在本机进行数据库查询，并对数据库中的银联卡内金额进行操作，在计算机屏幕上显示当前交易的用户姓名，交易所使用的卡号，交易的金额、交易状态及交易时间，根据不同的交易状态向POS反馈不同的特定字符代码，由POS转发给手机，手机软件识别代码，向客户在手机屏幕显示所对应的交易状态。

本套系统可实现用户可将多张银联卡集成在一部手机中使用，在距离收款台约50米的半径中完成刷卡数据传输的操作，并且在手机中保存数据传输的电子清单。用户使用该功能无需添加硬件，在用户零花费情况下用手机代替携带多张银联卡进行数据传输。

本发明的优点及特征为：

①自设的通信格式：采用字符串方式传递数据，用报文头对蓝牙链路传输数据归属于哪个设备进行二次验证，避免发生“串号”的错误；

②单片机双串口不同波特率满足蓝牙链路高速数据传输和其他多种链路的速度差异，减小数据丢失率；

③数据CRC校验机制：用适合单片机使用的查表法CRC校验，提高程校验的效率；

④数据出错回发机制：在程序中采用数据出错回发的方式有效避免卡号密码在传输过程中出现错误；

⑤手机Java实现椭圆曲线(ECC)二次数据加密，采用用户公钥加密，蓝牙POS端私钥解密，大幅增加蓝牙链路传输卡号密码等敏感数据的安全系数；

⑥自主编写软件在手机端虚拟蓝牙串口，采用UTF-8编码接受字符串数据

⑦在POS端加入显示功能，使收银员能及时确认顾客已付款，并可根据显示处理解决在通信中出现的故障；

⑧设计时尽可能的节约单片机I/O口，为未来功能扩展留下空间。

附图说明

图1为本发明网络拓扑示意图。

图2为本发明系统示意图。

图3为本发明硬件连接示意图。

图4为本发明硬件主程序流程示意图。

图5为本发明手机软件流程示意图。

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

具体实施方式

实施例1：在参考现有的银联卡数据传输网络的基础上，本系统设计采用了如图1的网络拓扑图，并制作了原型系统。

如图1所示：装有电子钱包软件的手机通过蓝牙链路与蓝牙POS连接；蓝牙POS到银联的POS管理服务器可以由多种连接方式实现，包括PSTN公共电话交换网(现有银联POS大多数使用此种方式)、RS-232电缆线、GPRS、Internet等等。

根据该网络设计的实验系统分为三个部分：单片机与蓝牙模块组成的蓝牙POS、支持Java(MIDP1.0/2.0)的蓝牙手机与手机中安装的Java软件、计算机端模拟的银联POS管理系统，如图2所示。

各模块设计方案及功能详述：

单片机蓝牙POS

本模块共包含三部分功能：数据交换与传输、蓝牙功能和键盘扫描及数码管显示。由单片机控制蓝牙模块进行工作。

蓝牙模块采用的是德国stollman公司的BlueRS+C1，该模块支持最远100米的蓝牙连接有效距离，支持1200到115200bps速率的数据传输，同时支持AT指令和蓝牙HCI指令的控制，提供蓝牙虚拟串口服务(SPP)，并且含有Atmel公司ARM7系列芯片一个和用户可操作的64K FlashROM空间。

单片机控制中枢选用了台湾华邦(Winbond)公司的W77E58，该单片机有两个可设置不同工作波特率的增强型串口，典型的指令周期比8051快1.5到3倍，最高40M时钟，4机器周期的指令执行速度，且自带可编程看门狗，有效防止死机。单片机通过MAX232转换后外接两个标准DB9串口，其中串口0连接蓝牙模块，串口1连接RS-232电缆，两串口均采用中断方式工作。

键盘扫描及数码管显示采用了南京沁恒公司的I2C总线键盘扫描芯片，该芯片内置上拉电阻，直接电路连接单片机，支持键盘两次回扫防抖，动态显示扫描控制，可以直接驱动4位数码管，实际应用中可采用液晶显示模块来升级显示部分。通过程序设计使数码管显示与键盘同步，并有清除和复位功能；各部分硬件连接如图3所示：

单片机作为整套系统的控制中枢，负责数据的转发与解密工作，与键盘扫描芯片之间采用4线IIC总线连接。

单片机与Flash存储器之间采用2线IIC总线连接，用于保存多部手机传送过来的数据，进行数据缓存。

单片机TTL电平经过MAX232转换为RS232电平分别连接蓝牙模块和嵌入式modem模块，与外部RS232连接采用标准DB9接口，方便功能扩展。

单片机硬件控制程序部分说明：

本系统以图3所示硬件电路为基础，运用汇编语言控制单片机及其外围设备完成对由银联卡账号密码数据的解密及通过不同串口分别经过蓝牙模块和串口部分进行数据转发操作。

如图4所示主程序流程：

首先单片机及其外围设备进行初始化，调整各IO口电平，键盘扫描芯片初始化，控制蓝牙设备进入可搜索，自动接入连接模式，此时用户可持手机运行软件检测并和蓝牙设备进行配对安全连接。

之后各部分程序采用中断方式进行，主程序开放中断，等待中断，依次执行各子程序：

1、键盘中断子程序。作用：利用I2C总线方式读取按键代码，以ASCII码的形式存储在DATA_KEY，支持0～9数字按键、逗号、清0和发送键，由数码管实时显示，支持金额最大显示长度为8位；存储区起始于35H，能暂存一个数据(将被下一个数据覆盖)存储数据、逗号和数据结束标识“/”。单片机检测到矩阵键盘进行输入后，将DATA_KEY中数据通过CH452同步在数码管显示，并在检测到确认发送后将数据由串口1连接的蓝牙模块发出；

2、发送子程序：向蓝牙模块通过串口1(W77E58串口0)发送数据；

3、设置串口工作方式，设置系统中断优先级别，串口中断优先级高于键盘中断。系统总中断开，等候手机端发送回来的帐号密码等信息，串口0数据输入后，系统处理发回帐号密码信息；

4、进入解密子程序，用存于ROM中的既定椭圆曲线及私钥，根据椭圆曲线算法对发送过来的帐号密码数据加密数据进行解密，送入24c64中暂存；

5、将解密数据通过串口2(W77E58串口1)发送出去，解密数据与手机端发入数据格式相同，密码长度为6位。最长数据暂存区为35位，其中19位卡号(16位卡号时实际显示17位，最前端使用@表示该卡号位16位卡号)，6位密码，8位金额，1位停止位；

6、系统开中断，等待银联主机反馈信息通过串口2(W77E58串口1)返回，数据到达后引起中断，接受数据与串口1相同，同时数码管显示实际交易金额；

7、AT命令断开蓝牙连接，清空缓存。

手机Java电子钱包软件部分

如图5所示：手机软件采用J2ME编写完成，在Sun公司提供的J2ME WirelessTookit2.2，MIDP2.0、CLDC1.0环境下编译仿真通过。并分别在诺基亚3230、诺基亚6600、索尼爱立信K750C真机上检测通过。

手机软件实现功能：

●通过软件控制手机蓝牙设备搜索蓝牙POS，可显示蓝牙设备名称；首次连接进行PIN码验证(蓝牙POS端PIN码有设置为1234)；

●手机根据设备的蓝牙地址直接连接，不会连接到其他非法设备，提高安全性(每台蓝牙设备具有唯一的蓝牙地址)；

●软件实现手机端蓝牙虚拟串口，即原手机操作系统不支持蓝牙串口也可通过软件在蓝牙服务数据库中注册相应服务；

●操作手机蓝牙数据库记录建立过连接的蓝牙POS和服务；

●用户可自行编辑手机内存储的银行卡号并可为银行卡命别名；

●用户在手机键盘输入的密码以星号显示；

●在交易结束，手机显示交易清单，显示包括数据传输卡号，数据传输金额等信息(在一定的有效期内，该信息加入以不同手机蓝牙设备区分的数字签名作为交易凭证保留在银联主机)；

●软件设有运行密码，如果用户输入密码错误三次，手机电子钱包软件将被锁死，只能采取与手机SIM卡被锁类似的方式解决。

手机端的蓝牙程序设计的总体构架：

使用手机的蓝牙设备发起一次搜索，可以找到周围可以打开的蓝牙设备。

选择和pos终端(蓝牙设备之一)的连接，然后使用和pos终端的连接发起一次服务查询(包括安全验证)。之后手机就可以和pos蓝牙终端进行信息交换，客户就可以通过自己的手机把银行的帐号，密码经手机处理器椭圆曲线公钥加密后发送给pos终端，进行交易操作，并等待向客户显示交易回馈信息。

主要的代码实现描述：

BLUE_let类包含了整个手机应用程序的入口；

其主要负责程序的初始化，并且发起“设备查询”指令，得到所有可搜索的蓝牙设备；

SPP_Screen类为开始界面选择类；

RemoteDeviceUI类是基本的设备查询反馈信息界面；

SPP_Client类是整个类的核心，执行“发送信息”和“接受信息”的指令；

它包括需要把客户的信息发送给pos终端，并且得到相应的返回信息；

SelectCard类主要实现的是客户的“选卡服务”。实现集成多张银联卡卡的功能；

RecvInfo类主要完成最终的客户交易完成信息显示，它会告诉客户这个交易的完整信息，包括金额，时间等；

InputPassword类完成客户的密码输入功能，并且使用′*′代替真正的密码，提高了安全性；

Encrypt类负责在手机端用椭圆曲线算法，用既定的椭圆曲线对卡号和密码进行加密操作；

GetBackInfo类负责处理交易的各种异常的显示，包括金额不足，密码错误，卡号不存在等。

用于设备管理的两个类：LocalDevice和RemoteDevice。LocalDevice允许你请求获得蓝牙设备的静态信息。RemoteDevice可用来获得蓝牙邻近区的设备信息

设备发现管理类：

无线设备需要一种机制来允许它们发现其它的设备并访问它们的功能。核心蓝牙API的DiscoveryAgent类和DiscoveryListener接口提供了需要的发现服务。

服务发现类：

DiscoveryAgent提供的方法可以用来发现蓝牙服务设备上的服务，并初始化服务发现事务。

软件运行过程：

首先使用BLUE_let程序启动整个程序，之后调用SPP_Screen类显示一些产品的信息，使用设备查询功能，然后用类RemoteDeviceUI来显示反馈信息，选择搜索到的终端Pos，由SelectCard执行选卡功能，类InputPassword显示整个的密码输入，SPP_Client类将客户的信息发送给终端Pos，等待终端的检查，如果遇到了异常情况，GetBackInfo类将异常的情况信息显示出来。最后，如果一切的交易正常完成，RecvInfo类将交易的反馈信息向客户显示出来。

电脑端模拟银联POS管理系统软件

电脑端模拟银联主机软件由VB+数据库编写而成，使整体功能在实验系统中更好体现的演示工具，由串口通讯软件改进而来，真正可以投入商业运营的应该有更多的管理功能和更强大的数据库支持，如SQL、Oracle等。

软件由Virtual Basic+数据库编程完成，使用VB中的MSComm控件控制数据的接受与发送数据，使用ADO数据库访问方式，在程序中通过SQL语句对数据库的相应表单及数据进行操作。

模拟银联主机对接收到的字符数据进行处理，根据银行卡号进行数据库查询操作，查询是否与库中该卡号对应的密码匹配，如匹配则执行转账扣款工作，回复交易卡号和交易成功的金额；若不匹配则给出ERROR0的回复数据，由单片机和手机判断，分别在数码管和手机屏幕显示“密码不正确”的提示信息，其他错误，诸如卡号不存在、余额不足等都由ERROR1～ERROR3回复表示。

安全性加密部分：

数据传输系统涉及到金额的交易，所以安全性也是考虑的重中之重。本文涉及的系统采用椭圆曲线加密体系实现敏感信息的加密。

椭圆曲线公私钥密码体制(ECC：elliptic curve cryptography)是由N.Koblitz和V.Mill于1985年提出的。

椭圆曲线ECC加密算法的运算实质是明文所在数域与密文所在数域之间的映射关系。把明文通过加密映射得到密文，实现加密；反之，利用解密映射，可由密文得到明文。利用椭圆曲线算法进行加密通信的过程如下：两个通信方，手机和蓝牙POS，事先保密选定一条椭圆曲线，并在曲线上选定一个基点和一个私钥，并计算出公钥；手机端已知公钥和基点，并利用公钥、基点和自己选定的编码方式将待传输明文编码到椭圆曲线上的一点，再将利用公钥、基点和明文编码后对应的点生成的两个数值传给甲方；蓝牙POS利用私钥可以得到编码后的椭圆曲线上的那一点，经过解码就可以得到手机端传输来的明文。与目前广泛应用的RSA、DSA相比，ECC具有以下优点：

(1)安全性能更高。ECC体制所依赖的椭圆曲线离散对数问题至今没有亚指数时间的求解方法。

(2)在同等安全强度下，ECC比RSA、DSA的实现速度快。特别是在有私钥参与运算(解密和签名)的处理速度上，ECC远比RSA、DSA快得多。

(3)在同等安全强度下，ECC占用的资源更少。ECC的密钥尺寸和系统参数与RSA、DSA相比要小得多。

本系统采用椭圆曲线公钥在手机端加密敏感的银联卡号、密码信息，针对加密卡号密码均为数字的特点优化了算法，在POS硬件私钥解密，兼顾系统处理速度和安全。

Claims (1)

1.一种基于蓝牙的手机银联卡数据传输方法，其特征是包括以下步骤；

蓝牙手机软件需要安装在具有蓝牙和Java功能的手机端上；

蓝牙硬件POS初始化蓝牙模块及相关周边设备，处于等待连接状态；

蓝牙手机软件使用BLUE_let类初始化程序，并且发起“设备查询”指令，得到所有可搜索的蓝牙设备；

调用SPP_Screen类显示相应软件信息及操作界面；

由类RemoteDeviceUI显示找到设备信息；

商家在蓝牙硬件POS键盘输入交易的金额，按发送，单片机程序转至键盘中断处理，将交易请求和交易金额数据通过蓝牙模块发送出；

蓝牙手机软件通过SPP_Client类接收蓝牙发来的交易请求和交易金额数据到手机端，并进行ASCII到UTF-8编码的转换；

蓝牙手机软件调用SelectCard类完成选卡操作，通过InputPassword类完成用户密码输入工作，密码输入在手机端显示为星号；

蓝牙手机软件使用Encrypt类加密银联卡卡号和密码数据后，将该数据通过蓝牙链路发送到蓝牙硬件POS；

蓝牙硬件POS由单片机使用既定曲线和密钥对加密的银联卡卡号和密码数据进行解密，并将解密后的银联卡卡号和密码数据由串口1转发；

银联卡卡号和密码数据传送到电脑端模拟银联系统软件，软件根据数据库信息执行相应金额操作后，反馈信息；

蓝牙硬件POS将通过蓝牙链路传送给手机端显示。

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