CN111428258B - 一种税控服务器加密机及其开票系统 - Google Patents

Abstract

本申请公开一种税控服务器加密机及其开票系统。所述税控服务器加密机包括服务器板卡和加密板卡；在服务器板卡运行安全接入模块和服务器应用管理模块；加密板卡包括一块主加密板卡和多块副加密板卡；主加密板卡通过PCIE接口与服务器板卡连接，包括控制芯片、第一管理芯片、第二管理芯片和多块运算芯片；副加密板卡通过PCIE接口与服务器板卡连接，包括控制芯片和多块运算芯片。采用本申请提供的税控服务器加密机能够支持大数据量纳税人，通过设置一主多副的加密板卡，实现对运算性能要求不同的使用场景和使用需求的高可展性，极大提高了系统的可靠性和安全性。

Description

一种税控服务器加密机及其开票系统

技术领域

本申请涉及税控开票技术领域，尤其涉及一种税控服务器加密机及其开票系统。

背景技术

早期受限于电子和网络技术较低的发展水平，税控安全产品主要于各类本地开票系统环境中支持各种离线开票场景的使用。随后，伴随技术水平和网络基础建设的发展，支持发票上传、网上申领、网络抄报等新型互联网税控功能的网络税控盘、税控服务器、税控盘组等产品也被研发出来，开始满足不同的大中小型企业使用，但各自都仍存在着一些缺陷。

当前主要有以下三种税控设备类型的开票系统：

(1)税控盘：主要应用于本地开票环境，该系统虽然经过不断更新已经可以满足税务部门和纳税人的基本税务需求，甚至可以通过PC机上的开票软件与税务局局端服务器传输数据，但该类型设备仍是性能受限的简单USB设备，只能通过USB接口与PC机连接的方式，多应用在本地开票场景。

(2)税控服务器：相较于税控盘，税控服务器具有更强的数据处理能力、更大的数据存储量，能同时为多用户提供开票监控、税控码计算等功能。但受限于仍需要通过核心板存储单个税号的关键数据和密钥，能够支持开票的发票点有限。

(3)税控盘组：税控盘组解决了单税控盘和税控服务器存在的诸多问题，结合物联网MQTT协议技术，提供了一个廉价、易用，与原有系统兼容，且同样可以满足企业远程开票、集中式管理的开票需求。但同时也带来了多级USB HUB稳定性较差，容易出现设备连接中断等问题，而且网络并发性能较弱，加解密运算性能也存在问题。

基于此，亟需实现一种能够向广大纳税人和税务部门提供一款具备高安全性、高性能、高可扩展性、高易用性和支持大量企业税号的新型开票系统。

发明内容

本申请提供了一种税控服务器加密机及其开票系统，采用高速率的一主多副高可扩展性加密板卡设计，集成完善的税控服务系统，提供可对接多种系统的高可用安全接入模块，同时配套管理Key、备份Key等配套硬件，向广大纳税人和税务部门提供了一款具备高安全性、高性能、高可扩展性、高易用性和支持大量企业税号的新型开票系统。

所述税控服务器加密机包括服务器板卡和加密板卡；

在服务器板卡运行安全接入模块和服务器应用管理模块；安全接入模块对服务器应用管理模块提供的具体税控功能和加密机管理功能进行接口整合，并提供完善的通信并发管理、线路保护和身份认证功能；

加密板卡包括一块主加密板卡和多块副加密板卡；主加密板卡通过PCIE接口与服务器板卡连接，包括控制芯片、第一管理芯片、第二管理芯片和多块运算芯片；副加密板卡通过PCIE接口与服务器板卡连接，包括控制芯片和多块运算芯片；

其中，各自的控制芯片通过PCIE接口接收数据和指令，并转发至相应管理芯片或运算芯片；第一管理芯片用于管理片内存储的设备密钥，和对接的文件系统存储芯片内存储的用户密钥；第二管理芯片负责随机数管理，生成满足安全运算要求的真随机数；运算芯片用于进行国密算法运算。

如上所述的税控服务器加密机，其中，主加密卡还包括配套的噪声源芯片、存储芯片、实时时钟芯片和防拆电路。

如上所述的税控服务器加密机，其中，主加密卡中的第一管理芯片对接文件系统存储芯片、防拆电路和实时时钟芯片，当出现非法拆卸时，第一管理芯片自动清空第一管理芯片片内存储的设备密钥，和对接的文件系统存储芯片内存储的用户密钥。

如上所述的税控服务器加密机，其中，主加密卡中的第二管理芯片负责随机数管理，对接两块噪声源芯片和随机数存储芯片，生成满足安全运算要求的真随机数。

如上所述的税控服务器加密机，其中，税控服务器加密机还包括命令解析模块、硬盘RAID数据库、PCIE接口和加密板卡固件；

税控服务器加密机接收用户端税控程序的命令及数据，命令解析模块对接收命令进行接收和解析后，访问硬盘RAID数据库及加密板卡固件执行相应操作，完成命令后通过网卡向用户端税控程序返回结果。

如上所述的税控服务器加密机，其中，硬盘RAID数据库，运用搭载在服务器主板上的大容量磁盘阵列，提供高安全性、高冗余的加密RAID1存储，存储包括发票明细、报送数据在内的税控数据。

如上所述的税控服务器加密机，其中，服务器应用管理模块提供全套税控安全功能，包括发票库领购和退回发票段、发票池分发和退回发票段、开具正数发票、开具负数/红字发票、发票作废、发票报送、发票签名、发票上传全套税控业务。

本申请还提供一种基于税控服务器加密机的开票系统，包括上述任一项所述的税控服务器加密机，还包括用户终端和管理员终端；用户终端和管理员终端能够访问税控服务器加密机，进行各种管理和税控业务操作。

如上所述的基于税控服务器加密机的开票系统，其中，为管理员终端提供配套的管理key，用于存储管理员私钥及数字证书，利用内置的公钥算法实现对管理员身份进行认证，以及并对通信数据进行加解密。

如上所述的基于税控服务器加密机的开票系统，其中，还包括备份key，具有大容量的存储芯片、支持管理Key的全部功能，以及支持用户密钥的加密文件备份、税控服务器加密机设备密钥的分散生成。

本申请实现的有益效果如下：采用本申请提供的税控服务器加密机能够支持大数据量纳税人，通过设置一主多副的加密板卡，实现对运算性能要求不同的使用场景和使用需求的高可展性，极大提高了系统的可靠性和安全性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明中记载的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请实施例提供的基于税控服务器加密机的总体系统框架示意图；

图2是税控服务器加密机硬件框架示意图；

图3是税控服务器加密机总体软件框架示意图；

图4是税控服务器加密机-加密板卡软件框架示意图。

具体实施方式

下面结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

本申请实施例一提供一种基于税控服务器加密机的开票系统，如图1所示，包括用户终端、税控服务器加密机和管理员终端，管理员与用户可通过各自的终端网络访问税控服务器加密机，进行各种管理和税控业务操作。税控服务器加密机为开票系统核心，支持国密SM2、SM3、SM4算法，使用已获得商用密码产品型号证书的安全芯片作为安全密码芯片；支持全套税控服务器应用功能，能完成发票开具、发票作废、发票抄报、发票领购等核心税控业务；通过一主多副加密板卡设计，支持更多税号同时使用；具备更高性能，支持更高并发的数据加解密、签名验签、安全存储、身份认证等操作，有效保障税务数据的安全生成、加密存储、数据防篡改等要求。

以下从硬件和软件角度分别阐述本申请提供的基于税控服务器加密机的开票系统：

一、从硬件角度出发，如图2所示，所述开票系统包括税控服务器加密机、管理key和备份key：其中，管理key用于实现管理员身份认证，备份key用于实现开票系统关键数据备份。

(1)税控服务器加密机

税控服务器加密机包括服务器板卡和加密板卡，具体设置一块服务器板卡、一块主加密板卡以及多块副加密板卡；

其中，服务器板卡为一套可完整运行Linux操作系统的X86服务器板卡，硬件包括CPU、USB接口、网卡、硬盘RAID等，并在服务器板卡软件上运行安全接入模块、服务器命令解析模块、服务器应用管理模块及硬盘RAID数据库；

主加密板卡通过PCIE接口与服务器板卡连接，硬件包括控制芯片、两块管理芯片、多块运算芯片以及配套的噪声源芯片、文件系统存储芯片、实时时钟芯片(RTC)和防拆电路；

副加密板卡通过PCIE接口与服务器板卡连接，硬件包括控制芯片和多块运算芯片。

在主加密板卡和副加密板卡中，各自的控制芯片通过PCIE接口接收数据和指令，并转发至相应管理芯片或运算芯片；

主加密卡中的第一管理芯片负责文件系统和RTC管理，对接文件系统存储芯片、防拆电路和RTC，当出现非法拆卸时，第一管理芯片自动清空第一管理芯片片内存储的设备密钥，和对接的文件系统存储芯片内存储的用户密钥。

第二管理芯片负责随机数管理，对接两块噪声源芯片和随机数存储芯片，生成满足安全运算要求的真随机数。

运算芯片用于国密算法运算加速；管理芯片和运算芯片装载定制安全固件，并根据实际负责业务，启用固件的不同模块执行相应操作。

本申请提供的税控服务器加密机是为了配合国家税控业务而设计，为了满足税控业务对于时间的管理，在税控服务器加密机中设置独立可靠的实时时钟功能；另外为了支持大量纳税户同时使用并方便管理，税控服务器加密机为每个单独的纳税户提供一整套包含数十条对称密钥和多套非对称密钥运算操作。也由此在本申请的税控服务器加密机中主加密板卡上设置管理芯片，通过管理芯片操作RTC芯片和文件系统存储芯片的，满足了税控业务中对实时时钟和大数据量用户密钥存储管理要求，同时这些关键零部件和数据保存在主加密板卡上，也极大提高了产品的安全性和可靠性。

另一方面，税控服务器加密机同时支持上千并发税控操作，大量运算需要调用大数据量的真随机数进行线路保护、外部认证、分散密钥等操作，为此，主加密板卡上专门设计第二管理芯片，通过双噪声源芯片生成的真随机数不断生成并保存于随机数存储芯片中，方便税控服务器加密机相关安全运算。

此外，本申请的税控服务器加密机除必须配备的主加密板卡外，支持按实际需要配置数量不定的副加密版卡。税控服务器加密机的副加密版卡上只有多块用于SM2/SM3/SM4国密算法运算的运算芯片，增、减副加密版卡不影响税控服务器加密机的功能，而只对税控服务器加密机的运算性能进行增、减。通过这一设计，税控服务器加密机实现了高可扩展性，可满足更多不同应用场景、不同运算量需求的用户需要。

(2)管理Key

基于税控服务器加密机的开票系统是一台同时支持数千用户使用的网络设备，其系统管理员需要通过网络对使用该系统的数千用户进行管理，如不能可靠的保障管理员操作的安全性，会带来极大的风险隐患。为此，基于税控服务器加密机的开票系统配套管理进行身份认证和通信数据加解密。

管理Key是一种基于PKI体系的USB-KEY技术研发的嵌入式安全设备。它采用USB接口，可方便对接各类终端设备；内置嵌入式智能卡芯片，有一定的存储空间，可以存储管理员私钥以及数字证书，并可以利用内置的公钥算法实现身份认证。同时，由于管理员私钥保存在专用安全芯片中，理论上任何方式都无法读取，保证了管理员认证和通信的安全性。

管理Key支持SM2、SM3、SM4国密算法，安全存储公私钥文件、对称密钥文件和证书文件，并提供各类非对称、对称算法的加解密、签名验签、密钥协商等功能，可有效保证管理流程的安全可靠。

(3)备份Key

税控服务器加密机同时可对接数千纳税户使用，如税控服务器加密机发生故障，不能及时处理则会造成巨大的恶劣影响。为此，基于税控服务器加密机的开票系统，配套备份Key进行用户密钥定期备份。

备份Key也是一种基于PKI体系的USB-KEY技术研发的嵌入式安全设备，在管理Key基础上采用了更大容量的存储芯片，除支持管理Key的全部功能外，同时还支持用户密钥的加密文件备份、税控服务器加密机设备密钥的分散生成。

当税控服务器加密机出现不能使用的故障或问题时，可即时将备份Key中备份的数千纳税户用户密钥更新到另一台税控服务器加密机上，保障纳税户可无缝切换到新设备上进行开票等操作，极大提高了系统的可维护性和可靠性。

二、从软件角度出发，所述开票系统包括税控服务器加密机固件、配套硬件固件、管理工具和用户端税控程序；

(1)税控服务器加密机软件

如图3所示，税控服务器加密机软件包括安全接入模块、命令解析模块、服务器应用管理模块、硬盘RAID数据库、PCIE接口和加密板卡固件等；用户通过用户端税控软件程序访问税控服务器加密机网口，发送命令及数据，税控服务器对接收命令进行接收和解析后，访问硬盘RAID数据库及加密板卡执行相应操作，完成命令后通过网卡返回结果；管理员通过管理工具访问税控服务器加密机网口，并且使用管理Key进行身份认证和数据加密，完成用户新增、用户密钥管理、设备管理等操作。生产维护人员可通过将备份Key连接税控服务器加密机USB口，进行用户密钥的备份和设备密钥的配置发行。

具体地，在税控服务器加密机运行在服务器主板上，包括的安全接入模块、命令解析模块、服务器应用管理模块、硬盘RAID数据库、PCIE接口和加密板卡固件，各模块具体如下：

安全接入模块，提供了安全可靠的网络加密通信、高性能的多并发通信管理和高易用性的接口定制。用户终端上安装的用户端税控软件和管理终端上安装的管理工具，都是通过加密通讯与安全接入模块对接后，指令和数据才能在双方之间传输。

本申请实施例中，通过安全接入模块，对服务器应用管理模块提供的税控功能和加密机管理功能进行了接口整合，方便外部税控软件和管理工具调用，而且。同时，安全接入模块提供了完善的通信并发管理、线路保护、身份认证等功能，保障了税控服务器加密机即使对接公网使用，也可安全无虞。

服务器应用管理模块，在传统税控服务器核心系统基础上进行大幅更新和修改，提供全套税控安全功能，可以实现包括发票库领购和退回发票段、发票池分发和退回发票段、开具正数发票、开具负数/红字发票、发票作废、发票报送、发票签名、发票上传等全套税控业务。

硬盘RAID数据库，运用搭载在服务器主板上的大容量磁盘阵列，提供高安全性、高冗余的加密RAID1存储，存储包括发票明细、报送数据等在内的税控数据。

如图4所示的加密板卡软件框架，加密板卡固件包括PCIE接口、芯片管理模块和安全芯片固件。加密板卡包括的第一管理芯片、第二管理芯片和运算芯片均采用已获得商用密码产品型号证书的安全芯片，根据分配的功能和安全芯片连接的其他硬件模块，调用不同功能的安全芯片固件模块。运算芯片不对接其他硬件模块，其固件包括命令解析模块、芯片固件应用模块和国密算法运算模块。命令解析模块对服务器应用管理模块发送过来的指令进行解析并转发至芯片固件应用模块；芯片固件应用模块实现核心的身份认证、片内存储管理、数据处理等功能；国密算法运算模块执行SM1、SM2、SM3、SM4等国家商用密码算法运算。管理芯片1固件，对接RTC芯片、防拆电路和文件系统存储芯片，除运算芯片相应模块外，还调用RTC管理模块和文件系统模块，管理RTC芯片和用于存储用户密钥的文件系统存储芯片。管理芯片2固件，对接两块噪声源芯片和随机数存储芯片，除运算芯片相应模块外，还调用随机数管理模块，通过对接噪声源芯片运算生成随机数，并将生成随机数存储于随机数存储芯片，当运算操作需要随机数时，随时读取调用。

(2)配套硬件固件

配套硬件固件即管理Key和备份Key固件。

管理Key支持SM2、SM3、SM4国密算法，安全存储公私钥文件、对称密钥文件和证书文件，并提供各类非对称、对称算法的加解密、签名验签、密钥协商等功能。用于保障管理员的身份认证和通信安全。

备份Key支持管理Key的全套功能，同时拥有文件系统模块管理容量更大的用于存储用户密钥备份加密文件的存储芯片，支持基于备份Key根密钥的设备密钥分散和生成。用于保障税控服务器加密用户密钥的备份和设备密钥的分散生成。

(3)管理工具

管理工具运行在管理员终端上，对接税控服务器加密机的安全接入模块，用于管理税控服务器加密机用户，包括用户创立、用户管理信息发行、用户密钥生成、用户密钥导入、用户数据管理等。管理员使用管理工具前，需要通过管理Key进行身份认证，与税控服务器加密机进行通信的关键数据也会经过管理Key的加密处理。

(4)用户端税控程序

用户端税控程序运行在用户终端上，对接税控服务器加密机的安全接入模块，为用户提供发票开具、发票作废、发票抄报、发票领购等常用税控业务的可视化操作界面。安全接入模块的高可用性设计，使得用户端税控软件可以通过多种方式实现，包括但不限于桌面C/S架构软件、桌面B/S架构软件、云端税控系统、手机App、自助一体式税控终端软件等。

采用本申请提供的基于税控服务器加密机的开票系统能够达到如下效果：

(1)支持大数据量独立税号的纳税人：不同于税控服务器/税控盘组等设备，本申请税控服务器加密机通过主加密板卡对大量用户密钥进行集中管理，并通过运算芯片对国密算法加速，简化硬件结构，将同时支持税号从数十、数百提升到了数千，实现了数量级的跨越。

(2)高可扩展性一主多副加密板卡设计：实现了对运算性能要求不同的使用场景和使用需求的高可展性。

(3)高易用性安全接入模块设计：通过安全接入模块，可满足不同客户端软件和管理工具与税控服务器加密机的对接，和通信的安全可靠，简化了上层软件设计和开发难度。

(4)全税控功能支持：税控服务器加密机通过整合服务器应用管理模块，在全新硬件设计基础上提供了完全满足要求的全套税控安全业务功能。

(5)保证可靠性和安全性的配套硬件：通过备份Key和管理Key的加入，基于税控服务器加密机的开票系统极大提高了系统的可靠性和安全性。

以上所述实施例，仅为本申请的具体实施方式，用以说明本申请的技术方案，而非对其限制，本申请的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请实施例技术方案的精神和范围。都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。

Claims (9)

1.一种税控服务器加密机，其特征在于，包括服务器板卡和加密板卡；

在服务器板卡运行安全接入模块和服务器应用管理模块；安全接入模块对服务器应用管理模块提供的具体税控功能和加密机管理功能进行接口整合，并提供完善的通信并发管理、线路保护和身份认证功能；

加密板卡包括一块主加密板卡和多块副加密板卡；主加密板卡通过PCIE接口与服务器板卡连接，包括控制芯片、第一管理芯片、第二管理芯片、多块运算芯片、存储芯片、实时时钟芯片和防拆电路；副加密板卡通过PCIE接口与服务器板卡连接，包括控制芯片和多块运算芯片；

其中，各自的控制芯片通过PCIE接口接收数据和指令，并转发至相应管理芯片或运算芯片；第一管理芯片用于管理片内存储的设备密钥，和对接的文件系统存储芯片内存储的用户密钥，第一管理芯片对接文件系统存储芯片、防拆电路和实时时钟芯片，当出现非法拆卸时，第一管理芯片自动清空第一管理芯片片内存储的设备密钥，和对接的文件系统存储芯片内存储的用户密钥；第二管理芯片负责随机数管理，生成满足安全运算要求的真随机数；运算芯片用于进行国密算法运算。

2.如权利要求1所述的税控服务器加密机，其特征在于，主加密板卡还包括配套的噪声源芯片。

3.如权利要求2所述的税控服务器加密机，其特征在于，主加密板卡中的第二管理芯片负责随机数管理，对接两块噪声源芯片和随机数存储芯片，生成满足安全运算要求的真随机数。

4.如权利要求1所述的税控服务器加密机，其特征在于，税控服务器加密机还包括命令解析模块、硬盘RAID数据库、PCIE接口和加密板卡固件；

税控服务器加密机接收用户端税控程序的命令及数据，命令解析模块对接收命令进行接收和解析后，访问硬盘RAID数据库及加密板卡固件执行相应操作，完成命令后通过网卡向用户端税控程序返回结果。

5.如权利要求4所述的税控服务器加密机，其特征在于，硬盘RAID数据库，运用搭载在服务器主板上的大容量磁盘阵列，提供高安全性、高冗余的加密RAID1存储，存储包括发票明细、报送数据在内的税控数据。

6.如权利要求1所述的税控服务器加密机，其特征在于，服务器应用管理模块提供全套税控安全功能，包括发票库领购和退回发票段、发票池分发和退回发票段、开具正数发票、开具负数/红字发票、发票作废、发票报送、发票签名、发票上传全套税控业务。

7.一种基于税控服务器加密机的开票系统，其特征在于，包括如权利要求1-6任一项所述的税控服务器加密机，还包括用户终端和管理员终端；用户终端和管理员终端能够访问税控服务器加密机，进行各种管理和税控业务操作。

8.如权利要求7所述的基于税控服务器加密机的开票系统，其特征在于，为管理员终端提供配套的管理key，用于存储管理员私钥及数字证书，利用内置的公钥算法实现对管理员身份进行认证，以及并对通信数据进行加解密。

9.如权利要求7所述的基于税控服务器加密机的开票系统，其特征在于，还包括备份key，具有大容量的存储芯片、支持管理Key的全部功能，以及支持用户密钥的加密文件备份、税控服务器加密机设备密钥的分散生成。