「后端」支付核心研发部带你解密：POS支付系统技术架构

昨天的文章《

POS支付团队，支撑整个京东货到付款业务，配送小哥人手一台POS机就是我们支付工具，为京东数万台POS机提供更好的支付体验、更好的支付产品，是我们整个团队的目标。POS支付团队近期搞的事情：

2017年5月18日：打通银联POS小额免密免签第一笔线上交易；

2017年5月：上线离线二维码，POS机支持无信号完成支付；

2017年3月：POS新支付系统POSPAY上线并完成全部切量；

2016年9月6日：完成央行银行卡收单借贷分离改造；

2016年9月：上线联机二维码，POS机支持二维码支付；

2016年8月：上线POS新退款系统，彻底替换掉无防重、大量运营问题的老退款系统；

2016年6月：上线POS支付电子小票，助力货到付款实现无纸化，提升配送效率；

一、POS支付简介

POS支付，属于银行卡收单业务中线下收单支付，银行卡持卡人在POS终端上进行现场刷卡支付，在POS终端上完成消费支付场景，俗称POS支付。

POS支付基于银联的银行卡联网通用、跨行交易清算系统的基础上，可以支持各种银行卡在一机上完成支付场景，其实POS线下支付的一通道即可满足支付需求，因此POS支付模式分为直联模式、间联模式。

二、POS支付技术解析之8583协议

从事POS支付技术研发，不管渠道采用是直联模式还是间联模式，首先需要了解声名显赫银联标准8583协议，任何对接多个支付通道时候都会面临接口统一问题（通讯协议、数据格式义统一），银联标准8583协议基于ISO8583报文国际标准的包格式的通讯协议，通过Socket协议传输8583报文数据，解决线下POS支付数据交换统一问题，8583报文强悍之处在于报文体小减少带宽占用，保证POS机弱网情况下进行支付交易；同时报文数据格式标准、位图支持动态字段传输。

8583报文由128个字段域按顺序排列组成，银联标准明确定义每个字段域的数据内容、数据格式、数据长度（定长、非定长）。例如第2域数据是主账号银行卡数据，第4域数据是交易金额；下面通过解析一笔支付请求报文详细了解下8583报文构成，POS支付请求的十六进制字符串（FFFFFF代表脱敏数据）如下：

0087600055000002007024048020C0981516FFFFFFFFFFFFFFFF000000000000011980289950200800210037FFFFFFFFFFFFFFFFD20081011705469900000037323231303131363330313131303035343131313733393135363E6133781E9356921000000000000000000830313030303036300012303030373338323839393530B97BBAB333102125

解析脱敏关键字段域后的报文格式为：

解析后报文字段域最多到64域，8583报文分为128域、64个域两类报文，上面这个报文就是64域报文，并且银联在前64个域定义常用的数据字段。报文结构由报文长度（两个字节）+报文头（固定报文类型）+报文数据组成：

报文长度：0x0087=135字节，报文总长度135字节

报文头：6000550000，不同渠道的固定值

报文数据：4位字节消息类型（0200消费）+64bit位图bit map+交易数据，其中位图是报文数据解析的核心，表明报文数据包含哪些字段域。

7024048020C09815转换成二进制是64位的bit：

0111000000100100000001001000000000100000110000001001100000010101按顺序每个比特1代表报文存在此域，第二、三、四位bit都为1则表示报文中存在2、3、4域；上面报文解析后传输了2,3,4,11,14,22,25,35,41,42,49,52,53,60,62,64字段域，根据这个可以按照银行标准8583报文各个字段域的定义始解析交易数据：

第二域主账号，非定长数据域2个字节长度值+最大19个字节的主账号组成，非定长前两个字节表示长度，16表示该域长度16位，截取16字节便是卡号FFFFFFFFFFFFFFFF；

第三域交易处理码，6个定长数字域，继续截取6个长度数字000000表示消费未选卡种（银联明确定义）；

第四域交易金额，12个定长数字域，继续截取12个长度数字000000011980表示交易金额为119.8元；

以此类推解析出报文交易数据，可以看出8583报文标准格式结构、位图支持动态字段传输，这种思想值得在接口设计中借鉴。

三、POS支付技术解析之安全

POS支付的安全，可以通过了解这些相关术语彻底搞清楚，分别是硬加密、加密机、根密钥、终端一机一密、终端传输主密钥、终端工作密钥；

POS支付的数据传输安全策略，数据加解密采用硬加密方式，由加密机完成加解密操作，加密机（HSM）都会存在一个主密钥（根密钥）属于最上层密钥，HSM主密钥MK（Master Key - MK）由三个成分（32位十六进制数）组成，由不同角色分派专人管理和维护，一般由2~3人采用"背对背"形式进行输入；MK以密文形式存储在加密机黑匣子中，且永远不以明文形式出现，保证了根密钥的安全；后续各种密钥都是基于根密钥基础，采用不同加密算法生成相应的密钥。

POS终端数据安全采用银联规范一机一密（传输主密钥）策略，每个POS终端有一个唯一传输主密钥，POS终端密钥分为传输主密钥、工作密钥，都是通过加密机生成，下发给POS终端后存储在POS终端硬件密钥区（安全芯片），密钥区安全性较高，可防止物理攻击、防外部窃取。

终端传输主密钥要用于加解密工作密钥，保证工作密钥的传输安全，传输主密钥灌装到POS机后，后续不会再灌装，一旦POS机出现主密钥丢失就必须返厂。终端工作密钥属于底层密钥，用于对每笔交易数据敏感信息加密、报文MAC计算，POS终端一般12个小时或完成2500笔交易会重新签到获取新的工作密钥，工作密钥通过主密钥加密后密文下发到POS终端，工作密钥主要是pin密钥、磁道密钥、mac密钥，分别用于加密数据中银行卡密码、银行卡磁道信息、生成报文信息认证代码（Message Authentication Code），MAC码用于防报文篡改、报文丢失类似数据摘要；

POSPAY加密服务使用流程大致如下图:

POS机发起交易(报文中磁道信息、PIN、MAC通过签到获取的工作秘钥进行相应的加密)；交易服务器接收到POS报文后，通过调加密平台计算MAC来验证POS报文MAC是否正确，然后对PIN和磁道进行转加密，并计算渠道报文MAC，重新组装好报文发送给渠道，渠道支付成功后返回支付结果，校验渠道结果报文MAC，然后把渠道的返回结果返回给POS机。

以上所有密钥在保存都是密文存储，无法直接获取明文的密钥值，明文的加解密全部通过加密机操作完成，而访问加密机又是严格控制，这样一层层安全策略保证了POS支付的数据安全。

四、POS支付之系统架构

五、POS PAY系统架构

POSP前置，负责解析8583报文、管理类非交易相关请求处理（IC参数下载、IC卡公钥下载等），熟悉8583报文还是需要一定的学习成本，在系统架构设中只在一头一尾涉及8583报文拆包和组包，其他内部整个应用无需处理8583报文。

POSPAY网关，负责个串联支付链路，POS支付链路：收到POSP前置支付请求>基础信息校验>调用风控>调用支付路由>调用交易系统创建支付单>调用渠道进行支付>支付成功>调用交易系统创建支付结果；网关要对渠道支付成功后异常做异常处理，例如银行超时、写支付结果异常等情况，增加自动冲正减少单边账财务处理成本；对非关键链路增加降级开关，紧急情况可进行降级处理(比如商户权限校验，在大促期间，商户权限信息基本不会调整，特殊情况下，可以从支付链路中剔除该rpc操作，缩短支付链路整体耗时)；降级策略分为自动降级、人工降级，网关降级策略主要采用人工降级，人工降级通过支付统一配置系统设置开关参数，修改参数后实时同步到各个实例，各个实例根据本地化后参数进行开关降级操作。

POSPAY路由三种执行策略如下：

POSPAY交易，负责交易数据保存、支付成功后账务处理和报风控，采用京东支付上一代交易系统架构，采用DB分库分表、双缓存策略、JMQ、大库保证交易系统高可用、高并发、高性能；交易成功后的账务、报风控都是写支付结果后异步执行，这样简化了支付链路，渠道支付完成直接返回给用户支付结果信息。为了保证高可用以及数据完整性，我们缓存和DB同步双写，如果DB写入失败我们会发送MQ异步重试，只要DB写入成功或者缓存与MQ操作成功，则该笔交易则认为收单成功，这样即便是DB出现异常，我们也可以保证正常收单。如果MQ发送失败，自动降级为接口调用触发异步任务继续发生MQ，保证最终一致；多缓存策略，主要是在高并发下替DB抗压减少DB请求，提高性能，多层数据策略保证支付收单高可用；

POSPAY交易双缓存策略如下图：

POSPAY基础，负责基础信息维护、交易校验、查询等功能，采用DB+多缓存（同路由缓存策略一致）实现，多缓存设置主备开关，并且缓存出现抖动自动降级到库。

以上就是京东支付体系中POS支付系统架构；

六、POS支付现状趋势

随着码支付普及，对线下POS支付冲击很大，POS支付存在终端成本的问题，目前各个支付收单机构都在积极寻找突破点，现在POS机具都已支持聚合支付，并且推出POS支付+，例如：POS支付+商户MIS管理集成、POS支付+卡券营销、POS支付+便民服务等等创新业务，让POS终端不再单一支付工具，提供更多的金融服务、商户服务。

京东POS机结合自身业务集支付+物流配送一体机，同时支持二维码支付、离线二维码支付；目前银联积极推动闪付、小额免密免签支付等创新支付业务，这些创新业务提升线下支付用户体验，京东支付下POS支付积极拥抱银联主推业务，都已实现的闪付、小额免密免签等，给JD用户更好的支付体验；

虽然POS支付由于存在终端成本的问题，但在用户现场支付场景中很好支持大额支付，并且随着央行21号在2017年7月1号的实施，POS终端出厂时候必须在银联报备并分配相应的SN号和SN密钥，每笔支付交易都需要上送终端SN号和SN密文，做到每笔交易可追溯，即规范支付收单市场，避免商户二清、切机、套码等问题，很大程度保护了持卡人支付安全。

综上所述近期一段时间POS大额支付场景扩展、聚合支付、POS支付+，属于线下支付POS支付业务突破点。