雙界面智能卡操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與測(cè)試

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　　本文提出了雙界面智能卡操作系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案以及測(cè)試方案。設(shè)計(jì)方案主要闡述了COS功能模塊的劃分，以及各個(gè)模塊的功能和實(shí)現(xiàn)方法。測(cè)試方案包括測(cè)試中軟硬件環(huán)境的選擇，以及測(cè)試腳本需要覆蓋的內(nèi)容。目前已將開發(fā)成果應(yīng)用于實(shí)際中。

　　1. 引 言

　　智能卡(smart card又稱集成電路卡)將一個(gè)集成電路芯片鑲嵌于塑料基片中，封裝成卡的形式，其外形與覆蓋磁條的磁卡相似。

　　筆者在利用北京市嵌入式系統(tǒng)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室生產(chǎn)的智能卡進(jìn)行符合中國(guó)人民銀行金融卡規(guī)范的BES COS開發(fā)過程中，針對(duì)該款芯片的硬件特性進(jìn)行了COS的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)，并根據(jù)規(guī)范設(shè)計(jì)了測(cè)試用例，完成了測(cè)試。

　　2. 智能卡硬件概述

　　BES1332EF是一款基于8051的雙界面智能卡芯片。非接觸式接口支持ISO 14443 TYPE A協(xié)議，接觸式接口支持ISO/IEC7816 T=0協(xié)議。有8K的ROM，32K的EFLASH，1K的RAM，硬件隨機(jī)數(shù)發(fā)生器，CRC模塊以及DES模塊。

　　3. 智能卡操作系統(tǒng)

　　智能卡操作系統(tǒng)是一個(gè)專用系統(tǒng)，和傳統(tǒng)意義上的操作系統(tǒng)有很大的差別，它更類似于一個(gè)監(jiān)控程序。COS主要包含通信、命令解釋、文件系統(tǒng)以及安全四個(gè)模塊。

　　3.1通信模塊

　　傳輸管理器負(fù)責(zé)智能卡和接口設(shè)備之間的數(shù)據(jù)通信，接收過程中要處理對(duì)輸入數(shù)據(jù)的緩沖，響應(yīng)過程控制數(shù)據(jù)的發(fā)送。通信使用的協(xié)議是ISO7816-3 所規(guī)定的T=0 的異步半雙工字符傳輸協(xié)議。當(dāng)接口設(shè)備給卡上電之后，首先由卡發(fā)送一個(gè)復(fù)位應(yīng)答信息(ATR)給接口設(shè)備，然后接口設(shè)備發(fā)送命令頭來啟動(dòng)命令處理過程。傳輸管理器在正確地接收到命令后交給下一個(gè)功能模塊進(jìn)行處理，昀后還要把該命令的執(zhí)行結(jié)果返回給接口設(shè)備。

　　3.2命令解釋模塊

　　命令解釋器對(duì)外部輸入的每條命令做語(yǔ)法分析，分析和檢查命令參數(shù)是否正確，然后根據(jù)命令參數(shù)的含義執(zhí)行相應(yīng)的功能模塊。如果發(fā)現(xiàn)參數(shù)有錯(cuò)，將從該模塊直接返回錯(cuò)誤信息。

　　3.3文件系統(tǒng)

　　主控文件(Master File , MF)。主控文件是整個(gè)文件系統(tǒng)的根(可看做根目錄)，每張卡有且只有一個(gè)主控文件。專用文件(Dedicated File，DF)。在MF下針對(duì)不同的應(yīng)用建立起來的一種文件，是位于MF之下的含有EF的一種文件結(jié)構(gòu)(可看做文件目錄)，它存儲(chǔ)了某個(gè)應(yīng)用的全部數(shù)據(jù)以及與應(yīng)用操作相關(guān)的安全數(shù)據(jù)?；疚募?Elementary File，EF)。基本文件存儲(chǔ)了各種應(yīng)用的數(shù)據(jù)和管理信息，它存在于 MF和DF下。

　　3.4安全模塊

　　安全模塊主要分成兩個(gè)部分。第一部分就是用于數(shù)據(jù)加密、校驗(yàn)等的基礎(chǔ)功能模塊。包括隨機(jī)數(shù)產(chǎn)生、3DES加密、MAC計(jì)算模塊、 CRC計(jì)算模塊等。第二部分是文件的權(quán)限控制模塊。在BES COS中， MF、DF和EF的文件頭中保存著一個(gè)權(quán)限范圍，而系統(tǒng)在某一時(shí)刻都有著當(dāng)前的權(quán)限值，如果權(quán)限值在權(quán)限范圍中，則可以進(jìn)行相應(yīng)操作，否則，則需要外部認(rèn)證等手段改變系統(tǒng)當(dāng)前的權(quán)限值。