智能卡基礎知識
文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者： 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2012年02月20日
智能卡能在世界各地推廣，在不同系統中發(fā)揮她的作用，國際規范的制定是必不可少的。例如，智能卡的尺寸是由ISO7810標準規定的。ISO7816標準規定了卡用塑料的一些物理特性，包括溫差范圍、彈性、電子觸點(diǎn)的位置以及內置微芯片和外界進(jìn)行信息交換的方式等。
例如根據智能卡規范(ISO7816.1)，接觸式智能卡共有8個(gè)觸點(diǎn)，定義如下圖。智能卡正是通過(guò)這8個(gè)觸點(diǎn)與外界進(jìn)行通信的。 觸點(diǎn) 定義 觸點(diǎn) 定義 C1 Vcc 供電電壓 C5 GND 接地 C2 RST 重置信號 C6 Vpp 編程電壓 C3 CLK 時(shí)鐘信號 C7 I/O 數據輸入/ 輸出 C4 保留 C8 保留
其中ISO7816是接觸式卡智能卡必須遵循的國際規范。目前ISO7816已經(jīng)陸續發(fā)布了9個(gè)部分:
ISO7816-1：接觸式卡智能卡的物理特性
ISO7816-2：接觸式卡智能卡觸點(diǎn)的尺寸與位置
ISO7816-3：接觸式卡智能卡的電信號和傳輸協(xié)議
ISO7816-4：接觸式卡智能卡與外界交互的接口
ISO7816-5：接觸式卡智能卡應用的命名方式與注冊系統
ISO7816-6：接觸式卡智能卡與外界交互的數據對象
ISO7816-7：接觸式卡智能卡的結構化查詢(xún)語(yǔ)句
ISO7816-8：接觸式卡智能卡與安全有關(guān)的指令
ISO7816-9：接觸式卡智能卡附加指令與安全參數
從ISO7816規范的發(fā)展，我們可以清楚地看到接觸式智能卡的從簡(jiǎn)單到復雜慢慢完善的發(fā)展軌跡。ISO7816是研究接觸式智能卡的基礎，如果你對接觸式智能卡感興趣，那ISO7816可是必不可缺的資料。
針對某些特殊的應用，如數字蜂窩式移動(dòng)電話(huà)、信用卡（象Europay卡、Mastercard卡和 Visa卡）、電子錢(qián)夾（象Visacash、Multos與Proton）也制訂了一系列相應的標準。例如，在中國應用最多最廣泛的GSM系統中的SIM卡就得遵循GSM11.11, GSM11.14, GSM03.40等一系列規范。
而我們這次討論的主題JAVA卡，她首先遵循ISO7816的規范,除此之外，她還遵循JAVA卡的一些規范：
Java Card 2.1.1 Runtime Environment Specification
Java Card 2.1.1 Virtual Machine Specification
Java Card 2.1.1 Application Programming Interfaces Specification
讀卡器與終端
在討論讀卡器之前，我們先搞清“讀卡器”這一概念。廣義來(lái)講，“讀卡器”指所有可以對卡進(jìn)行讀寫(xiě)的設備。不過(guò)，在智能卡業(yè)，“讀卡器”是指那種必須與電腦相連，接受電腦發(fā)出相應指令來(lái)控制完成對卡的操作的設備。與“讀卡器”對應的設備，我們稱(chēng)之為“終端”。“終端”是指那種能獨立對卡進(jìn)行操作的設備，而無(wú)需電腦的幫助。讀卡器和終端都可以完成對智能卡的讀寫(xiě)。
由于讀卡器比終端更依賴(lài)于電腦，從而她比終端擁有更多的靈活性。最簡(jiǎn)單的使用讀卡器的方式就是與PC相連。一般PC可以通過(guò)RS232串口，USB接口，PCMCIA接口，軟盤(pán)接口，并口，紅外線(xiàn)口等與讀卡器取得聯(lián)系。PC通過(guò)這些接口向讀卡器發(fā)出ISO指令，讀卡器收到指令后即對卡進(jìn)行指令命令的讀寫(xiě)，當卡完成這次讀寫(xiě)操作后，回給讀卡器一個(gè)指令成功與否的相應，而讀卡器收到卡的相應后即告訴PC，PC這時(shí)根據相應的結果進(jìn)行下一個(gè)ISO指令的操作。有關(guān)對智能卡的詳細操作指令，請參閱[智能卡的接口協(xié)議]。一般我們對智能卡進(jìn)行編程，大多選用讀卡器來(lái)完成對卡的操作。
一種最常見(jiàn)的終端就是商場(chǎng)和賓館中使用的POS機。她最大的特點(diǎn)：擁有自己的操作平臺和開(kāi)發(fā)系統，能對卡進(jìn)行獨立的讀寫(xiě)，有Modem功能和打印交易功能。一般還有磁卡讀寫(xiě)功能。
智能卡的文件系統
智能卡的文件系統有的象DOS的樹(shù)形文件系統。按ISO7816.4規定，智能卡的文件分為：DF(Dedicated File )和EF(Elementary File)。DF包含一些控制信息，它可以成為EF或DF的父文件。這有的象DOS中的目錄文件。EF是數據單位的集合，它不能成為任何文件的父文件。這有的象DOS中的TXT文件。
一般而言，智能卡文件系統都有一個(gè)必須的根文件(ROOT)。它是DF文件。一般叫它MF(Master File主文件)。
每個(gè)文件(包括DF和EF)都有一個(gè)文件的ID(兩個(gè)字節)。如ROOT的ID一般為“3F00”。如要對文件進(jìn)行讀寫(xiě)操作，就必須先用“選擇”(Select)命令來(lái)選擇該文件的ID。
EF的文件類(lèi)型有：透明EF，線(xiàn)性定長(cháng)EF，線(xiàn)性變長(cháng)EF，循環(huán)EF。對后三種EF文件的操作需通過(guò)對它們所包含的記錄進(jìn)行操作。如你有興趣希望進(jìn)一步了解智能卡的文件結構，請參閱ISO7816。
智能卡的接口協(xié)議
一般而言，智能卡自身是沒(méi)有電源，顯示器，鍵盤(pán)，哪它是如何與外界進(jìn)行通信的呢？在上面的文章中，我們已經(jīng)知道：智能卡是通過(guò)它的8個(gè)觸點(diǎn)與讀卡器進(jìn)行通信的。那它們是如何進(jìn)行通信的呢？我們知道當兩臺PC進(jìn)行通信時(shí)，進(jìn)行數據交換時(shí)，它們必須服從一定的通信協(xié)議?？ㄅc讀卡器的通信也是如此。根據ISO7816.4規定，智能卡與外界的通信數據接口為：APDU(Application Protocol DataUnits，應用協(xié)議數據單元)。APDU既制定了命令格式，也制定了響應格式。在卡的領(lǐng)域中，卡始終處在“主仆”關(guān)系中的“仆”的地位，即智能卡只能等待讀卡器或終端向它發(fā)送APDU，收到APDU后，智能卡執行APDU中的命令，而后返回APDU響應。通過(guò)APDU命令和它的響應，卡就完成了與讀卡器或終端的通信。以下就是APDU的格式： Command APDU(APDU 命令) Mandatory Header(強制部分) Conditional Body(非強制部分) CLA INS P1 P2 Lc Data field Le“強制部分”表明這是APDU命令必須包括的部分，它包括： class (CLA)-, instruction (INS), and parameters 1 and 2 (P1 and P2). 每部分有一個(gè)字節。“非強制部分”表明并不是所有的APDU都有這些部分。
其欄位所表示的意義分別為：
CLA - Class Byte，用於識別applet
INS - Instruction Byte ，下達給applet之指令
P1 - 第一個(gè)指令參數
P2 - 第二個(gè)指令參數 (P1，P2 根據INS不同，也有不同的含義)
Lc - Data Field之長(cháng)度
Data Field - 資料欄位
Le - 回傳資料之長(cháng)度
Response APDU (APDU 響應) Conditional Body(非強制部分) Mandatory Trailer(強制部分) Data field SW1 SW2
其欄位所表示的意義分別為：
Data Field - return之資料欄位
SW1 - 執行狀態(tài)參數1 (1 字節)
SW2 - 執行狀態(tài)參數2 (1字節)
一般SW1 + SW2 =“9000”表明指令執行成功。
一個(gè)例子：
如果我們要選擇(Select)SIM卡的ROOT文件，則APDU命令的格式如下： CLA INS P1 P2 Lc Data A0 A4 00 00 02 3F00 A0 代表這是SIM卡、A4代表這是Select指令、P1,P2在Select指令中沒(méi)有用、Lc說(shuō)明Data的長(cháng)度為2個(gè)字節、Data=3F00，是ROOT的文件ID而APDU響應為：9F1A，說(shuō)明指令成功完成，而且你可以用Get Response命令得到1A長(cháng)度的響應數據。關(guān)于對SIM卡的操作，請參考GSM11.11文檔。
智能卡的安全性
由于智能卡采用了不同的安全機理，這種安全機理主要體現在以下兩方面：其中用于微處理器卡的比用于只讀存儲器卡的要復雜一些。
從卡上信息的讀取方面來(lái)控制：
限制智能卡用戶(hù)的范圍
有些智能卡，任何人都可以讀取卡上信息，象記錄病人姓名和血型的醫療卡，這種智能卡一般不設密碼，只要拿到卡的人都可以讀取卡上信息。 這時(shí)卡體本身就是一種保護。
對于只許持卡人讀取信息的智能卡通常采用一種叫PIN（個(gè)人識別碼）的密碼形式來(lái)保護卡上的信息，一般PIN由4至8位數字組成，通過(guò)鍵盤(pán)輸入讀卡器，它允許持卡人輸入三次密碼，如果三次輸的都不對，卡就會(huì )被鎖住，只有PIN碼對了，用戶(hù)才能對卡進(jìn)行操作。當前也有一些更高級的密碼形式在開(kāi)發(fā)研制之中。
對于只許第三方讀取信息的智能卡便只有發(fā)卡人才能讀取卡上信息。（譬如只有發(fā)卡行可以改寫(xiě)電子錢(qián)夾上的信息）。這時(shí)這些智能卡由16-32位數字的密碼來(lái)保護。
限制讀取智能卡信息的的方式（只讀、可添加、可修改或可擦寫(xiě)）。存儲在智能卡上的信息一般被劃分為若干個(gè)部分：
只讀信息
只可添加的信息
只可更新的信息
無(wú)法讀取的信息
這樣有些密碼信息可以存儲在無(wú)法讀取的存儲區域中。
從卡的結構和支持的加密算法來(lái)控制
如上所述只有知道密碼的人才能使權使用智能卡，但如果需要通過(guò)無(wú)線(xiàn)電或電話(huà)線(xiàn)將卡上的信息向異地傳送，就還必須要有額外的防護手段。
防護手段之一就是加密，這就好象把要傳送的信息翻譯成了誰(shuí)也看不懂的外語(yǔ)。微處理器智能卡有加密和解密（把看不懂的東西再翻譯回來(lái)）的功能，使得在傳送存儲在卡上的信息的同時(shí)，也不用擔心會(huì )發(fā)生泄密。
通過(guò)加密，智能卡可以把信息翻譯成數以?xún)|計的“外語(yǔ)”，并且在須要通信時(shí)，可以隨機地選擇其一。這種防范機制可以確保所用的卡和計算機都真實(shí)有效，使得幾乎沒(méi)有可能半路竊取傳送的信息。
