双界面智能卡操作系统的设计与测试

　　本文提出了双界面智能卡操作系统的设计方案以及测试方案。设计方案主要阐述了COS功能模块的划分，以及各个模块的功能和实现方法。测试方案包括测试中软硬件环境的选择，以及测试脚本需要覆盖的内容。目前已将开发成果应用于实际中。

　　1. 引 言

　　智能卡(smart card又称集成电路卡)将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，其外形与覆盖磁条的磁卡相似。

　　笔者在利用北京市嵌入式系统重点实验室生产的智能卡进行符合中国人民银行金融卡规范的BES COS开发过程中，针对该款芯片的硬件特性进行了COS的设计与实现，并根据规范设计了测试用例，完成了测试。

　　2. 智能卡硬件概述

　　BES1332EF是一款基于8051的双界面智能卡芯片。非接触式接口支持ISO 14443 TYPE A协议，接触式接口支持ISO/IEC7816 T=0协议。有8K的ROM，32K的EFLASH，1K的RAM，硬件随机数发生器，CRC模块以及DES模块。

　　3. 智能卡操作系统

　　智能卡操作系统是一个专用系统，和传统意义上的操作系统有很大的差别，它更类似于一个监控程序。COS主要包含通信、命令解释、文件系统以及安全四个模块。

　　3.1通信模块

　　传输管理器负责智能卡和接口设备之间的数据通信，接收过程中要处理对输入数据的缓冲，响应过程控制数据的发送。通信使用的协议是ISO7816-3 所规定的T=0 的异步半双工字符传输协议。当接口设备给卡上电之后，首先由卡发送一个复位应答信息(ATR)给接口设备，然后接口设备发送命令头来启动命令处理过程。传输管理器在正确地接收到命令后交给下一个功能模块进行处理，昀后还要把该命令的执行结果返回给接口设备。

　　3.2命令解释模块

　　命令解释器对外部输入的每条命令做语法分析，分析和检查命令参数是否正确，然后根据命令参数的含义执行相应的功能模块。如果发现参数有错，将从该模块直接返回错误信息。

　　3.3文件系统

　　主控文件(Master File , MF)。主控文件是整个文件系统的根(可看做根目录)，每张卡有且只有一个主控文件。专用文件(Dedicated File，DF)。在MF下针对不同的应用建立起来的一种文件，是位于MF之下的含有EF的一种文件结构(可看做文件目录)，它存储了某个应用的全部数据以及与应用操作相关的安全数据。基本文件(Elementary File，EF)。基本文件存储了各种应用的数据和管理信息，它存在于 MF和DF下。

　　3.4安全模块

　　安全模块主要分成两个部分。第一部分就是用于数据加密、校验等的基础功能模块。包括随机数产生、3DES加密、MAC计算模块、 CRC计算模块等。第二部分是文件的权限控制模块。在BES COS中， MF、DF和EF的文件头中保存着一个权限范围，而系统在某一时刻都有着当前的权限值，如果权限值在权限范围中，则可以进行相应操作，否则，则需要外部认证等手段改变系统当前的权限值。