IC卡技術講座之四 IC卡的編程和使用

文章出處：http://coolbang.cn 作者：   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月17日

 IC卡與其它卡片的區(qū)別主要是:IC 卡能在卡上存儲器中安全可靠地存儲大量有用信息,并且可以對數據提供多級安全保密措施.因此,為設計一個好的IC 卡應用系統(tǒng),必須了解IC卡的數據結構特點.掌握IC卡的編程和讀寫方法.
    從使用角度來看,不管是普通存儲卡,邏輯加密卡,或智能CPU卡,卡上必定有:用于與其它應用系統(tǒng)相區(qū)別的發(fā)行商代碼, 用于與本系統(tǒng)中其他用戶相區(qū)別的個人代碼,用于控制對卡上數據修改的擦除密碼,以及用于存放數據的存儲區(qū).由于IC 卡平時不與電源相接,要保證卡上存儲的數據不會丟失,只能使用只讀存儲器即ROM 型存儲器.因此卡上數據可以長期保存,一般數據可存放100年.又由于IC卡上數據在使用中要經常修改,故一般應該使用電可擦除可編程只讀存儲器,即EEPROM.一般IC 卡數據改寫次數大于100000次.
    目前的各種IC卡應用系統(tǒng)中使用的IC卡主要是邏輯加密型卡. 這種卡帶有多級密碼保護,比普通存儲卡安全性能強得多;同時又比智能CPU卡結構簡單,不需要復雜的密碼計算過程,而且結構簡單,編程使用方便.本講中以美國ATMEL公司的邏輯加密卡AT88SC1604為例,來說明對IC卡應用系統(tǒng)中的IC 卡發(fā)行軟件和用戶應用軟件的編程方法,以及IC卡寫入過程.
    一.邏輯存儲卡的數據結構和編程特性
    AT88SC1604卡具有一個公用區(qū)和四個應用數據區(qū).其數據結構如附表所示.公用區(qū)內有廠商代碼,發(fā)行商代碼,總密碼,密碼計數器等等.我們可以規(guī)劃和利用這些數據區(qū)對全卡基本特性進行控制.應用區(qū)共四個,第個分區(qū)有自己的分區(qū)密碼, 擦除密碼,密碼計數器和讀寫控制位,用于對本區(qū)內數據的寫入,讀出和修改進行控制.應用區(qū)其余部分是存儲數據的存儲單元.1604卡的第一分區(qū)存儲容量為9K位,其它三個分區(qū)數據存儲容量為2K位.連同公用區(qū)總存儲量為16K位.
    廠商代碼又叫制造商代碼,是由IC卡制造商在卡出廠時寫入.一般對某一發(fā)行商提供的一批卡提供同一代碼,以便與其它廠商的卡相區(qū)別. 寫入時將相應保護熔絲1熔斷,此時IC卡開發(fā)者可以讀出廠商代碼,判斷其生產廠商,但不能修改它.
    發(fā)行商代碼:用于IC卡個人化,發(fā)卡時由系統(tǒng)軟件寫入, 用來表明此卡屬于哪一應用系統(tǒng).例如:工商行發(fā)行的金融IC卡寫入的發(fā)行商代碼,表明了所屬的金融系統(tǒng).此卡使用時,ATM機會自動核實這一代碼.如果不正確,說明這不是本系統(tǒng)的卡,不能使用.發(fā)行商代碼受熔絲2控制,熔斷前,此密碼可修改,熔斷熔絲后.此密碼可讀出, 可核實,但不能修改.
    IC卡上的熔絲是IC卡個人化標記.除控制發(fā)行商代碼外,也控制整個卡上數據的讀寫.熔絲熔斷前,卡上數據讀寫受總密碼SC和讀寫控制位控制, 各分區(qū)密碼不起作用,此時可用IC卡讀寫器對卡進行初始數據的規(guī)劃和寫入.熔絲熔斷后, 卡發(fā)給用戶個人,此時各分區(qū)數據操作不但受總密碼SC控制,而且受各分區(qū)密碼和擦除密碼和控制.
    總密碼SC一般用作用戶密碼,應通過IC卡發(fā)行軟件中提供的用戶環(huán)境,由用戶自己設置并且寫到卡上.此密碼一旦寫入,不可讀出也不保留在系統(tǒng)中,只能核對.用戶在以后使用IC卡時,可能通過由應用程序提供的密碼核對功能界面,由用戶本人鍵入加以核對.密碼輸入正確,說明是合法用戶,可以對卡上數據進行讀寫.密碼輸入錯誤時,密碼計數器SCAC減1.此外,在熔絲熔斷之前,總密碼還控制各分區(qū)密碼的讀寫.
密碼計數器SCAC用于統(tǒng)計用戶密碼核對次數.輸入正確密碼時,計數器清零( 即8位全置-1-).每輸錯一次,計數器一位變?yōu)?0-,若八次輸入錯誤,計數器各位全變?yōu)?0-時,則此卡已作廢.
    擦除密碼控制對存儲器中已寫數據的擦除.由于EEPROM 在寫入數據時只能寫入到空白區(qū)(即各位為-1-),對已寫有數據的存儲區(qū)只能先探險,后寫入.每次要擦除一行信息.擦除密碼在卡發(fā)行時寫入,由應用系統(tǒng)控制,只能核實,不能讀出以防止非法破壞卡上已有的數據.
    各分區(qū)有自己的分區(qū)密碼,以便實現(xiàn)一卡多用.分區(qū)密碼和分區(qū)擦除密碼控制本區(qū)數據的讀,寫,擦操作.例如用一個1604卡兼工作證,醫(yī)療證,工資卡和就餐卡.在不同場合使用此卡時讀寫器分別核實各分區(qū)密碼,僅操作本區(qū)數據,而不影響其它分區(qū).

    二.IC卡編程和使用流程
對IC卡的讀寫操作主要在發(fā)卡時和用戶持卡交費及持卡消費時時行. 發(fā)卡是卡片發(fā)行者根據用戶要求對空白卡的個人化過程. 這一過程由發(fā)卡單位的微機上運行的發(fā)卡程序執(zhí)行,如銀行,工廠,機關等部.這一發(fā)卡程序也需IC卡開發(fā)人員根據上述經構特點進行開發(fā)設計.用戶持卡消費則在商店POS機或銀行ATM機上進行,持卡交費也需要在銀行或交費處進行.這一過程是讀出或修改卡上數據的過程,由IC卡用戶應用程序在用戶終端上完成.此時用戶需與終端進行交互式處理.這種用戶應用程序也是IC卡開發(fā)人員進行設計的.下面,綜合上一節(jié)討論的IC卡存儲結構特點, 說明在這兩種軟件中的操作過程.
    1.IC卡個人化操作流程
如前所述,此流程嵌在IC卡發(fā)卡軟件中執(zhí)行,可完成IC卡的人人化即初始數據錄入過程.首先系統(tǒng)核對IC卡的廠商代碼和卡型,正確時,在空白卡上寫入發(fā)行商代碼,確定此卡為本系統(tǒng)有效卡.然后軟件應提供交互式用戶界面, 讓用戶從鍵盤輸入自己的用戶密碼(SC).此密碼不應由發(fā)行者保留和處理,而應該通過調用密碼寫入函數而直接寫入卡上. 多分區(qū)中的分區(qū)密碼也可以通過給用戶提供的界面由用戶直接輸入.為了簡化密碼記憶要求,也可以采用根據統(tǒng)一用戶密碼經一定算法來分別產生分區(qū)密碼并寫入卡上. 擦除密碼則是在個人化時由發(fā)行商也就是系統(tǒng)來產生并且入卡上的,供系統(tǒng)使用.在上述密碼寫入后, 軟件還應提供用戶對密碼核實和再次修改的機會.在確認無誤后,軟件發(fā)出熔斷命令,熔斷熔絲2,完成IC卡的個人化進程.隨后系統(tǒng)可對IC卡數據區(qū)需寫入的數據作初始寫入.
    2.IC卡用戶應用軟件流程
如前所述,此流程嵌于各IC卡讀寫終端的用戶軟件中.每次涉及對IC卡操作時執(zhí)行此流程.一旦IC卡插入讀寫器,用戶軟件首先應核對廠商代碼,發(fā)行商代碼,以確認此卡的合法性.在確定是本系統(tǒng)中的有效卡后,進入用戶密碼核對流程, 如果是無效卡,應報警.接著在用戶密碼核對界面中對持卡人的合法性進行鑒別. 要求持卡人鍵入用戶密碼,與卡上密碼核對,無誤后可開始對卡讀寫. 如有分區(qū)密碼也要求用戶鍵入核實.如果需對卡上已有數據進行修改,則應與系統(tǒng)中保留的探險密碼進行核對. 正確時可先讀出卡上數據進行修改運算,再擦除相應存儲區(qū),最后將修改后數據寫回該存儲區(qū).根據以上敘述,我們知道IC卡的合法性, 持卡人合法性和系統(tǒng)的合法性要相互確認.這些確認和對IC卡的讀寫操作均需調用隨IC 卡讀寫器提供的函數庫中的函數來完成.
    三.IC卡應用程序編程中使用的函數
如上所述:開發(fā)IC卡應用系統(tǒng)的要點就是在一個數據庫管理軟件中,合理地嵌入和調用IC卡操作函數,來完成諸如合法性驗證和IC卡讀出,擦除和寫入等操作.為此,我們需要了解由讀寫器驅動程序包中提供的IC止操作函數庫.這些函數可分為兩大類:在WINDOWS應用環(huán)境中,提供了一組動態(tài)鏈接庫函數(.DLL文件)供各種程序調用. 在DOS 環(huán)境中, 則針對不同語言提供了各自的函數庫. 這時限于篇幅僅舉FOXPROFOR DOS中使用的部分函數加以說明.詳細資料可查看相應手冊.
在FOXPRO程序執(zhí)行前,執(zhí)行命令:.SET LIBRARY TO MWIC.LIB
則FOXPRO會自動登錄-MWIC.LIB-中的IC卡函數,以后可以像使用FOXPRO 內部函數一樣在程序使用中使用其中的接口函數.而在編譯用戶程序為.EXE文件時,又要將-MWIC.LIB-鏈入即可執(zhí)行.
MWIC.LIB中的接口函數可分兩類:
通用函數:用于各種卡型的基本操作.
1.MW-INITCOM() 初始化串行通迅口.
2.MW-SETTYPE() 設置卡型.
3.MW-READ() 讀卡上的數據.
4.MW-WRITE() 向卡上寫入數據.
5.MW-ERASE() 擦除指定區(qū)域.
AT88SC1604卡專用函數:僅用于這種卡型,因為不同卡型中密碼的結構和位置不同.
1.MW-PASS16() 檢驗總密碼和擦除密碼
2.MW-CPASS16() 改變總密碼和擦除密碼
3.MW-RDECU16() 讀錯誤計數值
4.MW-FUSE16() 燒斷熔絲