多用途智能卡技術(shù)及其應(yīng)用

文章出處：http://coolbang.cn 作者：毛文欣 王 柏 鄒 華   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月17日

每張卡只用于單一用途的智能卡被稱為單應(yīng)用智能卡。如果能把幾種應(yīng)用集中到一張卡上，將大大方便用戶。比如說一張卡上存有兩個(gè)應(yīng)用：電話卡及信用卡應(yīng)用。當(dāng)電話卡上的金額被用完時(shí)，只須從信用卡應(yīng)用中劃取一部分錢到電話卡應(yīng)用中，用戶即可繼續(xù)通話。相對(duì)于單應(yīng)用卡，這種卡被稱為多用途智能卡。伴隨著智能卡技術(shù)的發(fā)展及相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)的制訂，多用途卡的實(shí)現(xiàn)成為可能。但目前相關(guān)技術(shù)和標(biāo)準(zhǔn)還不是非常完善，加之多個(gè)應(yīng)用駐留在一張卡上，管理比較復(fù)雜，且需要多個(gè)應(yīng)用的主管部門之間的協(xié)商。因此多用途卡的實(shí)際應(yīng)用將從最易實(shí)現(xiàn)的方案開始，逐步推展開來。
1 智能卡標(biāo)準(zhǔn)
    智能卡的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)主要為ＩＳＯ7816系列標(biāo)準(zhǔn)。現(xiàn)在我們所能見到的卡基本上都符合ＩＳＯ7816-1～3的底層標(biāo)準(zhǔn)，即卡的尺寸大小、觸點(diǎn)位置、電氣特性等。由于ＩＳＯ7816中間層的標(biāo)準(zhǔn)提供了很多可選功能，所以各個(gè)行業(yè)根據(jù)自己的需要定義了自己的標(biāo)準(zhǔn)，從而造成了這些行業(yè)間的卡無法兼容。
    為了解決這一問題，一些組織正致力于建立新的標(biāo)準(zhǔn)，使得不同行業(yè)、不同廠商的卡能夠互通。這種互通性體現(xiàn)在3個(gè)方面：卡上應(yīng)用程序的互通（如電子商務(wù)，移動(dòng)通信應(yīng)用的互通）；平臺(tái)的互通（包括卡外應(yīng)用程序的互通和卡上應(yīng)用程序互通）；物理層互通。物理層互通已由ＩＳＯ7816標(biāo)準(zhǔn)的底層協(xié)議所規(guī)定和保證，而高層應(yīng)用程序的互通則由各行業(yè)定義。下面主要介紹平臺(tái)的互通。智能卡平臺(tái)見圖1。 

1.1 卡上應(yīng)用平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)ＭＵＬＴＯＳ 和ＪＡＶＡＣＡＲＤ
    卡上應(yīng)用是指駐留在卡上的各種應(yīng)用程序及其數(shù)據(jù)，如鑒權(quán)加密算法及個(gè)人密碼等。而卡上應(yīng)用平臺(tái)是指卡上應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境。目前主要有兩個(gè)組織（ＭＵＬＴＯＳ和ＪＡＶＡＣＡＲＤ）從事卡上應(yīng)用平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。主要解決卡上公共操作系統(tǒng)問題。相比較而言，現(xiàn)有卡的操作系統(tǒng)80％～90％是為專門應(yīng)用設(shè)計(jì)的專用操作系統(tǒng)。ＭＵＬＴＯＳ提供了非常強(qiáng)的安全模型及額外的卡管理系統(tǒng)。它主要面向金融領(lǐng)域的應(yīng)用。ＪＡＶＡＣＡＲＤ在卡上實(shí)現(xiàn)了Ｊａｖａ虛擬機(jī)的子集，支持除了動(dòng)態(tài)類裝載、少數(shù)類型、安全管理、垃圾回收、運(yùn)行時(shí)間校驗(yàn)等以外的大部分ＪＡＶＡ特性。
1.2 卡外應(yīng)用平臺(tái)標(biāo)準(zhǔn)ＰＣ/ＳＣ和ＯＣＦ
    卡外應(yīng)用程序是指運(yùn)行在終端或服務(wù)器上的與智能卡打交道，并給用戶提供接口的程序。而卡外應(yīng)用平臺(tái)是指卡外應(yīng)用程序的運(yùn)行環(huán)境。目前主要有兩個(gè)組織ＯＣＦ和ＰＣ/ＳＣ從事卡外應(yīng)用平臺(tái)的標(biāo)準(zhǔn)化工作。ＯＣＦ解決的問題主要是關(guān)于卡的Ｉ/Ｏ接口、卡外應(yīng)用程序開發(fā)/運(yùn)行環(huán)境，以及為智能卡廠商、讀卡設(shè)備廠商及軟件開發(fā)人員提供應(yīng)用編程接口（ＡＰＩ），它可適用于任何硬件平臺(tái)。而ＰＣ/ＳＣ只提供ＡＰＩ給讀卡設(shè)備廠商，且僅限于ＰＣ硬件平臺(tái)。 這些標(biāo)準(zhǔn)的制訂保證了卡間平臺(tái)互通，從而也使得多用途智能卡成為可能。
1.3 對(duì)智能卡應(yīng)用模式、智能卡管理的影響
    傳統(tǒng)的單應(yīng)用智能卡應(yīng)用模式主要是接收外界來的數(shù)據(jù)/命令進(jìn)行存儲(chǔ)或處理，并返回?cái)?shù)據(jù)。多用途智能卡的引入改變了這一模式。多用途智能卡不但可以接收外界的數(shù)據(jù)/指令，還可以接收外界的應(yīng)用，或向外界發(fā)送應(yīng)用程序。如果和移動(dòng)代理技術(shù)（軟件可以在網(wǎng)上到處移動(dòng)）相結(jié)合的話，卡上還可以接收/發(fā)送移動(dòng)代理軟件。智能卡應(yīng)用模式見圖2。

    對(duì)于卡的管理，由于傳統(tǒng)的單應(yīng)用智能卡上只有一個(gè)應(yīng)用程序，對(duì)該應(yīng)用程序的管理就等價(jià)于對(duì)卡的管理。而多用途智能卡由于卡上存有多個(gè)應(yīng)用程序，多個(gè)應(yīng)用可能屬于多個(gè)主管部門，因此多用途智能卡的管理是一個(gè)較困難的問題。
2 多用途智能卡在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用
    智能卡技術(shù)在通信領(lǐng)域中的應(yīng)用相當(dāng)廣泛，如磁卡電話、ＩＣ卡電話等。多用途智能卡技術(shù)的引入對(duì)通信領(lǐng)域中的智能卡應(yīng)用也將產(chǎn)生影響。下面將簡單介紹應(yīng)用在移動(dòng)通信中的單應(yīng)用智能卡——ＳＩＭ卡，然后介紹多用途智能卡技術(shù)在第三代移動(dòng)通信中的應(yīng)用——用戶業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)（ＵＳＩＭ）卡。
2.1 單應(yīng)用ＳＩＭ卡
    用戶標(biāo)識(shí)模塊ＳＩＭ是位于智能卡上的一個(gè)應(yīng)用，它包含用戶的標(biāo)識(shí)。當(dāng)它插入到移動(dòng)設(shè)備時(shí)，兩者組成了一個(gè)移動(dòng)臺(tái)，從而可以接入ＧＳＭ網(wǎng)絡(luò)。 ＳＩＭ的主要功能是負(fù)責(zé)移動(dòng)臺(tái)接入ＧＳＭ服務(wù)時(shí)的鑒權(quán)工作。此外它還提供了用戶訪問卡上存儲(chǔ)的用戶相關(guān)信息的鑒權(quán)。由于卡上只有一個(gè)應(yīng)用程序ＳＩＭ，所以卡也叫ＳＩＭ卡。
    ＳＩＭ卡的操作系統(tǒng)是基于ＩＳＯ7816-4標(biāo)準(zhǔn)的操作系統(tǒng)。它支持ＩＳＯ7816的大部分命令及一些自己定義的命令。運(yùn)行在ＳＩＭ卡操作系統(tǒng)上的ＳＩＭ應(yīng)用支持如下過程：通用過程、ＳＩＭ管理過程、持卡人校驗(yàn)相關(guān)過程、ＧＳＭ安全相關(guān)過程、定購業(yè)務(wù)相關(guān)過程、ＳＩＭ應(yīng)用工具相關(guān)過程。這些過程實(shí)現(xiàn)了ＳＩＭ應(yīng)用的文件讀寫、ＳＩＭ初始化、ＧＳＭ會(huì)話終止、語言選擇請(qǐng)求、位置信息的獲取、密鑰的獲取、密碼校驗(yàn)、密碼修改、縮位撥號(hào)、固定撥號(hào)、短消息、通過短消息進(jìn)行數(shù)據(jù)下載、呼叫控制、菜單選擇等功能。
    ＳＩＭ卡的生命周期包括卡的制造、操作系統(tǒng)和應(yīng)用程序的安裝、卡的個(gè)人化、卡的分發(fā)、卡的使用、及最后卡的失效。由于卡上只有一個(gè)應(yīng)用，ＳＩＭ卡及應(yīng)用的管理可統(tǒng)一由卡的發(fā)行商通過對(duì)卡的管理來實(shí)現(xiàn)。
2.2 多用途ＵＳＩＭ卡
    在第三代移動(dòng)通信系統(tǒng)ＵＭＴＳ（通用移動(dòng)通信系統(tǒng)）中引入了用戶業(yè)務(wù)標(biāo)識(shí)模塊ＵＳＩＭ。ＵＳＩＭ是存儲(chǔ)在智能卡上的一個(gè)應(yīng)用，它存儲(chǔ)了用戶標(biāo)識(shí)、卡標(biāo)識(shí)、公共平臺(tái)、鑒權(quán)和加密算法及多個(gè)應(yīng)用（如ＧＳＭ、ＤＥＣＴ、ＵＰＴ、電子商務(wù)業(yè)務(wù)等），主要用于接入一個(gè)ＵＭＴＳ（歐州電信標(biāo)準(zhǔn)局）業(yè)務(wù)提供者所提供的業(yè)務(wù)。ＵＳＩＭ卡采納了ＳＩＭ卡的尺寸大小，物理特性。同時(shí)ＥＴＳＩ正在考慮定義更小的尺寸和更低的智能卡供電電壓，以進(jìn)一步減小手機(jī)尺寸和耗電。ＵＳＩＭ卡的存儲(chǔ)容量和處理能力相對(duì)于ＳＩＭ卡來說要強(qiáng)許多。卡上應(yīng)用平臺(tái)也將采用公共平臺(tái)（如Ｊａｖａ虛擬機(jī)），以支持卡間互操作性和多個(gè)應(yīng)用。
    相對(duì)于ＳＩＭ卡，ＵＳＩＭ卡提供了更強(qiáng)的安全性能：加密算法也從手機(jī)移到了卡上；鑒權(quán)算法可以動(dòng)態(tài)下載到卡上。ＵＳＩＭ卡還可同時(shí)支持多個(gè)可選應(yīng)用、應(yīng)用下載、應(yīng)用交互、應(yīng)用動(dòng)態(tài)配置和應(yīng)用新功能的下載。多個(gè)用戶定購業(yè)務(wù)間的應(yīng)用和數(shù)據(jù)可共享（如地址簿共享等），同時(shí)應(yīng)用間的未授權(quán)訪問可通過ＵＳＩＭ卡提供的安全機(jī)制來防止。ＵＳＩＭ卡上的應(yīng)用程序也可以是多個(gè)的（如一個(gè)用于接聽私人電話，一個(gè)接聽單位電話）。每個(gè)ＵＳＩＭ應(yīng)用還可有多個(gè)用戶業(yè)務(wù)數(shù)據(jù)文件。

    多用途ＵＳＩＭ卡的生命周期將不同于單應(yīng)用ＳＩＭ卡的生命周期，見圖3。單應(yīng)用ＳＩＭ卡在卡失效后，卡上ＳＩＭ應(yīng)用自動(dòng)失效。而多用途ＵＳＩＭ卡的卡上應(yīng)用程序的生命周期可以長于卡的生命周期，也可以短于卡的生命周期?？ㄊШ螅瑧?yīng)用程序可以繼續(xù)存在，只是可能存儲(chǔ)到了另外一張卡上。同樣，應(yīng)用程序回收后，原卡照樣可以使用，只是少了被回收了的該項(xiàng)應(yīng)用功能。由于卡支持多個(gè)應(yīng)用，卡使用期間，卡上應(yīng)用可根據(jù)需要進(jìn)行修改和配置，新的應(yīng)用可下載到卡上或從卡上刪除。

    ＵＳＩＭ卡的管理可由權(quán)威機(jī)構(gòu)進(jìn)行，見圖4。在卡的分發(fā)之后，新的應(yīng)用可以向權(quán)威機(jī)構(gòu)登記并下載到ＵＳＩＭ卡上。多用途卡的管理流程為：①芯片生產(chǎn)商銷售芯片給智能卡生產(chǎn)商；②智能卡生產(chǎn)商向鑒權(quán)機(jī)構(gòu)登記該智能卡；③ 鑒權(quán)機(jī)構(gòu)將密鑰返回給智能卡生產(chǎn)商；④ 智能卡生產(chǎn)商向智能卡發(fā)行機(jī)構(gòu)銷售智能卡；⑤ 智能卡生產(chǎn)商向鑒權(quán)機(jī)構(gòu)聲明卡的所有者為智能卡發(fā)行商；⑥ 智能卡發(fā)行商向鑒權(quán)機(jī)構(gòu)申請(qǐng)應(yīng)用下載；⑦ 應(yīng)用發(fā)行商向鑒權(quán)機(jī)構(gòu)提供應(yīng)用以獲得授權(quán)；⑧ 鑒權(quán)機(jī)構(gòu)向卡發(fā)行機(jī)構(gòu)提供下載授權(quán)；⑨ 應(yīng)用下載。
    雖然多用途智能卡技術(shù)目前還處于研究和試驗(yàn)階段，但是由于多用途智能卡技術(shù)的發(fā)展會(huì)給使用者帶來很大方便，給經(jīng)營者帶來更多的收入，因而多用途智能卡技術(shù)必將獲得快速的發(fā)展。