DS8007在智能卡交易中的應(yīng)用

本應(yīng)用筆記以DS8007作為接口器件和DS5002安全微控制器的智能卡支付終端交易為例。DS8007評(píng)估（EV）板和可用的C源代碼可實(shí)現(xiàn)基本的智能卡信用卡、借記卡和卡初始化功能。

概述

本應(yīng)用筆記介紹了基于DS8007多協(xié)議、雙智能卡接口芯片和DS5002安全微控制器的智能卡支付交易系統(tǒng)?；拘庞每ê徒栌浗灰着c智能卡初始化功能一起實(shí)現(xiàn)。雖然沒有試圖包括通常與“真實(shí)”支付交易系統(tǒng)相關(guān)的任何安全措施，但此處演示的功能代表了這種系統(tǒng)。

本演示使用的硬件是DS8007評(píng)估（EV）板。該板為使用DS8007器件測(cè)試智能卡操作提供了一個(gè)方便、成熟的平臺(tái)。該板包括：DS5002安全微控制器作為主處理器;一個(gè) 2 行 x 20 個(gè)字符的液晶顯示器 （LCD） 模塊;以及兩個(gè)智能卡插槽，一個(gè)信用卡大小的插槽和一個(gè) SIM 大小的插槽。提供DB-9連接器，用于傳輸RS-232串行接口的信號(hào)。使用公司的微控制器工具包（MTK）軟件，用戶可以將其PC連接到此RS-232端口，下載程序和/或數(shù)據(jù)文件，并與應(yīng)用程序進(jìn)行通信。評(píng)估板還包含512k x 8電池備份SRAM，用于存儲(chǔ)程序和數(shù)據(jù)信息。DS5002安全處理器為支持SRAM的電池提供功率檢測(cè)和控制電路。

用于開發(fā)此應(yīng)用程序的軟件工具集是 Keil PK51 專業(yè)開發(fā)人員工具包，其中包括 μVision3? 集成開發(fā)環(huán)境 （IDE） 和 CX51 ANSI C 編譯器。此 PK51 包提供了一個(gè)完整的開發(fā)環(huán)境，包括匯編器、鏈接器、模擬器和調(diào)試器。它產(chǎn)生的十六進(jìn)制文件可以使用MTK軟件從PC直接下載到DS8007評(píng)估板。

應(yīng)用說(shuō)明

此事務(wù)示例實(shí)現(xiàn)并正確管理應(yīng)用程序協(xié)議數(shù)據(jù)單元 （APDU） 的發(fā)送和接收，如 EMV 規(guī)范中對(duì) ACOS3 智能卡的定義。通過(guò)操作和發(fā)送適當(dāng)?shù)?APDU，然后處理其潛在響應(yīng)，演示代表典型支付交易的操作。

此應(yīng)用程序的 C 源代碼可供下載，并且該文件AN4120_SW.zip。上述應(yīng)用筆記4036中的代碼構(gòu)成了這些交易示例的核心;它提供所有基本的DS8007接口/驅(qū)動(dòng)器功能和所有直接的低級(jí)智能卡接口功能。AN4036 的代碼也可從文件 AN4036_SW.zip 中的同一網(wǎng)址下載。

交易詳情示例

為了創(chuàng)建具有代表性的事務(wù)函數(shù)組，此示例中實(shí)現(xiàn)了三個(gè)主要的智能卡操作。

借記交易，從卡的余額中扣除一定金額

信用交易，其中金額添加到卡的余額中

卡初始化交易，其中卡的余額和交易計(jì)數(shù)設(shè)置為初始值

初始余額 $100.00 存儲(chǔ)在卡中，初始計(jì)數(shù)在初始化事務(wù)期間設(shè)置為 10。為了簡(jiǎn)化示例，在信用卡或借記交易的卡余額中添加或扣除固定金額 $00.<>。

為了實(shí)現(xiàn)合理的演示，首先要考慮的是如何使用DS8007評(píng)估板上的資源創(chuàng)建用戶界面。一個(gè)目標(biāo)是它獨(dú)立運(yùn)行，無(wú)需額外設(shè)備。因此，主板的RS-232串行端口被拒絕作為用戶界面。相反，可供用戶輸入的最方便的硬件是交換機(jī) SW4。按下此開關(guān)時(shí)，將處理器的端口針腳 P3.2 拉至地。引腳 P3.2 是一個(gè)多功能端口引腳，也可用作外部中斷輸入 （INT0）。但是，在此應(yīng)用程序中，軟件不會(huì)啟用此中斷。因此，引腳通常由處理器的引腳驅(qū)動(dòng)電路拉高，并在按下SW1時(shí)通過(guò)4kΩ電阻拉低。應(yīng)用只需讀取引腳即可檢測(cè)此開關(guān)閉合。

板載LCD模塊用作用戶界面的輸出設(shè)備。DS8007評(píng)估板上的LCD模塊為2行×20字符顯示。它包含創(chuàng)建液晶驅(qū)動(dòng)信號(hào)所需的驅(qū)動(dòng)器電路，并為處理器提供 8 位并行接口。通過(guò)將所需的控件和字母數(shù)字字符寫入模塊來(lái)操作顯示，模塊管理實(shí)際的LCD。

給定一個(gè)用戶輸入，軟件在LCD上以重復(fù)順序向用戶顯示三個(gè)可能的交易。然后，軟件執(zhí)行按下開關(guān)SW4時(shí)顯示的交易。

智能卡詳細(xì)信息

本應(yīng)用示例選擇的智能卡是由香港先進(jìn)卡系統(tǒng)有限公司（ACS）制造的ACOS3卡。該卡包含一個(gè)嵌入式處理器，該處理器運(yùn)行稱為 A CS S mart Card Operating System 版本 3 （ACOS3） 的操作系統(tǒng)，并具有以下功能：

16kB EEPROM 存儲(chǔ)器，用于存儲(chǔ)應(yīng)用數(shù)據(jù)

符合 ISO 7816-1/2/3，T = 0 協(xié)議

數(shù)字加密標(biāo)準(zhǔn) （DES）、三重 DES 和消息身份驗(yàn)證功能 （MAC） 功能

五個(gè)密碼+發(fā)行人代碼

密碼，可由持卡人更改

用于相互身份驗(yàn)證的密鑰對(duì)

基于隨機(jī)數(shù)的會(huì)話密鑰

具有固定記錄長(zhǎng)度的線性文件

安全支付應(yīng)用的賬戶數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)

有關(guān) ACOS3 功能的完整說(shuō)明，請(qǐng)?jiān)L問(wèn)

ACS 網(wǎng)站

。對(duì)于此應(yīng)用程序，不使用卡的安全功能。僅使用文件結(jié)構(gòu)和 EEPROM 存儲(chǔ)。

卡內(nèi)存存儲(chǔ)

對(duì)于此事務(wù)示例，所選卡必須包含一些用于信息存儲(chǔ)的最小數(shù)量的非易失性存儲(chǔ)器。卡中僅存儲(chǔ)兩個(gè)值：包含成功處理的交易數(shù)量的“計(jì)數(shù)器”和虛構(gòu)帳戶“余額”。對(duì)于計(jì)數(shù)器，選擇了 1 字節(jié)無(wú)符號(hào)值，因?yàn)樗梢员硎緩?0 到 255 個(gè)事務(wù)的計(jì)數(shù)。對(duì)于余額，選擇16位整數(shù)，因?yàn)樗梢员硎?32，768到+32，767的值。這種方法允許用戶在可用余額之外從卡中扣款（即創(chuàng)建負(fù)余額）。因此，本例總共需要三個(gè)字節(jié)的非易失性存儲(chǔ)器。

ACOS3 文件結(jié)構(gòu)

ACOS16卡中的3kBEEPROM存儲(chǔ)器在制造時(shí)被隔離為內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器和用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器存儲(chǔ)配置數(shù)據(jù)，通常由操作系統(tǒng)用于管理某些功能。用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在“真實(shí)”交易應(yīng)用程序的控制下存儲(chǔ)卡正常使用中操縱的數(shù)據(jù)。在此示例代碼中，僅使用內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，因此它將是其余討論的重點(diǎn)。

無(wú)論是使用內(nèi)部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器還是用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，都可以通過(guò)數(shù)據(jù)文件和數(shù)據(jù)記錄訪問(wèn)ACOS3卡的存儲(chǔ)器。每個(gè)數(shù)據(jù)文件由一定數(shù)量的數(shù)據(jù)記錄組成，最多 255 條。不同文件的記錄長(zhǎng)度可能不同，但在給定文件中始終是固定的。內(nèi)部數(shù)據(jù)文件的文件結(jié)構(gòu)（文件大小、記錄長(zhǎng)度等）由操作系統(tǒng)定義，無(wú)法更改。但是，對(duì)于用戶數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，發(fā)卡機(jī)構(gòu)在個(gè)性化卡時(shí)確定文件結(jié)構(gòu)。為簡(jiǎn)單起見，此處使用卡的現(xiàn)有內(nèi)部數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)，而不是實(shí)現(xiàn)任意用戶數(shù)據(jù)文件系統(tǒng)。

可以通過(guò)ACOS3讀取記錄和寫入記錄命令訪問(wèn)所有文件。這些命令被發(fā)送到卡，任何響應(yīng)都通過(guò)應(yīng)用筆記4036中提供的APDU功能接收。每個(gè)文件都由一個(gè) 2 字節(jié)的文件標(biāo)識(shí)符標(biāo)識(shí)。對(duì)于所有內(nèi)部數(shù)據(jù)文件，標(biāo)識(shí)符的第一個(gè)字節(jié)固定為 0xFF。表 1 顯示了內(nèi)部數(shù)據(jù)文件的文件名、文件標(biāo)識(shí)符和記錄組織。

表 1.內(nèi)部數(shù)據(jù)文件信息

個(gè)性化文件“File ID = 0xFF 0x02”包含 12 個(gè)字節(jié)，這些字節(jié)排列為三個(gè)記錄，每個(gè)記錄的長(zhǎng)度為 <> 個(gè)字節(jié)。第一條記錄包含配置卡中某些選項(xiàng)的信息。但是，記錄二和記錄三沒有預(yù)先確定的定義。因此，這兩個(gè)記錄用于在卡中保存此應(yīng)用程序的計(jì)數(shù)和余額值。雖然單個(gè)記錄包含足夠的存儲(chǔ)空間（四個(gè)字節(jié)）來(lái)保存計(jì)數(shù)和余額信息所需的三個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)，但這兩個(gè)值存儲(chǔ)在不同的記錄中以簡(jiǎn)化和闡明其操作。這也使得增加到更大的數(shù)字成為可能。計(jì)數(shù)存儲(chǔ)在第二條記錄的第一個(gè)字節(jié)中，余額存儲(chǔ)在第三條記錄的前兩個(gè)字節(jié)中，即高階字節(jié)優(yōu)先（即大端序）。

ACOS3 命令結(jié)構(gòu)

ACOS3 卡有 13 個(gè)基本命令。在此應(yīng)用程序中，其中三個(gè)命令構(gòu)成了所執(zhí)行操作的核心。它們是“選擇文件”、“讀取記錄”和“寫入記錄”命令。下面介紹了這些命令中的每一個(gè)。所有 ACOS3 命令都遵循 EMV 規(guī)范中描述的應(yīng)用協(xié)議數(shù)據(jù)單元 （APDU） 的形式。APDU 常規(guī)形式由以下元素組成：

命令的 CLA 類

INS 指令代碼

P1 指令參數(shù) 1

P2 指令參數(shù) 2

Lc（P3） 命令數(shù)據(jù)字段中存在的字節(jié)數(shù)（可選）

命令中發(fā)送的數(shù)據(jù)字節(jié)的數(shù)據(jù)系列

Le 響應(yīng)數(shù)據(jù)字段中預(yù)期的最大數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)（可選）

“選擇文件”命令

“選擇文件”命令

可打開文件，以便可以讀取和/或?qū)懭肫溆涗?。它是一個(gè) 7 字節(jié)的命令，其格式為：

由于個(gè)性化文件（請(qǐng)參閱表 1）是此應(yīng)用程序中使用的唯一文件，因此其文件 ID 0xFF 0x02是命令的最后兩個(gè)字節(jié)。與所有 ACOS3 命令一樣，如果成功完成，此命令將返回 2x0 90x0 的 00 字節(jié)狀態(tài)。任何其他返回的值都指示執(zhí)行期間出錯(cuò)。有關(guān)可能的錯(cuò)誤狀態(tài)字節(jié)及其含義的完整列表，可在上述ACS網(wǎng)站上的ACOS3參考手冊(cè)中在線找到。

讀取記錄命令 讀取記錄命令
從當(dāng)前選定文件的標(biāo)識(shí)記錄中讀取指定的字節(jié)數(shù)。它是一個(gè) 5 字節(jié)命令，其格式為：

如圖所示，此命令有兩個(gè)可變字節(jié)：一個(gè)字節(jié)指示記錄號(hào)，另一個(gè)指示要從指定記錄讀取的字節(jié)數(shù)（長(zhǎng)度）。在此應(yīng)用程序中，每次都會(huì)讀取個(gè)性化文件記錄的所有四個(gè)字節(jié)，因此長(zhǎng)度固定為 0x04。如果命令成功完成，它將返回六個(gè)字節(jié)的數(shù)據(jù)：四個(gè)字節(jié)的信息存儲(chǔ)在記錄中，兩個(gè)字節(jié)的狀態(tài)信息。如果返回除 0x90 0x00 以外的狀態(tài)字節(jié)的任何值，則該命令將生成錯(cuò)誤，應(yīng)忽略返回的數(shù)據(jù)。

“寫入記錄”命令 “寫入記錄”命令
將數(shù)據(jù)寫入當(dāng)前所選文件的指定記錄。這是一個(gè)可變長(zhǎng)度命令，取決于寫入的字節(jié)數(shù)。在此示例中，始終寫入四個(gè)字節(jié)，因此命令具有顯示的形式。

如圖所示，此命令總共有六個(gè)可變字節(jié);一個(gè)字節(jié)表示記錄號(hào)（0 到 N-1），另一個(gè)字節(jié)表示要寫入的字節(jié)數(shù)（長(zhǎng)度 = 0x04），并且有四個(gè)數(shù)據(jù)字節(jié)。如果命令成功完成，它將返回兩個(gè)字節(jié)的狀態(tài)信息（成功完成0x90 0x00）。

加載可執(zhí)行文件

DS8007評(píng)估板自帶智能卡示例交易軟件。要驗(yàn)證此軟件是否存在，請(qǐng)為開發(fā)板通電并觀察顯示屏。如果顯示以“將卡插入下面的大插槽”結(jié)尾的雙屏橫幅（圖1），則程序已加載。如果未顯示此橫幅，則可以使用MTK軟件將程序加載到電路板的電池備份SRAM中。應(yīng)用筆記4036（見上文）描述了如何加載應(yīng)用文件。要加載的文件是 Trans.hex，包含在可從上述 ftp 網(wǎng)站下載的AN4120_SW.zip文件中。

圖1.“插入卡”橫幅。

加載文件并斷開引導(dǎo)加載程序后，處理器立即開始運(yùn)行應(yīng)用程序。如果仍連接到PC，MTK屏幕可能會(huì)顯示程序的RS-232串行輸出。但是，此信息用于分析和調(diào)試，應(yīng)忽略。用戶應(yīng)按照液晶屏模塊上顯示的說(shuō)明進(jìn)行操作。如果需要，可以分析源代碼以確定串行輸出的含義。

插入智能卡后，卡的當(dāng)前交易計(jì)數(shù)和帳戶余額會(huì)短暫顯示在LCD上。然后，顯示屏開始按順序循環(huán)瀏覽交易選項(xiàng)（借方、貸方和初始化），大約每?jī)擅敫囊淮巍ｏ@示所需事務(wù)時(shí)，按 SW4 開關(guān)執(zhí)行此事務(wù)。然后，顯示屏將顯示執(zhí)行的操作。將顯示一條結(jié)束消息，并指示用戶刪除智能卡。此時(shí)，事務(wù)周期重復(fù)等待重新插入卡。

結(jié)論

本應(yīng)用筆記所述的系統(tǒng)基于DS8007多協(xié)議、雙智能卡接口芯片和DS5002安全微控制器實(shí)現(xiàn)智能卡支付交易系統(tǒng)。使用包含3kBEEPROM存儲(chǔ)器的ACOS16智能卡，其讀記錄和寫記錄命令用于將信息存儲(chǔ)在該非易失性存儲(chǔ)器中。反饋通過(guò)板載 2 行 x 20 個(gè)字符的 LCD 提供給用戶。信用卡和借記交易與智能卡初始化功能一起實(shí)現(xiàn)。源代碼文件可供下載，可以構(gòu)成實(shí)際系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。

審核編輯：郭婷