Java语言开发智能卡应用程序

t net 1.4 Java 智能卡
ne k. 1996 年 11 月，Sun 公司正式发布 JAVA Card1.0 版本的规范。现在 Java 卡的最新的规范是 2.2 k. oo 版。
oo nb 其实 Java 卡的实质是一部功能齐全、但规模较小的电脑，其硬件主要是为了保证 Java 卡的运 b c 行环境的需要。
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.cnbook Java 卡的出现为不同厂商的智能卡提供了统一的开发环境，95%智能卡制造商已经支持了 Java w 卡的 API。
ww 应用 Java 语言开发的智能卡程序可以应用在所有的 Java 卡上。 et （2）Java 是面对对象的编程语言，面向对象的 API 简化了 Java 卡的 Applet 与终端或后台服务 t n 器的通信。 ne k. （3）由于智能卡程序使用 Java 语言，开发人员可以选择所熟悉和喜欢的开发工具，如 JBuilder。 k. oo 因为可以选择面向对象的开发工具，快速开发和调试 Java 卡的应用程序成为了可能。 oo nb 在以前的智能卡开发环境中，应用程序需要下载到卡的 ROM，而卡的 ROM 程序是无法更新的， c 所以调试卡的程序将占用大量的开发时间。 w. （4）Java 卡支持多种用途。 ww Java 卡可以同时存在多个不同的应用，这些应用可以来自不同的卡供应商。例如它可以有电子 t 钱包功能，也可以有身份鉴别功能，也可以有门禁系统功能。 t ne （5）Java 卡支持程序的增、删、改操作。 ne k. Java 卡上的应用可以进行删除或者添加新的应用，不需要更换新的智能卡，大大增强智能卡的 . o 灵活性。 ok bo 综上所述，Java 卡的出现统一了智能卡的编程接口（API），统一了智能卡的编程语言（Java 语 bo cn 言），使智能卡成为统一标准的产业，这便是它如何受欢迎的原因。 cn w. Java 卡内有一个能执行 Java Applet 的虚拟机，它提供 Java 卡编程的 API，使开发人员不需要 . w 了解智能卡的硬件和专用技术就可以进行智能卡的应用开发。 w t Java 卡的 Applet 能够在不同卡片的环境执行，通过虚拟机的机制来达到跨平台的能力，这与 Java t ne 语言可以跨平台运行的原理相同。 ne k. 1.5 智能卡开发流程图 ok. boo Java 智能卡程序的开发流程图如图 3 所示。
Le
ww w 上述符号表示的意思如下： w（1）CLA - Class Byte：识别 Applet。 et （2）INS - Instruction Byte：定义 Applet 的指令。 .n （3）P1：第一个命令参数。 ok （4）P2：第二个命令参数（P1，P2 根据 INS 不同，也有不同的含义）。 bo cn （5）Lc：数据（Data Field）的长度。 cn w. （6）Data Field：数据的栏位。 w. ww （7）Le：回传数据的长度。 w 注意：智能卡程序和网络的小程序都称为 Applet。 w APDU 响应命令的格式如表 3 所示。
智能卡
.n ok 图 2 ok bo 通过 APDU 命令和返回响应，便完成卡与读卡器或终端的通信。APDU 的命令格式如表 2 所示。
bo cn 表 2 APDU 的命令格式
n . 必须部分（Mandatory Header）
可选择部分（Conditional Body）
.c ww CLA INS
book 利用 Java 语言开发智能卡应用程序 t w net 内容提要：本文介绍了智能卡的分类、文件系统、接口协议和 Java 卡的知识及其开发流程，介 e . 绍了 JCDK 环境的下载、安装和 8 个基本命令的使用。本文通过银行卡的应用实例，指导读者编写 .n ok 智能卡 Applet，将 CAP 文件下载到智能卡上和使用 apdu 文件访问智能卡的程序。通过本文的学习， ok bo 应该掌握智能卡的实现技术，可以熟练使用 JBuilde 编写智能卡程序。 o cn 关键字：分类、文件系统、接口协议、Java 卡 . 引言：对于 IC（Intelligent Card）卡，相信大家都很熟悉，如经常使用的银行卡、电话卡、地 ww 铁卡，这些都是 IC 卡的种类。每个 IC 卡都有专门的代码控制它们的实现功能，如某人利用地铁 IC w t 卡从一个检测门进入，然后在目的地的检测门出去，IC 卡便会将相关的信息传送给服务器，使服务 e 器可以进行一系列的数据处理。 et .n 正文： k.n ook 1 智能卡 boo cnb 1.1 智能卡的分类 .cn ww. 智能卡按嵌入的芯片种类分，可以分为以下两类。 w 1. 接触式卡 et 这种卡需要使用读卡器的装置进行信息的读写操作。这种卡的表面上嵌着小的金属片，当把卡 et .n 插入读卡器时，该小金属片就会同一个电子接头接触，通过这个电子接头对芯片读写数据。接触式 n k 卡主要分为以下两类卡。 k. oo 1）存储卡 oo nb 存储卡不包含复杂的处理器，它不能动态的管理文件，与读卡器的通信是同步通信。IC 电话卡 nb .c 就是存储卡。 c w 2）微处理器卡 w. ww 微处理器卡是本文所要讨论的卡片，它与存储卡的的区别是：具有动态处理数据的功能。微处 w理器卡的系统结构有微处理器（CPU）和 EEPROM（E2PROM），如 SIM 卡（手机卡），银行卡等都 w t 是微处理器卡。 ne k. 接触卡和读卡器如图 1 所示。
ww 1.3 智能卡的接口协议
w et 智能卡是通过它的 8 个触点（该 8 个触点由 ISO7816 标准规定，如表 1 所示）与读卡器进行通 t n 信的。
ne k. 表 1 8 个触点的定义
k. oo 触点 oo nb C1 b c C2 cn w. C3 . w C4
定义
触点
Vcc = 5V（供电电压） C5
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.cnbook 表 3 APDU 响应命令的格式
w 选择部分（Conditional Body）
必须部分（Mandatory Trailer）
wwData field
SW1
SW2
et 上述符号表示的意思如下： et .n （1）Data Field，数据的栏位。 .n ok （2）SW1，执行状态参数 1，执行参数由一个字节表示。 k o （3）SW2，执行状态参数 2。 oo nb SW1 + SW2 =“9000”表明命令执行成功。 .c 应用上述知识，选择 SIM 卡的 ROOT 文件的 APDU 命令的格式如表 4 所示。
Reset（重置信号） C6
Clock（时钟信号） C7
RFU（保留）
C8
定义 Gnd（接地） Vpp（编程电压） I/O（数据输入/ 输出） RFU（保留）
w t 根据 ISO7816.4 规定，智能卡与外界的通信数据接口是 APDU（Application Protocol Data Units， t ne 应用协议数据单元）。
e . APDU 制定了命令格式和响应格式，在数据交流中，卡只能接受信息，等待读卡器或终端向它 .n ok 发送 APDU，收到 APDU 后，执行 APDU 中的命令，返回 APDU 响应。如图 2 所示。
ok bo 返回apdu命令的响应
.cnbo 发送
apdu命令
发送
www et w . 读卡器
book. net boo 图1 k. 2. 非接触式卡 oo n 非接触式智能卡看上去和普通的塑料信用卡相似，在卡体中内嵌了天线和微电子芯片，当把它 nb .c 放近读卡器的天线时，它们之间就可以完成一次信息交换。这使其不用与感应器接触，便可交换信 .c ww 息，并且处理时间极短。如地铁卡、高速公路收费卡便是非接触卡。 w w 注意：智能卡遵循 ISO7816 标准。ISO7816 标准规定了卡用塑料的物理特性，包括温差范围、 ww 弹性、电子触点的位置以及内置微芯片和进行信息交换的方式等。
cn w. 其最低的硬件配置要求为： w. ww （1）RAM。 w 最低要求是 512 bytes，用于存放程序执行时的堆栈、暂存资料以及做为 I/O 的缓冲区。 w （2）ROM。
net k. 最低要求是 24KB，用于存放操作系统以及运行环境，如 JCVM（Java 卡虚拟机）。 k. oo （3）EEPROM（Electrically-Erasable Programmable Read-Only Memory）。 o b 可通过电子设备写入数据的存储器。 bo cn 其最低要求是 8 KB，用于储存开发并装载至 Java 卡上的 Applet。 cn w. （4）Processor。 . w 最低要求是 8bit，JAVA 卡需要至少 8 位的处理器支持。 w w Java 智能卡的出现，解决了以前智能卡所不能解决的问题。 ww 主要表现为以下几个方面： et （1）早期的智能卡的开发是复杂的过程。 n 尽管 ISO7816 标准规定了智能卡的结构大小和通信协议，但各个智能卡生产商对智能卡的研制 k. 都各不相同。 boo cn 各个卡生产商对自己的智能卡操作都有自己独特的一套指令集。并且智能卡编程接口（API） n . 非常复杂，为了使用该 API，开发人员需要非常熟悉低层通信接口协议，内存管理和智能卡硬件的 .c ww 细节。 w w 最不方便的是，不同的智能卡没有通用的开发环境，如果要开发一种新的应用，那么必须重新 ww 学习一个新的开发环境。
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.cnbook 1.2 智能卡的文件系统
ww 智能卡的文件系统和 DOS 的树形文件系统相似。智能卡的文件分为：DF（Dedicated File）和 w t EF（Elementary File）。DF 包含控制信息，可以成为 EF 或 DF 的父文件，与 DOS 中的目录文件相 e 同；EF 是数据单位的集合，不能成为任何文件的父文件，与 DOS 中的 TXT 文件相同。智能卡文件 et .n 系统必须有根文件（ROOT），是 DF 文件，也可以称为 MF（Master File 主文件）。每个文件都有一 .n ok 个文件的 ID（两个字节），如 ROOT 的 ID 一般为“3F00”。如果要对文件进行读写操作，就必须先 k o 用“select”命令来选择该文件的 ID。如有兴趣希望进一步了解智能卡的文件结构，请参阅 ISO7816 oo nb 标准，查看地址是 http://www.iso.ch/iso/en /ISOOnline.frontpage，在主页面的搜索框内填入“7816” .c 关键字查找相关的文档，网址 上也有该文件，目录是 35Themes\JBuilder\C32。