智能卡COS的安全性测试研究
Smart COS操作系统介绍
1. Smart COS简介CPU卡操作系统简称COS，它是伴随着集成电路卡从简单的EEPROM 发展到带微处理器的智能卡而应运产生的。
随着CPU卡应用的日益广泛，作为国内制卡行业和读写机具开发生产企业的先锋，深圳市明华澳汉科技有限公司于1999年6月成功地开发出符合《中国金融集成电路（IC）卡规范》、ISO/IEC7816标准的且拥有自主版权的CPU卡操作系统Smar t COS。
在金融领域，它可作为现金卡、信用卡等银行卡使用；在社保、工商、税务、证券等各种付费行业可作为用户卡使用；在电子商务网络系统中，可做为交易双方的身份识别。
Smart COS具有如下特点：1)符合《中国金融集成电路（IC）卡规范》、《中国金融集成电路（IC）卡应用规范》2)支持ISO-7816 T=0 通讯协议。
3)文件系统支持二进制文件、定长记录文件、变长记录文件、循环定长记录文件。
4)支持电子钱包、电子存折功能。
5)支持Single DES、Triple DES等加密算法，并支持用户特有的安全加密算法的下载。
6)支持线路加密、线路认证功能，防止通信数据被非法窃取或篡改。
7)可用作安全保密模块，使用过程密钥实现加密、解密。
8)支持多种容量选择,可选择2K、4K、8K、16K字节的EEPROM空间。
9)安全机制使用状态机，并支持PIN检验、CPU卡和终端的双向认证、数据加密、解密、MAC验证。
10)满足个别需求，可根据特殊行业的特殊用户的需求定制。
2．Smart COS功能模块CPU卡也称智能卡，它的核心就是芯片操作系统，外界对卡发布的所有命令都需要通过操作系统才能对CPU卡起作用。
COS的主要功能是控制智能卡和外界的信息交换，管理智能卡内的存储器并在卡内部完成各种命令的处理。
一般来讲，接口设备与卡之间的命令处理过程可分为四个功能模块：即传输管理器、安全管理器、应用管理器和文件管理器，如图1所示。
传输管理对于COS而言，通讯层是接收和发送数据的通道，负责终端和卡片之间的数据传输。
《CPU卡COS技术》课件
智能卡成为现代社会中的重要组成部分，其中CPU卡COS技术为实现智能卡的 核心技术。本次演讲将为大家介绍CPU卡COS技术的重要性、优势和发展前景。
什么是CPU卡？
CPU卡的定义
CPU卡是一种内置微处理器 的智能卡，能够通过与终端 设备间的接口交互，进行多 种安全的存储和传输操作。
COS的架构
COS结构由操作系统内核、文件 系统及应用程序等组成。操作系 统内核主要包括命令解释器、进 程管理器、文件系统、执行引擎 以及安全机制。
COS的特点
COS具有安全性高、功能强、容 量大、模块化设计、用户独立等 特点。
COS的操作系统结构
1
COS的文件系统
COS支持多种文件系统结构，如基于层级结构的文件系统，基于索引结构的文件 系统，基于对象结构的文件系统等。
COS的安全性趋势
智能卡芯片本身硬件的安全性得 到了显著提高，COS操作系统的 安全性也会不断升级。
COS的性能趋势
COS的性能不断提升，如处理器 核数增加，内存扩容等，将支持 更加复杂的智能卡应用场景。
总结ห้องสมุดไป่ตู้
1 CPU卡COS技术的重要性
CPU卡COS技术是智能卡的核心技术，为智能卡应用提供了安全可靠的保障。
2
COS的冻结技术
COS冻结技术可用于固化锁定操作系统，防止被破坏和病毒感染，提高系统的可 靠性和安全性。
3
COS的多操作系统结构
COS支持多个应用程序同时运行，支持多操作系统结构，实现不同应用程序之间 的独立运行。
COS技术在智能卡中的应用
智能交通卡
智能交通卡应用中最为广泛，如北京一卡通、 深圳通等。
CPU卡的历史
IC智能卡存在的问题及解决方案
IC智能卡存在的问题及解决方案广州创亚企业管理顾问有限公司
目录
1、背景介绍 (3)
2、发展现状 (3)
3、存在问题 (5)
4、解决方法 (8)
5、结束语 (11)
一、背景介绍
随着人们生活水平的提高，电子信息技术也随着飞速发展，人们的生活也越来越趋向于电子信息化。
智能卡也成为了这个时代的重要产物，成为人们生活极为重要的组成部分。
目前在我国， IC卡已在众多领域获得广泛应用，并取得了初步的社会效益和经济效益。
2000年，全国IC卡发行量约为2.3亿张，其中电信占据了大部分市场份额。
公用电话IC卡1.2亿多张，移动电话SIM卡超过4200万张，其它各类IC卡约6000万张。
2001年IC 卡总出货量约3.8亿张，较上年增长26%；发行量约3.2亿张，较上年增长40%。
从应用领域来看，公用电话IC卡发行超过1.7亿张，SIM卡发行5500万张，公交IC卡为320万张，社保领域发卡为1400万张，其它发卡为8000万张。
智能卡市场呈现出以几何级数增长的态势，智能卡以其特有的安全可靠性，被广泛应用于从单个器件到大型复杂系统的安全解决方案
智能卡的发展已有近30年的历史，目前已广泛应用到公安、医疗、交通、金融、电信、社保、石油、体育等各个行业中，随着智能卡应用的推广，智能卡的产业链也得到极大的完善和细分。
整个产业链从智能卡芯片设计、硅晶片的生产制造、芯片封装、智能卡COS研发、个人化、发行卡最终到用户，整个产业链将随着技术和应用的发展，将进一步细分。
可以说，智能卡在人们生活起着至关重要的作用。
二、发展现状
然而随着智能卡的日益普及，针对智能卡安全漏洞的专用攻击技。
智能卡详细资料
什么是智能卡?智能卡（Smart Card ）:内嵌有微芯片的塑料卡（通常是一张信用卡的大小）的通称。
一些智能卡包含一个RFID芯片，所以它们不需要与读写器的任何物理接触就能够识别持卡人。
（RFID芯片即射频识别，俗称电子标签）智能卡配备有CPU和RAM，可自行处理数量较多的数据而不会干扰到主机CPU的工作。
智能卡还可过滤错误的数据，以减轻主机CPU的负担。
适应于端口数目较多且通信速度需求较快的场合。
智能卡是IC卡（集成电路卡）的一种，按所嵌的芯片类型的不同，IC卡可分为三类:1 .存储器卡：卡内的集成电路是可用电擦除的可编程只读存储器EEPROM ,它仅具数据存储功能，没有数据处理力量;存储卡本身无硬件加密功能，只在文件上加密，很简洁被破解。
2 .规律加密卡：卡内的集成电路包括加密规律电路和可编程只读存储器EEPROM ,加密规律电路可在肯定程度上爱护卡和卡中数据的平安,但只是低层次防护，无法防止恶意攻击。
3 .智能卡（CPU卡）：卡内的集成电路包括中心处理器CPU、可编程只读存储器EEPROM、随机存储器RAM和固化在只读存储器ROM中的卡内操作系统COS（Chip Operating System）0卡ikk ,,中数据分为外部读取和内部处理部分，确保卡中数据平安牢靠。
智能卡的操作系统是什么?智能卡操作系统通常称为芯片操作系统cos。
cos一般都有自己的平安体系，其平安性能通常是衡量COS的重要技术指标。
（COS的全称是Chip Operating System （片内操作系统），它一般是紧紧围围着它所服务的智能卡的特点而开发的。
由于不行避开地受到了智能卡内微处理器芯片的性能及内存容量的影响，因此，COS在很大程度上不同于我们通常所能见到的微机上的操作系统（例如DOS、UNIX等1 ）COS功能包括：传输管理、文件管理、平安体系、命令解释。
（cos的主要功能是掌握智能卡同外界的信息交换，管理智能卡内的存储器并在卡内部完成各种命令的处理。
深思洛克(SenseLock) SenseIV2.x 深思洛克sense4 senseIV 深思4 深思IV 加密狗备份
精锐IV型加密锁是全球软件保护行业中第一款采用智能卡（Smart Card）技术的软件加密锁，并获得了国家专利。
自2001年深思洛克将智能卡技术创新性地引入软件保护行业，并于2002年5月正式推出智能卡型加密锁精锐IV以来，超过3000家软件开发商采用了这项先进技术，精锐IV累计销量已经突破300万套。
精锐IV型加密锁是全球软件保护行业中第一款采用智能卡（Smart Card）技术的软件加密锁，并获得了国家专利。
自2001年深思洛克将智能卡技术创新性地引入软件保护行业，并于2002年5月正式推出智能卡型加密锁精锐IV以来，超过3000家软件开发商采用了这项先进技术，精锐IV累计销量已经突破300万套。
产品功能特点:以智能卡（Smart Card）技术为核心具有极高的安全性能，硬件支持标准C语言编程。
软件开发商可以方便地通过标准C语言编程，将应用软件的关键的代码和数据安全地移植到加密锁硬件内部保护起来。
硬件内部提供高达8～64K字节的程序和数据存储空间可容纳近万行的C语言代码。
硬件支持浮点运算、数学函数、安全服务、文件标准输入和输出等。
强大的远程安全控制功能实现远程更新加密锁内置标准的安全算法（RSA、DES及3DES、SHA-1）和硬件真随机数发生器。
利用这些密码学算法功能，结合其强大的可编程功能，可实现真正意义上的远程更新加密锁。
硬件身份识别功能基于标准智能卡技术构建的精锐IV软件保护系统，内部数据的存放及安全机制的设计完全遵照智能卡技术规范，100%兼容智能卡的所有功能，完全能够满足应用软件系统对电子身份控制、管理的需要。
数据库保护方案精锐IV硬件内部提供了国际公认的高安全性对称算法3DES，并且含有硬件算法加速器，可以对相当数量的数据进行实时加解密处理。
一、安全芯片——硬件安全要安全执行精锐IV“代码移植”的加密思路，首先您需要一个确保安全的芯片来“存储、执行”所移植的关键代码。
智能卡芯片的安全性实际上是由半导体厂商来保证的。
智能卡的卡片级可靠性测试方法
图1 接触式智能卡的结构图2 非接触式智能卡的结构图3 双界面智能卡的结构1 智能卡的可靠性测试及其失效模式由于智能卡内嵌了微芯片模块，所以按照国际固态技术学会标准（JEDEC），智能卡的可靠性认证也必须包含所有常规芯片需要做的可靠性测试项目，表1列举了常规芯片级的可靠性测试所需的项式，其中可以细分为电性能相关的卡片可靠性，机械类卡片可靠性，化学类卡片可靠性以及辐射类卡片可靠性，涵盖了绝大部分公司常做的智能卡可靠性试验。
1.1 电性能相关的卡片可靠性（1）充电器件模型测试（CDM Test）。
智能卡的实际使用场景中，静电威胁无处不在，所以CDM测试比较重要。
由于CDM测试与封装的关系非常密切，所以同一颗芯片在不同的封装形式上所表现出来CDM性能可能会截然不同，这也是为什么CDM测试在芯片级的可靠性测试中已经测试过了，对封装好的智能卡，还要再次验证其CDM性能。
测试参考的标准与芯片级CDM测试一样，为ANSI/ESDA/JEDEC JS-002-2018，Charged Device Model（CDM）。
测试数量至少1个Lot，3张卡，测试时需将智能卡静电枪测试（E S D G u n）。
试是电磁兼容测量中的一项，属于成品级可靠性项目，最广泛参考的标准为国际电工委员会标准IEC61000-4-2，但是对于智能卡，其参考的标准则为ISO/IES 10373-6:2016，Identification cards-Test methods-Part 6: Proximity cards，当然这两个标准之间绝大部分是相互兼容的。
测试方式分接触放电和空气放电，分别针对接触式智能2 机械类的卡片可靠性试验（1）三轮测试（3WHEEL）。
此项测试是模拟智能卡在银行ATM机器上或专用读卡器插入和拔出时，ATM机器会给卡片的正面和背面一定的压力，为典型的接触式智能卡的一个使用场景。
其测试标准参照CQMV2.17（信用卡组织万事达发布的Card Quality Management），样品数至少为1个Lot，8张卡片。
一种智能IC卡的通用安全协议设计与实现
开发应用 的高级编程语言 （ ａ ａ Ｃ－ ＋、 ｉｕ ｌ Ｃ／ ａ ｉ） Ｊ ｖ 、 Ｉ Ｖ ｓ ａ、 Ｂ ｓｃ －
和 相 应 的软 件 开 发 组 件 ， 些 发 展对 智 能 Ｉ 卡 的广 泛 应 用奠 这 Ｃ
定 了基 础 。
智能 Ｉ Ｃ卡 的大规模应用又会产生新 系列 ＭＣＵ 的逻辑结构图如图 １所示 。
能Ｉ ｃ卡通 用安全协议 。研究智能 Ｉ ｃ卡通 用安全协议 ，可 以
实 现 通 用 ＣＯＳ，继 而 实 现 一 卡 多 用 ，不仅 可 以 降低 大 量 开 发 和 维 护 资 源 ，而 且 给 生 产 和使 用 带 来极 大 的 便 利 ，具 有 广 阔 的应用价值 。
程语言 也各 不相 同 ，没有统一的规范或标准 。如果银行 或卡 片发行者需要在应用项 目中使用智 能 Ｉ ｃ卡 ， 则必须依靠各卡 片 生产商专 门为此应用开发专 用的 Ｃ ， ＯＳ 通常各 生产商都是
通 过 在 自 己现 有 产 品的 ＣＯＳ 基 础 上进 行 修 改 来 满 足 新 的应 用需 要 ，随 着 智 能 Ｉ 卡 ＣＯＳ版 本 的 增 加 ，卡 片 生产 商 要 为 Ｃ 各 种 版 本 的 ＣＯＳ开 发 和 维 护 耗 费 大 量 资 源 。智 能 Ｉ Ｃ卡 生产
化 外 部 硬 件 电路 ，最 重 要 的是 大 大 增 加 了智 能 卡 的安 全 性 。
的应用发展升级 ， 能保证其保密性、安全性不受影响等等 。 又 要实现智能 Ｉ ｃ卡的上述应 用必须依 靠相应 的 Ｃ ＯＳ来支
持， ＣＯＳ的 作 用 就相 当于 微 机 的操 作 系 统 。 一 直 以 来 ， 而 ＣＯＳ 都 是 由卡 片 生 产 商独 立开 发 的 ，各 厂 商 所 用 的 开 发 工 具 和 编
双界面金融社保卡COS系统的设计及实现
论文作者签名：
日期：
年
月
日
指导教师签名：
日期：
年
月
日
万方数据
杭州电子科技大学硕士学位论文
摘 要
随着物联网、大数据、云计算、移动互联网等信息技术的发展，智能卡的应用领域也在 不断地扩张。社会保障卡加载金融功能将会使人民群众更方便地享受金融服务和社会保障待 遇,为稳定社会和智慧城市的建设起到了极其重要的作用。 金融社保卡在提供了政府及公用事 业服务的基础上，增加市民服务等功能，金融功能的升级提高了消费支付的安全性。 课题研究是基于实际工作项目，本论文的设计是具有金融功能的社会保障卡的芯片操作 系统 COS，卡片介质为双界面芯片卡，同时包含社保应用和金融应用。 本文首先介绍智能卡的背景及国内外研究现状， 接着分析 COS 所包含的功能模块： 数据 传输模块、命令解释模块、安全算法模块和文件管理模块。之后对 COS 的底层通讯模块从接 触和非接触进行了着重讲解。然后针对金融社保卡对其文件系统和安全应用进行了详细的分 析。最后，对设计的 COS 在 FPGA 验证平台和芯片中分别进行了测试，主要介绍了随机数的 测试和 COS 的功能测试。 最终研究设计的 COS 可支持社会保障卡规范、中国金融集成电路卡规范（PBOC3.0） ， 同时支持金融环境和社保环境， 各项应用之间相互独立， 能够实现多应用的防火墙隔离机制。 关键词：金融社保卡，芯片操作系统 COS，双界面，多应用
论文作者签名：
日期：
年
月
日
学位论文使用授权说明
本人完全了解杭州电子科技大学关于保留和使用学位论文的规定， 即： 研究生在校攻读 学位期间论文工作的知识产权单位属杭州电子科技大学。本人保证毕业离校后，发表论文或 使用论文工作成果时署名单位仍然为杭州电子科技大学。学校有权保留送交论文的复印件， 允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内容，可以允许采用影印、缩印或其 它复制手段保存论文。 （保密论文在解密后遵守此规定）
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
１２ 软 件 测 试 分 类 ． 软 件 测 试 是 一 项 复 杂 的系 统 工 程 ．从 不 同 的视 角
考 虑 可 以有 不 同 的 划分 方 法
●按 是 否 运 行 被测 软 件 ： 态 测 试 和 动 态 测试 ： 静 ●按 软 件 开 发 阶段 ： 元 测 试 ， 成 测 试 ， 统 测 单 集 系
＠ 现 计 机 ２１． 代 算 ０１４ ０
＼
等。 （ ） 能 测 试 ２性 智 能卡 Ｃ ＯＳ的性 能 测 试 主 要 是 测 试 Ｃ ＯＳ的运 行
竺竺
与通信网络的通信能力
（ ） 全测 试 ７安
智 能 卡 Ｃ Ｓ的 安 全 性 测 试 是 非 常 重 要 的 ． 全 性 Ｏ 安 测 试 要 严 格 按 照 需 求 规 范 和 行 业 标 准 ．安 全 性 测试 也 是 衡 量 智 能卡 Ｃ Ｓ质 量 的 指标 。 Ｏ
＼
、
：
竺 兰 竺
智能卡 Ｃ ＯＳ的安全性测试 研究
刘 倩
（ 东 工 业 大 学 ． － Ｉ １０ ６ 广 Ｆ ＃ ５ ０ ０ ）
摘
要 ：智能 卡 操 作 系统 （ ｃｏｓ 的 安 全 性 至 关 重要 。 过 分 析 智 能 卡 使 用 环 境 得 出潜在 的 不安 全 因 ） 通
Ｏ 引
言
表。
随 着社 会 的发 展 和科 技 的 进 步 ．智 能 卡 亦 日益 渗 透 社 会 生 活 的方 方 面 面 智 能 卡 的广 泛 应 用 离 不 开 智 能 卡 的 良好 质 量 和 强 大 功 能 ．特 别 是 智 能卡 内 敏感 的 数 据 ， 智 能 卡 的安 全 性 提 出 了更 高 的 要 求 。 能 卡 的 对 智 核心部件是智 能卡操作系统 ， 智能卡 Ｃ ＳＣ ｉ ０ ． 即 Ｏ （ ｈｐ Ｄ ｅａ ｎ ｙｔ 。智 能 卡 的安 全 性 很 大 程 度 上 依 赖 于 智 ｒ ｉｇ ｓ ｍ） ｔ Ｓ ｅ 能 卡 Ｃ Ｓ的质 量 因 此 ． 必 要 对智 能 卡 Ｃ Ｓ的 安 全 Ｏ 有 Ｏ 性 进 行研 究 ． 以制 定 全 面 可 行 的 测 试 计 划 。
５结 语
本 文 主 要 分 析 了智 能 卡 的 安 全 环 境 ．从 使 用 中 找 出测 试 对 策 。智 能 卡 Ｃ Ｓ的安 全 性 是 确 保智 能 卡安 全 Ｏ
以设计数据或性 能的边界来测试 Ｃ Ｓ的质量 有时边 Ｏ
类：
（ ） 储 器 卡 ： 内 集 成 电 路 是 可 电擦 除 的可 编 程 １存 卡 只 读 存 储 器 ，它 仅 具 数 据 存 储 功 能 ．没有 数 据 处 理 能
力：
（ ） 辑 加 密 卡 ： 内 集 成 电路 包 括 加 密 逻 辑 电路 ２逻 卡
和可编程只读存储器 ．加密逻辑 电路 可在一 定程度上
书 、可 行 性 分 析 报 告 、概 要设 计 文 档 、开 发 进 度 计 划
收稿 日期 ： ０ １ ３ ０ ２ １ —０ — １ 修 稿 日期 ：０ １ ０ — ０ ２１—３ ３
信用卡的大小） 的通称 ． 它是 Ｉ Ｃ卡 的一种 。 智能卡有多
种 分 类 方 法 ． 所 嵌 的芯 片 类 型 的不 同 ．Ｃ卡 可 分 为 三 按 Ｉ
２１ 智 能卡 概 述 ．
智 能 卡 ． 是 内嵌 有 微 芯 片 的 塑料 卡 （ 常 是 一 张 就 通
接 受 的一 种 定 义 为 ：为 了 发 现 程 序 中的 错 误 而 进 行 的 检 查 工 作 过 程 软 件测 试 可 以帮 助 开 发 中或 完 成 的计 算 机 软 件 的 正 确 度 、 全 度 和 质 量 的软 件 过 程 ， 软 件 完 是 质 量 保 证 的重 要 组 成 部 分 软 件测 试 的 目的 分 为 验 证 和 确 认 。验 证 就 是 保 证 软件 达 到 了 预 先 规 定 的 目标 确 认 是 一 系列 的 活 动 和 过程 ． 目的是 证 实 在 特 定 环 境 下 软 件 的 逻辑 正 确 性 。 确 认 分 为 静 态 确 认 和 动 态 确 认 软 件 测 试 的 内 容 不 仅 是 程 序 ，而 且 还 包 括 整 个 软 件 开 发 期 间各 阶段 所 产 生 的文 档 。例 如 需 求 规 格 说 明
保 护 卡 和 卡 中数 据 的安 全 ， 只 是 低 层次 防护 ； 但 （） 能 卡 ： 内集 成 电 路 包 括 中央 处 理 器 、 编 ３智 卡 可
程只读存储 器 、 随机存储器 和固化在只读存储 器 Ｒ Ｍ Ｏ
作 者 简介 ： 刘倩 （９ ６ ， ， 南 南 阳人 ， 士 研 究 生 ， 究 方 向 为 虚 拟 现 实、 １８ 一）女 河 硕 研 多媒 体 技 术
稳 定 性 、 用 性 、 空 效 率 等 。性 能 测 试 是 评 估 智 能 卡 易 时
Ｃ ＯＳ质 量 的 重 要 指 标 。 ｆ ） 界 测 试 ３边
用 边 界 数 据 来 对 智 能 卡 Ｃ Ｓ的 功 能 和 性 能 进 行 Ｏ 测 试 。例 如 手 机 智 能 卡 Ｃ Ｓ的 边 界 测试 ，测 试 人 员 可 Ｏ
素 ， 合 软 件 测 试 的基 础 知 识 ， 究 针 对 智 能 卡 ｃｏｓ安 全 的 详 细 测 试 内容 从 而 不 仅 对 智 结 研
．
‘
能卡 ｃｏｓ其他 方 面 的 测试 有 帮 助 ， 且 对其 他 软 件 的安 全 性 测 试 有 借 鉴 意 义 。 而 关 键 词 ： 能 卡 ； ｏｓ 智 ｃ ；安 全性 测试
试 ． 收 测 试 ， 归测 试 ： 验 回
●按 测 试 方 法 划 分 ： 白盒 测 试 、 盒 测 试 和 灰 盒 测 黑
试。
１ 软 件 测 试 概 述
１１ 软 件 测 试 ．
到 目前 为 止 ． 件 测 试 还 没 有 统 一 定 义 ， 在 普 遍 软 现
２ 智 能 卡 ＣＯＳ简 介