新一代智能卡操作系統(tǒng)NOP的分析與解讀

文章出處：http://xianjuhong.com 作者：東信和平智能卡股份有限公司   人氣： 發(fā)表時間：2011年09月29日

    一、NOP智能卡操作系統(tǒng)的開發(fā)動機

    1、智能卡軟件發(fā)展的三個階段： 

    說明：

    （1）安全性是智能卡軟件的核心問題。

    （2）智能卡軟件是向后兼容的，第三階段也包括第一、二階段的功能。

    （3）應(yīng)用程序我國企業(yè)已經(jīng)完全掌握了，具有國際競爭性。

    （4）開放平臺由于版權(quán)和技術(shù)的問題，在我國尚未推廣，雖然在國外已經(jīng)普及，但并沒有嚴(yán)重影響國內(nèi)市場。

    （5）智能卡行業(yè)現(xiàn)在正處在一個全面的產(chǎn)業(yè)升級階段。

    2、智能卡操作系統(tǒng)的機遇與挑戰(zhàn)：

    （1）經(jīng)過十多年的技術(shù)積累，我國智能卡企業(yè)已經(jīng)基本具備了參與第三次產(chǎn)業(yè)升級的能力。

    （2）在進行第三次產(chǎn)業(yè)升級的同時解決第二階段中遺留的問題。

    （3）國外企業(yè)為了重新拉開與我國企業(yè)的差距，最近幾年加大了對新一代智能卡操作系統(tǒng)的研發(fā)力度。

    （4）新一代智能卡操作系統(tǒng)的復(fù)雜性大大提高，特別是開放、并發(fā)的系統(tǒng)安全性。

    二、 NOP智能卡操作系統(tǒng)的歷史

    1.何為NOP？NOP=National/New Open Platform

    2.NO智能卡操作系統(tǒng)發(fā)展的三個階段： 

    NOP第一期：理論、工具、和方法研發(fā)。

    （1）理論基礎(chǔ)：密碼學(xué)、信息安全等
    （2）需求開發(fā)：挖掘需求，規(guī)范需求，管理需求
    （3）分析設(shè)計：結(jié)構(gòu)化方法，形式化方法，半形式化方法
    （4）在線調(diào)試：模擬級，仿真級，目標(biāo)板
    （5）在線分析：跟蹤、性能、覆蓋率、內(nèi)存分析等
    （6）多處理器：硬件和虛擬機混合在線調(diào)試與分析

    以上六個階段為新一代智能卡集成開發(fā)所需要的環(huán)境。

    NOP第二期：核心技術(shù)、和新技術(shù)研發(fā)。

    （1）開放技術(shù)：硬件的防火墻，微瀏覽器，解釋器，虛擬機等
    （2）通信技術(shù)：USB，MMC，SWP,HTTP(S),TCP/IP，ISO14443等
    （3）并發(fā)處理：多通道等因素造成并發(fā)性，因此需要同時處理
    （4）圖形界面：傳統(tǒng)的為APDU命令行方式，現(xiàn)需要圖形化界面
    （5）其它技術(shù)：斷電保護，補丁，安全文件系統(tǒng)，卡片管理等

    以上技術(shù)可以組合成多種產(chǎn)品。

    三、NOP智能卡操作系統(tǒng)的特點：

    特點1：基于棧和寄存器的面向?qū)ο蟮奶摂M機

    用戶可以通過高級編程語言開發(fā)應(yīng)用程序，通過虛擬機執(zhí)行。虛擬機為基于棧和寄存器的面向?qū)ο蟮慕鉀Q方案，它比其它虛擬機的時空效率高出大約20-25%。

    特點2：多個高速對外通道

    除了傳統(tǒng)的ISO7816、ISO14443等通道，還有更多種類的接口，如SWP和高速通道，如MMC，IC_USB(2.0)等。

    不同種類通道的軟件通訊接口采用統(tǒng)一的Socket方式，它不但可以作為輸入輸出的，也可作為網(wǎng)絡(luò)編程、任務(wù)間通訊的統(tǒng)一形式的API接口。SOCKET方式不僅功能完善、而且也為普通的軟件開發(fā)人員所熟悉。

    特點3：并發(fā)處理

    由于智能卡的特殊性，針對不同的系統(tǒng)部件采用不同的并發(fā)處理模式。例如在通訊模塊采用協(xié)作方式，因為通訊程序?qū)r間的準(zhǔn)確性要求比較高；在用戶程序?qū)用娌捎幂喕胤绞?，因為每個應(yīng)用程序往往需要平等的執(zhí)行機會；在系統(tǒng)內(nèi)核和系統(tǒng)服務(wù)層面則采用搶先多任務(wù)方式，這樣，系統(tǒng)程序?qū)⒂懈叩膬?yōu)先級別，以便更好地管理整個系統(tǒng)和為應(yīng)用程序提供服務(wù)。

    特點4：網(wǎng)絡(luò)編程

    卡內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，應(yīng)用程序通過Socket編程接口進行網(wǎng)絡(luò)編程。Socket接口不僅作為網(wǎng)絡(luò)編程接口，而且作為點對點通訊和文件系統(tǒng)訪問和任務(wù)間通訊的統(tǒng)一接口。網(wǎng)絡(luò)編程不僅可以實現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點間的數(shù)據(jù)交換，而且通過一定的協(xié)議，還可以實現(xiàn)例如遠(yuǎn)程方法調(diào)用等功能，這樣，可以更好地支持分布式系統(tǒng)。

    特點5：圖形化的人機界面

    傳統(tǒng)的智能卡只能通過類似于命令行的方式（如APDU)與外界交互。隨著行業(yè)的發(fā)展，和用戶要求的提高，一個友好的圖形化用戶界面對智能卡程序而言變得越來越重要。NOP為智能卡程序員提供很方便的開發(fā)圖形化界面的程序（類似與VC++的編程方法）。

    特點6：主動運行程序

    傳統(tǒng)的智能卡只能以slave的身份被動地為master提供service，而無法以client的身份主動地要求slave提供service。這種限制來自于通訊協(xié)議和智能卡程序模式等多各方面。顯然，這種模式大大限制了智能卡程序的發(fā)展。而理想的模式應(yīng)該是既支持被動方式，也支持主動方式，既對等模式（Peer to Peer）。NOP支持智能卡主動地運行程序。

    特點7：集成開發(fā)環(huán)境

    首先，NOP采用面向?qū)ο蟮母呒壵Z言（如C++等）開發(fā)應(yīng)用程序；

    其次，NOP為用戶提供集成化的開發(fā)環(huán)境（包括需求開發(fā)、分析、設(shè)計、編程、測試等，還包括例子代碼、文檔等）；

    最后，NOP為應(yīng)用提供多種框架代碼，這不但方便了應(yīng)用開發(fā)，提高了應(yīng)用程序的質(zhì)量，而且也增強了整個系統(tǒng)的安全型。

    特點8：安全文件系統(tǒng)

    采用內(nèi)置文件系統(tǒng)作為可配置多應(yīng)用的解決方案，為第三方的應(yīng)用程序提供安全文件系統(tǒng)的支持，并為系統(tǒng)的內(nèi)部管理提供服務(wù)。

    特點9：管理

    以文件系統(tǒng)作為存儲機制，以文件系統(tǒng)的操作作為管理接口，對卡片、程序進行統(tǒng)一的管理，分別包括：卡片平臺管理、應(yīng)用程序管理、應(yīng)用程序安裝與卸載管理、應(yīng)用程序運行管理。

    特點10：安全

    設(shè)計時，采用形式化與半形式化的方式進行設(shè)計和證明。

    采用多種安全機制，如系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序、應(yīng)用程序之間的防火墻機制，設(shè)置用戶訪問權(quán)限，運行中檢測訪問者的身份與權(quán)限等。

    進行安全分析和測試。準(zhǔn)備安全認(rèn)證，如CC認(rèn)證。

    四、NOP智能卡操作系統(tǒng)應(yīng)用程序集成開發(fā)環(huán)境 

    五、 NOP智能卡操作系統(tǒng)的安全性

    1.簡單化，在不影響功能和性能的前提下，采用簡單明了的軟件體系結(jié)構(gòu)。

    2.系統(tǒng)化，全面地設(shè)計、開發(fā)、測試整個系統(tǒng)的安全性。

    3.標(biāo)準(zhǔn)化，采用符合國際標(biāo)準(zhǔn)的方法，如CC，開發(fā)與認(rèn)證系統(tǒng)安全。

    4.此外，其它的安全措施。如通過軟、硬件相結(jié)合，提高系統(tǒng)的防攻擊性；如采用多種保護措施（再AES加密等）例如DES加密后。