智能卡“一卡通”在新技術(shù)趨勢下的多應(yīng)用

文章出處：http://www.xianjuhong.com 作者：未知 人氣： 發(fā)表時(shí)間：2008年05月01日

提起“一卡通”，人們可能想到銀行的“一卡通”，某大學(xué)的“校園一卡通”，或是市政交通“一卡通”。其實(shí)真正意義上的“一卡通”，應(yīng)充分參與到社會公共事業(yè)中來。有這樣一張卡，可以不帶駕照就上路駕車；可以不掛工作牌出入公司；甚至連身份證都不用帶，就可以像乘坐公交車一樣便利地搭乘飛機(jī)；學(xué)生帶著‘一卡通’去上學(xué)，在校門口的銀聯(lián)機(jī)上輕輕一刷，一條‘我安全到達(dá)學(xué)?！亩绦畔⒕蜁l(fā)到父母的手機(jī)上?！笨梢姡耙豢ㄍā睒I(yè)務(wù)具有十分巨大的想象空間。

傳統(tǒng)的文件型IC卡多是通過記錄“一卡通”所涉及到的所有應(yīng)用相關(guān)信息來實(shí)現(xiàn)“以卡多用”。mifare應(yīng)用目錄（MAD）方式是一卡通方案的傳統(tǒng)解決之道，它將不同的應(yīng)用以文件的形式有機(jī)組合在一起，只要把這些分別代表不同用途的文件通過讀寫器寫入同一張卡中，就可以實(shí)現(xiàn)一張卡片多種用途（即一卡通）。對于不同的用途（例如門禁、停車場管理）以及同一種用途在不同的地方使用（例如各業(yè)主的門禁考勤），采用不同的文件名進(jìn)行區(qū)分，例如：同是作為門禁，甲、乙、丙三個(gè)業(yè)主分別采用三個(gè)各不相同的文件名，公用地方的門禁則采用另外一個(gè)文件名。

用作不同用途或者同一用途但不同場所使用的讀寫設(shè)備上存放著對相應(yīng)應(yīng)用文件（代表相應(yīng)用途）的進(jìn)行訪問的主密鑰和權(quán)限密鑰，這些設(shè)備只能對相應(yīng)的應(yīng)用文件進(jìn)行訪問和處理（例如門禁記錄,食堂售飯扣款和交易記錄），不能對其它應(yīng)用文件進(jìn)行訪問和處理，即一臺非接觸式IC卡讀寫器只能完成卡片眾多應(yīng)用中的一個(gè)應(yīng)用。

在文件型IC卡的“一卡通”解決方案中，所有的卡片內(nèi)容相同，都記錄了卡片的全部用途，這些內(nèi)容在發(fā)卡時(shí)確定下來，發(fā)卡后不能進(jìn)行變更。

這種解決方案存在以下問題：

1、 成本問題：為每一種應(yīng)用服務(wù)發(fā)行一張卡片，不僅使持卡者感到使用起來不夠方便，也積累了對持卡者使用服務(wù)的成本。
2、 硬件選型及開發(fā)問題：傳統(tǒng)IC卡的應(yīng)用開發(fā)是在專有環(huán)境下封閉、繁瑣的過程。由于上述“一卡多用”的部分解決方案在硬件上，這就造成了對卡系統(tǒng)集成商在硬件選型上的約束。
3、 安全性問題：在一張傳統(tǒng)的文件型卡上存放多個(gè)應(yīng)用的相關(guān)信息，由于沒有特殊的機(jī)制保證其內(nèi)容不被其它應(yīng)用或其它應(yīng)用提供者的寫入動作所監(jiān)聽或篡改，具有一定的安全隱患。所以當(dāng)前的“一卡通” 都是支持同一應(yīng)用領(lǐng)域之內(nèi)的、基于相同安全策略的多種用途，而不能實(shí)現(xiàn)對跨行業(yè)多應(yīng)用的支持。
4、 定制化需求與服務(wù)升級問題：文件型卡由于不支持安裝機(jī)制，應(yīng)用在卡片發(fā)行時(shí)就固定下來，所有發(fā)行卡片的內(nèi)容都相同，在卡片使用的過程中，卡上的應(yīng)用服務(wù)不能做相應(yīng)的變更或升級，服務(wù)系統(tǒng)的升級將導(dǎo)致卡片的廢棄。持卡人在卡片使用的過程中不能根據(jù)自己的需求定制服務(wù)。

傳統(tǒng)智能卡應(yīng)用最廣泛的模式是在一個(gè)封閉的方案中為客戶提供單一功能的應(yīng)用，這很大地限制了客戶可獲得服務(wù)的多樣性和潛在的增值服務(wù)空間；單一功能應(yīng)用的局限性成為在同一張卡上提供多功能應(yīng)用聯(lián)盟的驅(qū)動力。JavaCard技術(shù)和全球平臺標(biāo)準(zhǔn)應(yīng)運(yùn)而生。

隨著新技術(shù)的發(fā)展，未來“一卡通”的解決方案是：基于一個(gè)開放的多應(yīng)用智能卡操作系統(tǒng)整合多種應(yīng)用服務(wù)。其中多應(yīng)用智能卡操作系統(tǒng)是解決方案的基石，它由符合JavaCard標(biāo)準(zhǔn)的底層運(yùn)行時(shí)環(huán)境和上層符合GlobalPlatform規(guī)范的多應(yīng)用卡平臺組成?；谶@樣的多應(yīng)用智能卡操作系統(tǒng)的上層應(yīng)用開發(fā)是獨(dú)立的、開放的、可移植和易于操作的。本篇將著重介紹基于Java Card技術(shù)的多應(yīng)用智能卡COS解決方案。

JavaCard是加利福尼亞州的Integrity Arts公司開發(fā)的，后被Sun公司收購。JavaCard的誕生使虛擬機(jī)技術(shù)得以應(yīng)用到IC卡中。從而打破了傳統(tǒng)IC卡封閉開發(fā)模式，使卡上系統(tǒng)具有可移植特征，卡上應(yīng)用可以“write once, run anywhere”。Java Card技術(shù)因提供應(yīng)用防火墻和應(yīng)用安裝機(jī)制等，從安全上解決了一卡多用和復(fù)用的問題。

GlobalPlatform是一個(gè)致力于制定智能卡基礎(chǔ)設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范的組織，它成立于1999年，其目標(biāo)是“制訂、維護(hù)并推動標(biāo)準(zhǔn)，以構(gòu)建一個(gè)開放、互通的智能卡、設(shè)備及系統(tǒng)的基礎(chǔ)架構(gòu)，從而簡化并加速行業(yè)間智能卡應(yīng)用的開發(fā)、推廣和管理”。GlobalPlatform規(guī)范定義了一套完整的端到端的智能卡應(yīng)用技術(shù)體系。它包括對卡、對卡讀寫設(shè)備、對卡應(yīng)用系統(tǒng)的定義。

圖1 多應(yīng)用智能卡操作系統(tǒng)

1. 一個(gè)安全的運(yùn)行時(shí)環(huán)境

這個(gè)運(yùn)行時(shí)環(huán)境包含了硬件無關(guān)的應(yīng)用編程接口，以便支持卡內(nèi)應(yīng)用開發(fā)的可移植性，GP規(guī)范并沒有指定某個(gè)特定的運(yùn)行時(shí)環(huán)境，我們采用Java Card運(yùn)行時(shí)環(huán)境，這包括以下內(nèi)容：

虛擬機(jī)（Virtual Machine）：JCVM是“Java卡虛擬機(jī)”的簡稱，它負(fù)責(zé)Java字節(jié)碼的解析和執(zhí)行，一些安全管理工作也是JCVM來做的。JCVM是java虛擬機(jī)的一個(gè)子集，是精簡了的Java虛擬機(jī)，主要是為了滿足IC卡這樣的硬件環(huán)境。
運(yùn)行環(huán)境（Runtime Environment）：JCRE是“Java卡運(yùn)行時(shí)環(huán)境”的簡稱，它是系統(tǒng)的核心部分，Java卡標(biāo)準(zhǔn)中所描述的所有邏輯都是在JCRE中體現(xiàn)出來的。安裝器是JCRE中的重要組成部分，應(yīng)用的下載、安裝、移除都是通過卡上的應(yīng)用安裝器來進(jìn)行的。
核心應(yīng)用接口The core APIs (the 'framework')：JC API是“Java卡應(yīng)用編程接口”的簡稱，在Java卡標(biāo)準(zhǔn)中定義了一系列可供卡上應(yīng)用使用的公共接口，這樣就保證了卡上應(yīng)用的可移植性，為了保證卡上應(yīng)用的正常運(yùn)行就需要對這些API進(jìn)行實(shí)現(xiàn)。

2. 在卡中扮演集中式管理員的角色的Card Manager

圖2 GP卡結(jié)構(gòu)

CM（card manager）是GP卡里的重要組件，它在GP卡里扮演了集中式管理員的角色，其主要職責(zé)是在卡上執(zhí)行卡發(fā)行者的職責(zé)?？偟膩碚f，CM應(yīng)該由以下三部分構(gòu)成：

GlogalPlatform的運(yùn)行時(shí)環(huán)境 （OPEN）：GlobalPlatform環(huán)境（以下簡稱OPEN）的主要職責(zé)是為應(yīng)用提供API，這些API的功能包括執(zhí)行命令的分發(fā)，完成應(yīng)用的選擇，邏輯通道的管理（可選功能）和卡內(nèi)容的管理。如果運(yùn)行時(shí)環(huán)境沒有提供這些功能，或在某種程度上以不符合GP規(guī)范的方式提供了這些功能，這時(shí)就需要OPEN來實(shí)現(xiàn)這些功能。
發(fā)行者安全域 （ISD）：卡發(fā)行者安全域在卡上以卡發(fā)行者的身份存在，它的主要職責(zé)是在卡上執(zhí)行卡發(fā)行者的職責(zé)。有對發(fā)行者或其應(yīng)用提供者提供的應(yīng)用進(jìn)行裝載、安裝、刪除的功能。
對卡持有者的校驗(yàn)方法 （CVM）：提供一些對持卡人進(jìn)行校驗(yàn)的服務(wù)。CVM為提供一種可能卡上所有應(yīng)用都要使用的校驗(yàn)持卡人的機(jī)制。本規(guī)范里給出了一個(gè)通過全局PIN來校驗(yàn)持卡人的方式。

3. 應(yīng)用提供者安全域（SD）

應(yīng)用提供者安全域（SD）是一種特殊的應(yīng)用程序，它的主要責(zé)任是管理密鑰和提供這些密鑰相關(guān)的加密操作，這些密鑰獨(dú)立于發(fā)行者安全域（ISD），不受其控制。通過創(chuàng)建應(yīng)用提供者安全域來保證密鑰和卡發(fā)行者以及多應(yīng)用提供者之間的完全分離。

4. GP API實(shí)現(xiàn)

GP API是“GP應(yīng)用編程接口”的簡稱。它用于給GP卡上的應(yīng)用提供一些服務(wù)。它是GP卡上應(yīng)用能夠正常運(yùn)行的保證。

在多應(yīng)用智能卡上實(shí)現(xiàn)“一卡通”是一件水到渠成的事情，不僅有效解決了傳統(tǒng)的文件型卡不能支持跨行業(yè)多應(yīng)用的問題，而且通過支持發(fā)卡后應(yīng)用下載真正使“一卡通”具有可擴(kuò)展和定制化的應(yīng)用特征。今天，多應(yīng)用智能卡正在世界越來越多的國家得以推廣應(yīng)用。隨著金融EMV遷移計(jì)劃（金融磁卡向IC卡過渡）的全球推廣和移動通信3G的到來，多應(yīng)用智能卡的需求在未來幾年中將呈井噴之勢。此外，這種新技術(shù)在社保、交通、電子政務(wù)等領(lǐng)域也有廣泛的應(yīng)用前景。多應(yīng)用卡替代單一應(yīng)用卡已成為智能卡發(fā)展的必然趨勢，全球Java Card的出卡量已經(jīng)達(dá)到14.5億片。

與國際趨勢相同，在中國，IC卡未來幾年的主要市場集中在金融，移動通信領(lǐng)域，并且IC卡應(yīng)用融合（即一卡多用）的需求非常突出，這體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：

1. 2006年起生效的風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移政策將使EMV遷移更具緊迫性；2008年北京奧運(yùn)會、2010年上海世博會對具有金融支付功能的、附加了多種便利性增值服務(wù)的IC卡有大量需求；
2. 未來的3G卡片平臺，必須能夠應(yīng)付各種智能要求，包括遵循EMV規(guī)范的金融應(yīng)用、卡片漫游及無線通信、數(shù)字簽名、保存電子版權(quán)證書以及忠誠積分、公共交通的支付等應(yīng)用，這將大大提高對手機(jī)SIM卡的智能要求；
3. 在智能卡領(lǐng)域，銀行卡、電信卡、交通卡等各類卡片功能的相互交叉和融合正成為智能卡發(fā)展的一大趨勢。而最突出的，莫過于銀行卡與其他各行業(yè)卡的綁定及合作應(yīng)用。移動支付和社?？ㄅc銀行卡綁定項(xiàng)目是最主要的體現(xiàn)；

基于多應(yīng)用智能卡技術(shù)，我們可以設(shè)想未來的“一卡通”系統(tǒng)是基于開放網(wǎng)絡(luò)的、支持多終端的、開放的多應(yīng)用智能卡服務(wù)體系。通過這樣的“一卡通”系統(tǒng)所搭建起來的平臺，發(fā)卡商可以在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下進(jìn)行發(fā)卡、注銷、掛失等卡生命周期管理；服務(wù)供應(yīng)商可直接將待下載的智能卡應(yīng)用服務(wù)放在網(wǎng)絡(luò)的應(yīng)用服務(wù)器上；持卡用戶通過網(wǎng)絡(luò)直接向服務(wù)供應(yīng)商請求服務(wù)下載，并通過連接在互聯(lián)網(wǎng)上的終端將服務(wù)下載到智能卡上；注冊認(rèn)證中心負(fù)責(zé)對服務(wù)提供商、發(fā)卡商、卡應(yīng)用和卡進(jìn)行認(rèn)證并頒發(fā)數(shù)字證書，確保網(wǎng)上行為的合法性。