cpu卡学习资料docxWord文件下载.docx

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这不单单是密码对密码的认证，是方法认证方法，就象早期在军队中使用的密码电报，发送方将报文按一定的方法加密成密文发送出去，然后接收方收到后又按一定的方法将密文解密。

通过这种认证方式，线路上就没有了攻击点，同时卡也可以验证应用的合法性；

但是因为系统方用于认证的密钥及算法是在应用程序中，还是不能去除系统商的攻击性。

在此，我们引进了SAM卡的概念。

SAM卡是一种具有特殊性能的CPU卡，用于存放密钥和加密算法，可完成交易中的相互认证、密码验证和加密、解密运算，一般用作身份标志。

由于SAM卡的出现，我们有了一种更完整的系统解决方案。

在发卡时，我们将主密钥存入SAM卡中，然后由SAM卡中的主密钥，对用户卡的特征字节（如：

应用序列号）加密生成子密钥，将子密钥注入用户卡中。

由于应用序列号的唯一性，使每张用户卡内的子密钥都不同。

密钥一旦注入卡中，则不会在卡外出现。

在使用时，由SAM卡的主密钥生成子密钥存放在RAM区中，用于加密、解密数据。

上述的认证过程就成为如下形式：

SAM卡系统卡

SAM卡生成子密钥对随机数加密

解密Y,得结果Z

SAM卡解密Y,得结果Z

这样在应用程序中的密钥，就转移到了SAM卡中，认证成为卡——卡的认证，系统商不再存在责任。

三、线路保护

卡与外界进行数据传输时，若以明文方式传输，数据易被载获和分析。

同时，也可以对传输的数据进行窜改，要解决这个问题，CPU卡提供了线路保护功能。

线路保护分为两种，一是将传输的数据进行DES加密，以密文形式传输，以防止截获分析。

二是对传输的数据附加MAC（安全报文鉴别码），接收方收到后首先进行校验，校验正确后才予以接收，以保证数据的真实性与完整性。

四、硬件结构图

EEPROM用于存放用户数据;

ROM中用于存放COS操作系统，而RAM区中用于存放COS运行时的中间变量。

COS（chipoperationsystem）,就是芯片操作系统，类似于DOS和WINDWOS,没有COS的CPU卡就象没有DOS和WINDOWS的PC机一样无法使用。

COS是在芯片出厂时由芯片供应商固化到ROM区的，这个过程就称之为掩膜。

COS是CPU卡的核心部分，它和硬件一起实现CPU卡的安全性。

第二部分SmartCOS简介

SmartCOS是由明华公司自主开发的芯片操作系统，于1999年6月通过了人行认证。

COS主要分为四部分：

一、SMARTCOS的文件系统

CPU卡是以文件方式来管理SmartCOS支持如下文件系统。

仁文件可分为MF文件、DF文件、EF文件

MF：

主控文件，是整个文件系统的根，是唯一的，相当于根目录；

DF：

专用文件，相当于子目录，可用于存储某个应用的所有文件，DF下不可再建立DF。

一个DF可以是一个应用，也可以多个DF用于同一个应用。

EF：

基本文件，用于存储各种应用数据和管理信息。

2、EF从存储内容上分为两种：

安全基本文件：

用于存放密钥，每个目录下只能建立一个安全基本文件，密钥文件不能通过文件选择来选取，密钥内容不可以读出，但在满足条件时可使用和修改。

工作基本文件:

用于存放应用的实际数据，个数及大小只受空间限制。

在满足条件时可读写。

3、基本文件结构

基本文件的结构可分为以下四种：

二进制文件：

数据以字节为单位进行读写，每次读写的长度不能超过110字节；

可用于存储无序的数据。

线性定长记录文件：

每条记录为固定长度，可以通过记录号访问记录，记录范围不超过254；

每条记录的长度不超过110字节，密钥文件就是线性定长记录文件，其每条记录长度固定

为25外字节。

可用于存放有规律定长的数据。

线性变长记录文件：

每条记录的长度可以各不相同，但最大长度不能超过110

字节，可以通过记录号来访问。

循环定长记录文件结构：

相当于一个环形记录队列，按照先进先出的原则存储，最新写入的记录号为1,上一次写入的记录号为2,以此类推，记录写满后自动覆盖最早的记录。

4、文件结构图

在MF下可建立EF和DF：

在DF下不可再建立DF,只能建立EF；

KEY文件：

用于控制MF下的文件的创建及读写

数据文件

密钥文件：

用于控制DF下的文件的创建及访问

数据文件（如钱包文件等）

5、文件空间的计算

MF的头文件长度为10个字节+文件名长度（5-16个字节）

DF的头文件长度为10个字节+文件名长度

EF文件所占空间：

定义记录和循环记录文件的空间=文件头空间（10字节）+记录数*记录长度

变长记录结构文件的空间=文件头空间（10个字节）+建立时申请的空间密钥文件所占空间=文件头空间（10个字节）+密钥个数*25个字节钱包文件的空间=文件头（10个字节）+文件体（17个字节）存折文件的空间=文件头（10个字节）+文件体（20个字节）建立了文件系统，那么怎样才能保证文件的安全，下面讲述安全系统。

二、SMARTCOS的安全系统

1、状态机即安全状态：

是指卡在当前所处的一种安全级别，具有（0-F）16种安全状态。

复位后自动设为0,当前应用的安全状态在被成功地选择或复位后自动清0o安全状态的改变必须通过密钥的认证来实现。

**只有当前目录下的PIN核对和外部认证才能改变安全状态。

2、安全属性即访问权限

访问权限是在建立文件的时候指定的。

它是一个区间的概念，例如，描述一个文件的读权限为XY,则表示当前应用的状态机（安全状态）M必须满足乂=<

M=〈Y。

如读权限设为2F,就表示当前的状态机（安全状态）达到2及以上就可以读这个文件。

3、密钥与安全状态的关系

每个密钥在建立的时候都定义了后续状态，即通过密钥认证后能达到的安全状态，在各种密钥中，只有PIN认证和外部认证才能改变当前目录的安全状态。

4、安全状态与访问权限的关系

（安全状态）

使用权限——密钥的使用后续状态文件读写取限

5、安全状态只在当前目录下有效，一旦选择别的应用，状态机自动跳到最低权限0。

各个目录之间的安全都是独立的。

四、复位应答

符号字节内容內容解释

TS3B正向约定

TO6CTB1和TC1存在，历史字符为12个

TB100无需额外的编程电压

TC102需2个额外的保护时间

T1-TCXX历史字符

SMARTCOS历史字符的特定意义：

T1XXSMARTCOS的版本号

T2XX卡状态字节

T386明华公司IC卡制造机构标识号

T438

T5-TCXX卡唯一序号

卡状态字节描述如下：

B7B6B5B4B3B2B1B0状态

011XXXXXX001XXXXXXXXXXXX该卡已初始化，并成功该卡未被初始化该卡初始化

过程被锁

000000XX该卡未个人化

0010XXXX该卡个人化未结束

0110XXXX该卡个人化成功

0001XXXX该卡个人化没有成功，卡被锁

0111XXXX该卡个人化成功，卡被锁

卡片状态字节中有关于初始化、个人化的概念，我们从卡片的生命周期来看这两个概念，卡

片的生命周期一般包括如下几部分：

芯片芯片生产商

掩膜cos芯片生产商

封装成卡片卡片生产商

卡片的初始化（COS启用）卡片生产商

传输密码保护

卡片的个人化卡片发行商

卡片的使用卡片的使用者卡片的回收卡片发行商

初始化过程就是激活cos,定义cos版本，经过这个过程cos才可以使用。

个人化过程是指建立文件，写入用户数据等操作。

卡片生产商在进行初始化后交付卡片发行商使用时，有传输密码保护。

IC卡必须支持T=0或T=1的协议，但不是同时支持这两种协议，而终端则必须同时支持

T=0和T=1的协议。

T=0通讯协议是异步半双工字符传输协议；

T=1通讯协议是异步半双工块传输协议；

在ISO7816-3标准中，具体规定了这两种协议；

IC卡所用的协议在TD1中指定，如果在复位应答信息中没有TD1,则表示用T=0的协议进行通讯。

在复位应答后，IC卡和终端之间即用IC卡指定的协议进行通讯。

五、指令解析

在此，我们以一个电子钱包的应用为例，讲解SmartCOS的指令。

仁文件结构：

在人行规范中定义了如下文件结构：

1）电子存折ED/电子钱包EP应用的公共应用基本数据文件

文件结构：

文件标识（SFI）'

21'

（十进制）

文件类型透明

文件大小30

文件存取控制读=自由改写=需要安全信息

字节数据元长度

I-8发卡方标识8

9应用类型标识1

10应用版本1

II-20应用序列号10

21-24应用启用日期4

25-28应用有效日期4

29-30发卡方自定义FCI数据2

2）电子存折ED/电子钱包EP应用的持卡者基本数据文件文件标识（SFI）'

22'

文件大小39

1卡类型标识1

2本行职工标识1

3-22持卡人姓名20

23-38持卡人证件号码16

39持卡人证件类型1

3）电子存折ED交易明细文件

24'

文件类型循环

文件存取控制读=戸11\1保护

改写=不允许

记录大小23

I-2ED或EP联机或脱机交易序号2

3-5透支限额3

6-9交易金额4

10交易类型标识1

II-16终端机编号6

17-20交易日期（终端）4

21-23交易时间（终端）3

2、安全设计如下：

1）核对口令后可以进行外部认证；

2）01号外部认证密钥用于控制电子钱包的圈存；

3）02号外部认证密钥用于控制基本文件的修改、密钥的修改;

4）核对口令后可以进行消费。

KEY文件安装如下密钥：

KEY类型标识KID使用权限后续状态该KEY作用描述

0B010F1个人密码PIN,用于个人密码校验

0801112外部认证密钥，用于电子钱包圈存

08021FF外部认证密钥，用于基本文件的修改、密钥的修改

010122无圈存密钥，用于产生圈存MAC

000201无电子钱包消费密钥，用于产生钱包消费MAC

020103无TAC密钥，用于产生圈存、消费、取现、修改透支限额的TAC

050133无应用维护密钥，用于产生应用锁定、应用解锁、卡片锁定、卡片锁定和读、更新二进制、记录命令的MAC

3、指令序列：

1）发卡过程，在卡上建立文件及安装密钥

[CreateMF]APDU命令：

80（CLA）eO（INS）00（P1）00（P2）18（Lc）ffffffffffffffff（8字节传输代码）ff（在MF下建立文件的安全属性）01（目录文件的短文件标识符）315041592e5359532e4444463031（创建的文件名称）

[CreateDF]APDU命令：

80（CLA）EO（INS）01（P1）00（P2）OD（Lc信息长度）2F01（文件标识符）ff（建立文件权限）00（COS保留）A00000000386980701

（ADF名称）

建立DF下密钥文件[CreateFile]APDU命令：

80（CLA）EO（INS）02（P1）00（P2）

07（文件信息长度）6F02（密钥文件标识）05（文件类型）FF（增加新密钥的权限）00（COS保留）09（记录数）19（记录长度）：

安装个人密码PIN[WriteKey]APDU命令：

80（CLA）E8（INS）00（P1）00（P2）0A

（密钥信息长度）01（密钥标识符）01（密钥版本号）00（算法标识）0B（密钥类型）0F（使用权限）01（后续状态）2F（修改权限）33（错误计数器）1234（个人密码）

安装外部认证密钥（DEAK）[WriteKey]APDU命令:

80（CLA）E8（INS）00（P1）00（P2）18（密钥信息长度）01（密钥标识符）01（密钥版本号）00（算法标识）08

（密钥类型）11（使用权限）02（后续状态）FF（修改权限）33（错误计数器）XXXX

XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（密钥内容）

80（CLA）E8（INS）00（P1）00（P2）18（密钥信息长度）02（密钥标识符）01（密钥版本号）00（算法标识）08

（密钥类型）1F（使用权限）0F（后续状态）FF（修改权限）33（错误计数器）XXXX

o安装电子钱包EP的消费密钥DPK。

[WriteKey]APDU命令：

80（CLA）E8（INS）00

（P1）00（P2）18（密钥信息长度）02（密钥标识符）01（密钥版本号）00（算法标识）00（密钥类型）01（使用权限）00（后续状态）FF（修改权限）00（错误计

数器）XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（密钥内容）

安装电子钱包的圈存密钥DLK[WriteKey]APDU命令：

80（CLA）E8（INS）00（P1）

00（P2）18（密钥信息长度）01（密钥标识符）01（密钥版本号）00（算法标识）01（密钥类型）22（使用权限）00（后续状态）FF（修改权限）00（错误计数器）XXXX

。

安装消费/取现中用来生成TAC的密钥DTK[WriteKey]APDU命令：

80（CLA）E8（INS）

00（P1）00（P2）18（密钥信息长度）01（密钥标识符）01（密钥版本号）00（算法标识）07（密钥类型）0F（使用权限）00（后续状态）FF（修改权限）00（错误计数器）XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX（密钥内容）

安装应用维护密钥DAMK[WriteKey]APDU命令：

80（CLA）E8（INS）00（P1）00（P2）18（密钥信息长度）01（密钥标识符）01（密钥版本号）00（算法标识）05（密钥类型）0F（使用权限）00（后续状态）FF（修改权限）00（错误计数器）XXXX

建立公共应用基本文件[CreateFile]APDU命令:

80（CLA）EO（INS）02（P1）00（P2）

07（Lc信息长度）0015（文件标识符）00（二进制文件类型）OF（读权限）FF（更新权限）001e（文件长度）

建立持卡者基本数据文件[CreateFile]APDU命令：

80（CLA）E0（INS）02（P1）00

（P2）07（文件信息长度）0016（文件标识符）00（二进制文件类型）OF（读权限）FF（更新权限）0027（文件长度）

建立交易明细文件[CreateFile]APDU命令：

80（CLA）E0（INS）02（P1）00（P2）

07（文件信息长度）0018（文件标识符）03（循环记录文件类型）1F（读权限）10（更新权限）0a17（文件长度）

写公共应用基本数据文件[UpdateBinary]APDU命令：

00（CLA）D6（INS）95（P1）00

（P2）1E（信息长度）A000000003000001（发卡方标识）03（应用类型标识）01（应用版本）00001998081500000001（应用序列号）20001001（应用启用日期）20021231（应用有效日期）5566（发卡方自定义FCI数据）

写卡持有者基本数据文件[UpdateBinary]APDU命令:

00（CLA）D6（INS）96（P1）00（P2）27（文件信息长度）00（卡类型标识）00（本行职工标识）53414d5000000000000000000000000000000000（持卡人姓名）31313031303837303033

313731383900（持卡人证件号码）00（持卡人证件类型）

建立电子钱包EP文件[CreateFile]APDU命令：

07（Lc）0001（文件标识符）06（文件类型）00（权限1）00（权限2）00（LEN1）00

（LEN2）

结束建立应用（DF）[CreateEnd]APDU命令：

80（CLA）E0（INS）01（P1）01（P2）

02（文件标识符长度）2F01（文件标识符）

结束建立MF[CreateEnd]APDU命令：

80（CLA）E0（INS）00（P1）01（P2）02

（文件标识符长度）3F00（文件标识符）

2）交易过程

在此，我们以圈存过程及消费过程为例：

A、圈存——将金额存入卡中

在圈存前必须先校对个人口令及01号外部认证；

选择应用[SelectFile]APDU命令：

00（CLA）A4（INS）00（P1）00（P2）02（长度）2F01（文件标识符）

校验PIN[Verify]APDU命令：

00（CLA）20（INS）00（P1）00（P2）02（长度）1234（PIN）

外部认证：

[

取随机数[GetChallenge]APDU命令：

00（CLA）84（INS）00（P1）00（P2）08

用01号外部认证密钥对随机数进行3DES加密；

外部认证[ExternalAuthentication]APDU命令：

00（CLA）82（INS）00（P1）01

（P2）08（长度）XXXXXXXXXXXXXXXX（加密后的随机数）

]

圈存：

初始化圈存[InitalizeForLoad]APDU命令：

80（CLA）50（INS）00（P1）02（P2）0B（长度）01（密钥标识符）00001000（交易金额）000000000001（终

端机编号）

如果初始化圈存成功，则应答数据域内容：

说明长度（字节）

电子存折或电子钱包旧余额4

电子存折或电子钱包联机交易序号2

密钥版本号1

算法标识1

伪随机数ICC4

MAC14

用圈存对应答内容（4字节伪随机数ICC+2字节电子存折或电子钱包联机交易序号+8000）

进行3DES加密生成过程密钥；

圈存[CreditForLoad]APDU命令：

80（CLA）52（INS）00（P1）00（P2）OB（LC）

YYYYMMDD（交易日期）HHMMSS（交易时间）XXXXXXXX（MAC2）

MAC2的计算：

初始值：

0000000000000000

密钥：

上面生成的过程密钥

生成MAC2的数据：

00001000（4字节交易金额）02（交易类型标识）000000000001

（6字节终端机编号）YYYYMMDD（交易日期）HHMMSS（交易时间）

如果圈存交易成功，电子钱包文件的联机交易序号加1,交易金额加在电子钱包的余额上,并且在交易明细文件中增加一条记录。

B、消费过程：

在消费之前先校验PIN：

00（CLA）20（INS）00（P1）00（P2）02（长度）12

34（PIN）

初始化消费[InitializeForPurchase]APDU命令:

80（CLA）50（INS）01（P1）02（P2）

OB（长度）01（消费密钥标识符）00000001（消费金额）000000000001（终端机编号）

如果初始化消费成功，则应答数据域内容：

透支限额3

消费[DebitForPurchase]APDU命令：

80（CLA）54（INS）01（P1）00（P2）OF（LC）

YYYYYYYY