PBOC2．0新型金融IC卡讀卡器的設計與開發(fā)
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1．1 MCU與IC卡座接口設計
MCU與IC卡卡座的接口電路如圖2所示。IC卡座的V_IC與電源模塊的輸入引腳相連，IC_CLK與MCU的高頻晶振(XT2IN)相連，為IC卡工作提供穩(wěn)定的時鐘源。IC卡數(shù)據(jù)的輸入／輸出通過IC_IO與MCU的I／O口進行連接，MCU通過I／O口控制與IC卡的數(shù)據(jù)交互，并通過IC_DET檢測IC卡的插入和拔出，通過Reset引腳對IC卡進行復位。
1．2 MCU與USB接口設計
USB接口與MCU的接口電路如圖3所示。
USB接口的電源通過二極管D1接到MCU的電源供電部分，為MCU的正常工作提供電源。USB的Data+、Data-引腳分別接MCU的DP、DM引腳，MCU上的PUR引腳與DP引腳間接一個1．4 kΩ上拉電阻，完成MCU的兩個引腳DP和DM差分信號的輸入。
2 軟件設計與開發(fā)
讀卡器內部軟件主要由3部分組成，分別為ISO7816協(xié)議的實現(xiàn)、USB接口協(xié)議HID的實現(xiàn)、金融交易在讀卡器內部的實現(xiàn)。ISO7816協(xié)議的實現(xiàn)主要參考ISO7816規(guī)范，詳細的實現(xiàn)過程這里不再詳細敘述。由于MSP430F5510自帶全速USB2．0(12Mbps)，可參照HID協(xié)議完成底層固件HID協(xié)議的開發(fā)。下面詳細敘述金融交易在讀卡器內部的實現(xiàn)。
為使得軟件開發(fā)具有條理性，考慮將金融交易部劃分為以下4個模塊：指令功能模塊、安全認證模塊、協(xié)助功能模塊、獨立交易功能模塊。各模塊之間可以相互輔助，實現(xiàn)金融交易的功能。
2．1 指令功能模塊
這個模塊也可以稱為基礎功能模塊，設計此模塊能解決從PBOC2．0規(guī)范中抽象出各金融IC卡指令的問題。在模塊內部實現(xiàn)PBOC2．0規(guī)范中所述的交易指令：選擇、讀記錄、取數(shù)據(jù)對象、應用初始化、應用鎖定、應用解鎖、外部認證、生成應用密文、內部認證、PIN修改／解鎖、設置數(shù)據(jù)、修改記錄、驗證。
這些指令的實現(xiàn)能方便具體交易的調用，使得其他模塊不再具體考慮指令調用的細節(jié)。
2．2 安全認證模塊
此模塊的設計可解決交易過程中涉及到的安全認證，單片機內部可以實現(xiàn)RSA算法、3DES算法、哈希算法SHA-1。針對完成PBOC2．0規(guī)范中的脫機數(shù)據(jù)認證，軟實現(xiàn)各種安全認證算法能很好地節(jié)省硬件成本，使得開發(fā)具有相對的獨立性。
2．3 協(xié)助功能模塊
協(xié)助功能模塊可作為工具模塊，為其他模塊提供服務。在模塊內部實現(xiàn)對IC卡指令返回的數(shù)據(jù)的解析、PDOL(處理選項數(shù)據(jù)對象列表)、DDOL(動態(tài)數(shù)據(jù)認證數(shù)據(jù)對象列表)、CDOL(卡片風險管理數(shù)據(jù)對象列表)等數(shù)據(jù)對象的組包。
IC卡指令返回的數(shù)據(jù)實質上就是一個有格式的長字符串，這個字符串數(shù)據(jù)都有相應的模板格式，但不同的指令返回的數(shù)據(jù)模板不同。而且模板中包含的TLV(Tag、Length、Value)數(shù)據(jù)結構也各不相同，模板中還可能再包含模板。對于模板中有單一TLV數(shù)據(jù)結構不帶模塊結構的數(shù)據(jù)，可以通過先解析Tag，接著解析長度，再解析數(shù)據(jù)內容的方式，取得某個Tag對應的Value值。即便是一個字符串由多個TLV結構的數(shù)據(jù)對象組成，這種方法也可以完成對TLV結構的解析以及對單個Tag對應值的確定。
但是對于有多個模塊結構的數(shù)據(jù)對象進行解析時，就需要先解析模板，確定該TLV的數(shù)據(jù)對象在哪個模板中，然后從長數(shù)據(jù)串中截取出這個模板對應的數(shù)據(jù)，然后再在這個模板中進行TLV數(shù)據(jù)的解析。
具體在設計中，采用如上所述的分析方法實現(xiàn)兩種不同的TLV解析功能，一種可以直接解析只有TLV結構字符串的函數(shù)；另外一種則可以針對有多個模板的字符串進行解析。
2．4 獨立交易功能模塊
在上面三個功能模塊的基礎上實現(xiàn)金融交易，這里主要設計實現(xiàn)了以下金融交易：讀取IC 卡信息、讀取IC交易日志、寫卡腳本、生成ARQC(授權應用密文)、ECC(電子現(xiàn)金)交易。下面詳述各交易的實現(xiàn)。
2．4．1 讀取IC卡信息
讀取IC卡信息，可借助指令功能模塊中的選擇指令選擇IC卡應用個人化環(huán)境(PSE)，然后利用協(xié)助功能模塊的解析函數(shù)，解析出卡片中的應用標識符AID，再通過選擇指令選擇AID，解析出PDOL(處理選項數(shù)據(jù)對象列表)。PDOL實質上是一個模板，表明了處理選項數(shù)據(jù)對象中應當包含哪些數(shù)據(jù)對象。解析出 PDOL，利用上述協(xié)助功能模塊中的組PDOL對象功能函數(shù)便可以形成處理選項數(shù)據(jù)對象。在應用初始化指令中將這個數(shù)據(jù)對象發(fā)送給卡片，卡片接收到后，會根據(jù)處理選項數(shù)據(jù)對象作出交易的判斷，在返回的數(shù)據(jù)中帶回來交易中需要讀取的交易記錄，然后根據(jù)卡片返回到AFL(應用文件定位器)。遍歷讀取相應的記錄、解析相應的記錄，就可以找到需要的IC卡個人信息。
以上方法不是唯一讀取IC卡的方法，對于常用持卡人信息的讀取，也可以選擇讀取IC卡前兩幾條記錄，從中分析得到IC卡持卡人的個人信息。這種方法讀取速度快，但是對于持卡人信息不在前幾條記錄中的卡片，則會發(fā)牛讀取不到信息的錯誤。為避免此種錯誤的發(fā)生，設計中采用如上遍歷讀取記錄的方法。
2．4．2 讀取IC卡交易日志
金融IC卡對于圈存、ECC交易，在卡片中會有相應的日志記錄。IC卡交易日志以文件的形式保存在IC中，最多能保存十條交易日志，而且第一條是最近的交易日志。在交易過程中通過讀IC卡日志能判斷出最近幾筆交易的詳細情況，交易日志的讀取通過指令模塊中的Select指令選取PSE，然后解析出 AID。選擇AID后，解析出日志入口標簽的值，從而找到日志對應的SFL(短文件標識符)以及交易日志中的記錄個數(shù)。逐條讀取SFL下的記錄，就可以得到完整的交易日志。然后再使用Get Data指令讀取日志格式標簽的值，便可以對照日志格式解析交易日志，得出每筆交易的詳細信息。
以上為最全面的IC日志讀取方法，在實現(xiàn)中為節(jié)省程序運行時間，一般在選擇AID后直接讀取SFL為0x0B，在該文件下從第1條記錄讀取到第10條記錄。這種方法也能將交易日志完整的讀取出來，而且還節(jié)省了時間。讀卡器在內部實現(xiàn)中采用了這種方法。
2．4．3 寫卡腳本
卡片腳本是發(fā)卡行對卡片進行認證過后，認為此卡片為合法卡片后，返回的可以修改IC卡記錄內容的命令。寫卡腳本命令執(zhí)行之前首先需要對發(fā)卡行返回的密文數(shù)據(jù)進行外部認證，實質上是卡片在驗證發(fā)卡行的真?zhèn)?。發(fā)卡行驗證通過，便可以通過產生密文指令向卡片發(fā)送表示允許進行交易，卡片收到后會產生允許交易的密文，產生TC(交易證書)。TC需要保存，結算的時候或者聯(lián)機中在腳本執(zhí)行結果中返回給服務器，TL值的產生，說明了卡片承認了這筆交易，服務器清算的時候驗證TC證書。如果TC證書驗證通過，后臺服務就會把這筆消費人賬。由于產生密文的指令可以產生3種應用密文形式，分別為：TC、ARQC(授權請求密文)、AAC(應用認證密文)，在產生密文的指令中需要指明為產生TC的指令，而且需要組建CDOL2(卡片風險管理數(shù)據(jù)對象列表2)的數(shù)據(jù)。CDOL2的結構同PDOL結構，會指定卡片風險管理數(shù)據(jù)對象需要哪些數(shù)據(jù)元，CDOL2在讀記錄中讀取，利用協(xié)助功能模板組建CDOL2對象數(shù)據(jù)。卡片接收產生應用密文指令后，如果返回正確，則可以順利執(zhí)行寫卡指令，寫卡指令執(zhí)行正確后，整個交易結束。此時如果交易正常，在IC卡的交易日志中應能查到最近的這次交易。
2．4．4 生成ARQC
ARQC(授權應用密文)在交易中有長片產生的一種密文，這個密文送到后臺服務器，后臺服務器會通過驗證這個應用密文的正確與否來確定IC卡的真?zhèn)巍RQC通過發(fā)送產生應用密文來得到，在產生應用密文的指令中，密文類型要選擇為ARQC，通過讀記錄、解析記錄、組建CDOL1(風險管理數(shù)據(jù)對象列表1)得到風險管理數(shù)據(jù)對象1。卡片接收指令后，會返回所需的ARQC。應用密文指令發(fā)送之前需要去完成選擇PSE、選擇AID、應用初始化和讀記錄的工作。
2．4．5 ECC交易
ECC(電子現(xiàn)金)交易是接觸式IC卡的一種脫機消費方式。由于交易是在脫機的情況下進行的，所以交易中不涉及聯(lián)機的認證過程。在選擇PSE、選擇AID后的GPO(應用初始化)指令中，利用PDOL指明支持電子現(xiàn)金，然后再讀取需要的IC卡記錄，得到相關的認證數(shù)據(jù)，包括IC卡公鑰證書、發(fā)卡行公鑰證書、認證中心公鑰索引、發(fā)卡行公鑰余項、IC卡公鑰余項、IC卡公鑰指數(shù)、發(fā)卡行公鑰指數(shù)。記錄讀取完畢后，需要先進行DDA(動態(tài)數(shù)據(jù)認證)認證，通過后再發(fā)送產生應用密文(產生TC)的指令，指令執(zhí)行正確后再發(fā)送外部認證指令。指令執(zhí)行正確，交易則開始對相關交易數(shù)據(jù)的保存以及終端風險管理進行處理。以上任何一條指令執(zhí)行中如果發(fā)生錯誤，交易即終止。
結語
本文在超低功耗單片機MSP430F5510的基礎上設計和實現(xiàn)了一款功能豐富的IC卡讀卡器。利用MSF430F5510自帶的全速USB硬件資源實現(xiàn)了HID協(xié)議，使得讀卡器可以實現(xiàn)無驅動的使用，方便了讀卡器的使用。金融交易在芯片內部的實現(xiàn)，也可以使得這款讀卡器能作為其他產品的一個模塊，因為其內部實現(xiàn)了相應的RSA算法、3DES算法、哈希算法SHA-1，同時也實現(xiàn)了牛成ARQC、寫卡、讀取IC卡信息、讀交易口志、ECC交易。這些交融交易在讀卡器內部的實現(xiàn)，能減少外部應用對金融交易的重復開發(fā)，節(jié)省資源，同時也大大提高了工作效率。此款讀卡器往實際的應用中有很好的使用效果。本文引用地址：http://www.butianyuan.cn/article/155014.htm 晶振相關文章:晶振原理
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