ARM7 智能卡的動態(tài)口令終端研究與實(shí)現(xiàn)

　　1 引言

　　目前動態(tài)口令主要有基于事件、時間和挑戰(zhàn)碼三種實(shí)現(xiàn)方式［1］, 現(xiàn)有的動態(tài)口令終端主要有刮刮卡、令牌、智能卡與卡片閱讀機(jī)相結(jié)合以及基于SIM 卡等。刮刮卡是一種塑料或者紙質(zhì)卡片，除卡號外，每張卡片上印刷30～45 個一次性使用的密碼，每個密碼前面印有引導(dǎo)用戶使用的序號方便用戶查詢，每個密碼都單獨(dú)覆蓋了刮刮膜，它用于記載后臺虛擬動態(tài)口令設(shè)備計算出的動態(tài)口令, 用戶每次認(rèn)證時按照系統(tǒng)提示刮開一個新的密碼使用。令牌也是一種能產(chǎn)生并顯示動態(tài)口令的設(shè)備。這兩種方式安全性雖高于靜態(tài)口令，但是需要有終端成本, 根據(jù)終端的不同，成本不同，而且使用次數(shù)有限［2］。智能卡與卡片閱讀機(jī)相結(jié)合的方式是指在用戶登錄時，必須將智能卡插入卡片閱讀機(jī)中，采集活體指紋，如果匹配成功，才允許操作。此種方式操作不靈活，用戶每次登錄都必須帶有卡片閱讀機(jī)［3］?；赟IM 卡的動態(tài)口令是指移動終端借助于電信智能卡USIM 或PIM 卡生成，根據(jù)某種加密算法，隨某一個動態(tài)參數(shù)(例如時間、事件等)計算產(chǎn)生的一次一變的一種口令［4］。此方案可以將動態(tài)口令集成到SIM 卡上，雖然解決了前三種終端的不足，但是需要用戶更換原有SIM 卡。目前投入使用的幾億張SIM 卡要換成帶有STK 的動態(tài)口令新一代卡，再加上大量新應(yīng)用服務(wù)的宣傳推廣，均需要投入大量資金；用戶也不愿意另花錢更換具有STK 應(yīng)用功能單一、或需求不迫切的帶動態(tài)口令的USIM 卡或PIM 卡，因此此種換卡模式的推廣有難度［5］。

　　針對以上幾種終端存在的缺陷，本文利用每臺手機(jī)均具有標(biāo)準(zhǔn)的SIM 卡接口對手機(jī)STK功能進(jìn)行擴(kuò)展，設(shè)計了一個貼在手機(jī)SIM 卡上的超薄ARM7 智能卡芯片，采用STK 菜單實(shí)現(xiàn)動態(tài)口令終端操作。此方案為手機(jī)應(yīng)用軟件提供安全便捷、統(tǒng)一兼容的硬件平臺，實(shí)現(xiàn)不同手機(jī)STK 動態(tài)口令應(yīng)用功能的無障礙擴(kuò)展。手機(jī)用戶無需更換手機(jī)或SIM 卡，也可任意換機(jī)換號，只要將該智能卡直接貼在SIM 卡上，插入手機(jī)卡槽即可使用STK 菜單的動態(tài)口令功能，不影響手機(jī)原有服務(wù)及功能；同時智能卡內(nèi)可通過空中下載方式（OTA）更換動態(tài)口令的PIN碼，在用戶手機(jī)上構(gòu)建一個開放的動態(tài)口令應(yīng)用平臺。智能卡內(nèi)部通過硬件加密方式，解決了用戶數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩珕栴}，滿足動態(tài)口令安全應(yīng)用需求。此種終端實(shí)現(xiàn)方式人機(jī)界面友好，投入成本低，容易推廣，具有廣闊的應(yīng)用前景。

　　2 ARM7 智能卡硬件平臺設(shè)計

　　動態(tài)口令硬件實(shí)現(xiàn)平臺采用ARM 公司的32 位ARM7 接觸式智能IC 芯片，該芯片主要針對高端GSM 電信卡、3G SIM 卡和JAVA 卡應(yīng)用。內(nèi)置256K 字節(jié)可編程ROM 、64K 字節(jié)數(shù)據(jù)ROM、8K 字節(jié)靜態(tài)RAM，集成了定時器、中斷控制器、系統(tǒng)控制、DES、RSA 硬件加密協(xié)處理器、安全檢測控制以及硬件7816 接口等模塊，適合SIM 卡的STK 功能擴(kuò)展設(shè)計。該智能卡硬件平臺的電氣連接SIM 卡和手機(jī)內(nèi)線路，整體厚度小于0.7 毫米，長和寬都和原有SIM 卡一致，遵循SIM 卡所有的接口標(biāo)準(zhǔn)，保持手機(jī)與SIM 卡原有的交互功能不變，通過手機(jī)的SIM 卡插槽與手機(jī)進(jìn)行交互，使手機(jī)的顯示屏及鍵盤成為智能卡用戶的人機(jī)接口。在智能卡內(nèi)部安裝有卡片操作系統(tǒng)（簡稱COS），該COS 支持SIM 卡一般性功能、擴(kuò)展性功能及空中下載三大模塊。一般性功能指的是對ISO 7816 硬件接口和GSM 11.11 部分的通訊層和指令協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)智能卡與SIM 卡和手機(jī)通訊的基礎(chǔ)；擴(kuò)展性功能指的是對GSM11.14 協(xié)議棧的實(shí)現(xiàn)，是實(shí)現(xiàn)STK 應(yīng)用的基礎(chǔ)。OTA 菜單下載的實(shí)現(xiàn)借助于STK 功能和數(shù)據(jù)短消息通道，支持空中下載的COS 提供可行的人機(jī)接口界面供用戶發(fā)起下載申請，OTA 應(yīng)用下載服務(wù)器根據(jù)用戶請求，以數(shù)據(jù)短信息的形式將相應(yīng)的服務(wù)內(nèi)容發(fā)給用戶手機(jī)，并將下載數(shù)據(jù)透明地傳遞給ARM 智能卡芯片，COS 對下載的短信息內(nèi)容通過雙向認(rèn)證后進(jìn)行解析，把STK 菜單的字節(jié)碼數(shù)據(jù)流重新進(jìn)行組織存儲，實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的STK 菜單管理。對手機(jī)而言，ARM7 智能卡相當(dāng)于SIM 卡而屏蔽了其微處理器及相關(guān)電路的軟硬件特性，而對SIM 卡而言，ARM7 智能卡就相當(dāng)于手機(jī)而屏蔽了其微處理器及相關(guān)電路的軟硬件特性。在此基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)ARM7 智能卡對SIM 卡的STK 功能擴(kuò)展，把不同規(guī)格的SIM卡整合到一個開放的STK 應(yīng)用平臺上。其整體硬件結(jié)構(gòu)邏輯功能框圖及ARM7 智能卡硬件接口分別如下圖（1）和圖（2）所示：

　　在 ARM7 智能卡硬件接口中，VDD、GND、RST、CLK 分別連接手機(jī)和SIM 卡的對應(yīng)接口，保持手機(jī)和SIM 卡內(nèi)線路連通，IO1 連接手機(jī)的IO 口，IO2 連接SIM 卡的IO 口，通過這兩個接口實(shí)現(xiàn)ARM7 智能卡、手機(jī)以及SIM 卡之間的相互通信。