分类： Java
2010-07-30 16:29:29
简介：本系列的前一篇文章讨论了智能卡的相关知识，此篇文章则将着重介绍 JAVA 卡的一些基础知识，如 JAVA 卡的概念、结构和生命期，JAVA 卡的 JAVA 语言和编程接口(API)，并通过一个简单的Applet示例引入对 JAVA卡的Applet 的介绍。希望你在阅读这篇文章时，已经有了初步的 JAVA 语言的概念，并且已经阅读了本系列的第一篇文章：《 智能卡与安全》。
什么是 JAVA 卡呢？JAVA 卡是一种可以运行 JAVA 程序的接触式微处理器智能卡。1996 年 11 月，JAVA 卡 1.0 版本的规范正式发布了。如今 JAVA 卡最新的规范已经到了 2.1 版。
相信对智能卡比较了解的读者一定会问：智能卡的出现和使用已经快有二十年了，为什么会在最近出现 JAVA 卡的呢？为什么 JAVA 卡会变得如此受欢迎？为了回答这个问题，我们先来回顾一下 JAVA 卡出现之前的智能卡，看看它存在着什么样的问题。
早期的智能卡主要是以一种介质形式出现的，它可以在卡体内存储金额，从而能在公共电话机或自动售货机上被使用。它完成的是一种存储信息的应用。这时卡的需求量并不大。同时卡的应用也不多。而近来，随着智能卡地越来越“智能”,由于智能卡的优点越来越被人认可，它的应用范围也越来越广泛：从银行的借贷卡，存放个人医疗信息的医疗卡，到有线和无线网络的安全模块卡等等。智能卡的应用可以说是涉及到了各个领域，几乎每个人都要与智能卡打交道。市场的需求量急剧上升，同时越来越多的智能卡新应用也随之诞生。
但与智能卡需求量急剧上升所矛盾的是：智能卡应用的研发是一个复杂漫长的过程。尽管对智能卡的结构大小和通信协议，国际规范 ISO7816 早已规定，但各个卡生产商对智能卡的研制都各不相同。各个卡生产商对自己的智能卡操作都有自己独特的一套指令集。
此外，智能卡编程接口(APIs)非常复杂，用之编程，需要开发人员非常熟悉低层通信接口协议，内存管理和一些智能卡硬件的细节。因此，在开发智能卡应用之前，开发人员就需要花费大量时间来了解智能卡的复杂开发环境，而且在他们研究后会发现并不存在现代化的开发工具(象 Visual Studio 那样工具)。更糟糕的是：对不同的智能卡并没有一个通用的开发环境。每次你要开发一种新的应用，可能你都必须从新了解一种新的开发环境。
情况有可能还没有这么简单。由于所有的智能卡都是在专门的开发环境中开发出来的，不同的卡的生产商生产出来的相同应用的卡可能并不兼容，这使同一系统中使用不同生产商的卡变得很复杂。
据估计，2001 年，智能卡的需求量为 10-30 亿片。而了解智能卡编程的人员少之又少。智能卡编程的复杂性，不统一性将严重阻碍智能卡的发展。市场的需求为智能卡的发展提出了新的要求。然而这一切将随着 JAVA 卡的出现而改变。
JAVA 卡是一种可以运行 JAVA 程序的接触式微处理器智能卡，在卡中运行的程序叫 Applet。Applet 可以动态装载到 JAVA 卡上。JAVA 卡的 API(JAVA Card 2.1.1 Application Programming Interfaces Specification )为智能卡制定了一个 JAVA 语言的特殊子集。如今95%智能卡制造商已经支持了 JAVA 卡的 API。JAVA 卡和 JAVA 卡 API 的出现使智能卡的编程变得既快又简单，同时这些卡的应用程序(Applet)可以在任何支持 JAVA 卡 API 的智能卡上运行。可以说 JAVA 卡的出现立刻解决了 JAVA 卡出现之前智能卡所遇到的问题。
JAVA 卡是如何完成这一巨大的功能的呢？原来在 JAVA 卡内有一个能执行 JAVA 字节码(Applet)的 JAVA 虚拟机-它提供一整套标准的 JAVA 卡编程的 API，使得开发人员无需了解复杂的智能卡硬件和智能卡专用的技术，就可以进行智能卡应用的开发，从而大大减少开发时间和降低开发难度。据粗略的统计，用 JAVA 来编程可以比用 C 语言来编程节约 60% 的开发时间，如与智能卡特殊的汇编语言来比，这种优势将更为明显。同时由于 JAVA 虚拟机的使用，JAVA 卡的 Applet 能够在不同卡片的 JCAE(JAVA Card Application Environment)上执行，即透过 JAVA 虚拟机的机制来达到跨平台的能力。
JAVA 是一种面对对象的编程语言，智能卡的基于对象的 API 大大简化了卡内 Applet 与终端或后台服务器的通信。
JAVA 卡的另一巨大优势是：开发人员可以任意选择他们所熟悉和喜欢的开发工具。由于对 JAVA 卡的编程是用 JAVA 语言，所有几乎当今所有流行的 JAVA 开发环境，如 VJ++,Vcafe 等,都可以被用来进行 JAVA 卡的开发。正因如此，快速完成和调试 JAVA 卡的应用程序也变为了可能。而在这之前，调试卡的应用程序是一个极复杂漫长的过程，因为应用程序首先要被装载到卡的 ROM 中，而装载到卡的 ROM 中的程序是无法更新的，所以对一个应用程序的调试将占用大量的时间。
同时由于任何 JAVA 开发人员都可以变为 JAVA 卡开发人员，这就为智能卡的发展提供了强有力的保证。
JAVA 卡还有两大优点：支持一卡多用途和重用。支持一卡多用途是指 JAVA 卡上可以同时存在多个不同的应用。这些应用可以来自同一个卡供应商，也可以来自不同的卡供应商。这样一张 JAVA 卡就可以完成不同的功能，例如，它可以有电子钱包功能，同时也可以有身份鉴别功能。重用是指 JAVA 卡上的应用可以根据需要进行删除或重新添加新的应用，而无需更换新的智能卡，这样大大增强智能卡的灵活性。
综上所述，JAVA 卡的出现统一了智能卡的编程接口(API)，统一了智能卡的编程语言(JAVA 语言)，为智能卡的更大范围的使用提供了基础，真正使智能卡行业成为一个统一标准的产业。
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可以说 JAVA 卡是 JAVA 平台中最小的子集。JAVA 卡 2.1 的规范可以在 这个网址得到。JAVA 卡 2.1 规范主要包括有：JAVA 卡虚拟机规范，JAVA 卡编程接口(API)和 JAVA 卡运行环境规范。
JAVA 卡有点象一部功能齐全，但规模较小的电脑，其硬件主要是为了保证 JAVA 卡的运行环境的需要，其最小的硬件配置要求为：
那么 JAVA 卡的内部结构究竟是怎么样的呢？根据上述的硬件介绍，基本上我们可以将 JAVA 卡想像为一部 PC 的缩影：JAVA 卡的内部结构由 OS、native functions、JAVA VM(JAVA 虚拟机)、JAVA Framework 以及架构在此上的应用程序(Applet)所构成。下图即为 JAVA 卡内部结构：
在此结构中，最底层的 OS(操作系统) and Native Functions(基本函数)是负责低层的处理工作，如同 PC 的操作系统。
JAVA 语言其他的特性，JAVA 卡都支持。有关 JAVA 卡 JAVA 语言详细资料，请参阅 JAVA Card 2.1.1 Virtual Machine Specification.
以上只是简单的介绍了一下 JAVA 卡 API 的接口，我们将通过一些例子进行详细介绍，当然最完整的资料和解答还得参考： JAVA Card 2.1.1 Application Programming Interface规范。
以下我们介绍一个极为简单的 Applet 的例子，通过对它的介绍，我们将初步了解 Applet 的组成结构，和一些必须实现的方法(构造函数，install()方法,register()方法，select()方法,process()方法)。这个例子完成的功能是：当读卡器对 JAVA 卡发送“A0D6” - Update File 的APDU指令时，JAVA 卡会返回“指令未知”的错误响应。
//Applet 必须属于一package
package test3;
//imoprt 必要的 package
import javacard.framework.*;
//Applet是javacard.framework.Applet得到扩展类的实体，在这个例子中它实现了ISO7816接口
public class test3 extends javacard.framework.Applet implements ISO7816
{
// Applet的构造函数
public test3 ()
{
}
//Applet的install()方法，当Applet下载至JAVA //卡时，就会启动install()方法来安装Applet，并传入
//Applet 安装所要的参数
public static void install(byte bArray[], short bOffset, byte bLength)
{
//创建
test3 Mytest2 = new test3 ();
//注册Applet
Mytest2.register();
}
//select()方法,当一个Applet收Select APDU时，select()方法会被调用
//返回true表示成功
public boolean select ()
{
return true;
}
//处理终端的APDU指令。当Applet收到APDU时，process()方法
//会被调用,其中apdu参数是APDU对象,这是一个非常重要的函数
public void process(APDU apdu)
{
//得到apdu缓冲中的数值，它包含终端对JAVA卡发出的APDU指令
byte[] buffer = apdu.getBuffer();
//得到APDU指令的CLA和INS：应用类别和指令
byte cla = buffer[ISO7816.OFFSET_CLA]; byte ins = buffer[ISO7816.OFFSET_INS];
//如果指令为D6,同时类别为A0，JAVA卡则返回指令未知的错误响应
//给终端
if (cla == (byte) 0xA0 && ins == (byte) 0xD6) {
ISOException.throwIt( ISO7816.SW_UNKNOWN );
}
}
}
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转载:http://blog.ednchina.com/Smart_Card/36094/category.aspx
