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分类： C/C++
2014-02-19 17:00:02
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。
1、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0。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X=〈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 内容解释
TS 3B 正向约定
T0 6C TB1和TC1存在，历史字符为12个
TB1 00 无需额外的编程电压
TC1 02 需2个额外的保护时间
T1-TC XX 历史字符
SMARTCOS 历史字符的特定意义：
符号 字节内容 内容解释
T1 XX SMARTCOS 的版本号
T2 XX 卡状态字节
T3 86 明华公司IC卡制造机构标识号
T4 38
T5-TC XX 卡唯一序号
卡状态字节描述如下：
B7 B6 B5 B4 B3 B2 B1 B0 状态
011 XXX XXX 001 XXX XXX XXX XXX 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
0 0 0 0 0 0 X X 该卡未个人化
0 0 1 0 X X X X 该卡个人化未结束
0 1 1 0 X X X X 该卡个人化成功
0 0 0 1 X X X X 该卡个人化没有成功，卡被锁
0 1 1 1 X X X X 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。
1、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
1-8 发卡方标识 8
9 应用类型标识 1
10 应用版本 1
11-20 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’（十进制）
文件类型 透明
文件大小 39
文件存取控制 读=自由 改写=需要安全信息
字节 数据元 长度
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
文件标识（SFI） ‘24’（十进制）
文件类型 循环
文件存取控制 读=PIN保护
改写=不允许
记录大小 23
字节 数据元 长度
1-2 ED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
11-16 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
0B 01 0F 1 个人密码PIN，用于个人密码校验
08 01 11 2 外部认证密钥，用于电子钱包圈存
08 02 1F F 外部认证密钥，用于基本文件的修改、密钥的修改
01 01 22 无 圈存密钥，用于产生圈存MAC
00 02 01 无 电子钱包消费密钥，用于产生钱包消费MAC
02 01 03 无 TAC密钥，用于产生圈存、消费、取现、修改透支限额的TAC
05 01 33 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
[Create MF] APDU命令：80(CLA) e0(INS) 00(P1) 00(P2) 18(Lc) ff ff ff ff ff ff ff ff (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） 31 50 41 59 2e 53 59 53 2e 44 44 46 30 31(创建的文件名称)
[Create DF] APDU命令：80（CLA）E0（INS）01（P1） 00（P2） 0D （Lc信息长度）2F 01（文件标识符）ff（建立文件权限） 00（COS保留） A0 00 00 00 03 86 98 07 01（ADF名称）
建立DF下密钥文件[Create File] APDU命令：80（CLA） E0（INS）02（P1） 00（P2） 07（文件信息长度） 6F 02（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 [Write Key] 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）12 34（个人密码）
安装外部认证密钥（DEAK）[Write Key] 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）XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX（密钥内容）
安装外部认证密钥（DEAK）[Write Key] 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） 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）XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX（密钥内容）
。安装电子钱包EP的消费密钥DPK。[Write Key] 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）XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX（密钥内容）
安装电子钱包的圈存密钥DLK [Write Key] 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）XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX（密钥内容）
。安装消费/取现中用来生成TAC的密钥DTK[Write Key] 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）XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX（密钥内容）
安装应用维护密钥DAMK[Write Key] 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）XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX XX（密钥内容）
建立公共应用基本文件[Create File] APDU命令：80（CLA） E0（INS） 02（P1） 00（P2） 07（Lc信息长度） 00 15 （文件标识符）00 （二进制文件类型）0F（读权限）FF（更新权限）00 1e（文件长度）
建立持卡者基本数据文件[Create File] APDU命令：80（CLA） E0（INS） 02（P1） 00（P2） 07（文件信息长度） 00 16 （文件标识符）00（二进制文件类型）0F（读权限）FF（更新权限） 00 27（文件长度）
建立交易明细文件[Create File] APDU命令：80（CLA） E0（INS） 02（P1） 00 （P2）07 （文件信息长度）00 18（文件标识符） 03（循环记录文件类型）1F（读权限）10（更新权限）0a 17（文件长度）
写公共应用基本数据文件[Update Binary] APDU命令：00（CLA）D6（INS）95（P1）00（P2）1E（信息长度）A0 00 00 00 03 00 00 01（发卡方标识）03（应用类型标识）01（应用版本） 00 00 19 98 08 15 00 00 00 01（应用序列号） 20 00 10 01 （应用启用日期）20 02 12 31（应用有效日期）55 66 （发卡方自定义FCI数据）
写卡持有者基本数据文件[Update Binary] 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） 53 41 4d 50 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00（持卡人姓名） 31 31 30 31 30 38 37 30 30 33 31 37 31 38 39 00（持卡人证件号码） 00 （持卡人证件类型）
建立电子钱包EP文件[Create File] APDU 命令：80（CLA）E0（INS）02（P1）00（P2）07（Lc）00 01（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）[Create End] APDU命令：80（CLA） E0（INS） 01（P1） 01（P2） 02 （文件标识符长度）2F 01（文件标识符）
结束建立MF [Create End] APDU命令：80（CLA） E0（INS） 00（P1） 01（P2） 02 （文件标识符长度）3F 00（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[Select File]APDU命令：00（CLA）A4（INS）00（P1）00（P2）02（长度）2F 01（文件标识符）
校验PIN[Verify] APDU命令：00（CLA） 20（INS） 00（P1） 00（P2） 02（长度） 12 34(PIN)
外部认证：[
取随机数[Get Challenge] 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[External Authentication] APDU命令：00（CLA） 82（INS） 00（P1） 01
（P2） 08（长度）XX XX XX XX XX XX XX XX （加密后的随机数）
]
圈存：[
初始化圈存[Initalize For Load] APDU命令：80（CLA） 50（INS） 00（P1） 02（P2） 0B（长度） 01(密钥标识符) 00 00 10 00（交易金额） 00 00 00 00 00 01（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ICC 4
MAC1 4
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+80 00）进行3DES加密生成过程密钥；
圈存[Credit For Load]APDU命令：80（CLA）52（INS）00（P1）00（P2）0B（LC）
YY YY MM DD （交易日期）HH MM SS （交易时间）XX XX XX XX（MAC2）
MAC2的计算：
初始值：00 00 00 00 00 00 00 00
密钥：上面生成的过程密钥
生成MAC2的数据：00 00 10 00（4字节交易金额）02（交易类型标识）00 00 00 00 00 01（6字节终端机编号）YY YY MM DD （交易日期）HH MM SS （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：
校验PIN[Verify] APDU命令：00（CLA） 20（INS） 00（P1） 00（P2） 02（长度） 12 34(PIN)
初始化消费[Initialize For Purchase] APDU命令：80（CLA） 50（INS） 01（P1） 02（P2） 0B（长度） 01(消费密钥标识符)00 00 00 01（消费金额）00 00 00 00 00 01（终端机编号）
如果初始化消费成功，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
透支限额 3
密钥版本号 1
算法标识 1
伪随机数ICC 4
消费[Debit For Purchase]APDU命令：80（CLA）54（INS）01（P1）00（P2）0F（LC）
YY YY YY YY （终端交易序号）YY YY MM DD（终端交易日期）HH MM SS （交易时间）XX XX XX XX（MAC1）
用消费/取现密钥对（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+终端交易序号的最后2个字节））进行3DES加密生成过程密钥；
MAC1的计算：
初始值：00 00 00 00 00 00 00 00 00（8个字节）
密钥：过程密钥
生成MAC码的数据：4字节交易金额+1字节交易类型标识+6字节终端机编号+4字节终端交易日期+3字节终端交易时间
如果消费交易成功，电子钱包文件的联机交易序号加1，电子钱包减去交易金额，并且在交易明细文件中增加一条记录。
六、其它指令解析
以下指令在使用过程中有较多的疑问，解释如下：
1、密钥的密文安装过程：
在3.2版本中对密钥的密文安装会有所不同，它的过程如下：
1）建立密钥文件：
建立密钥文件时，有关的文件信息如下表：
Lc 有关文件信息
07 文件标识符 (2字节) 文件类型 (1字节) 权限1 (1字节) 权限2（1字节） Len1(1字节) Len2 (1字节)
权限1指明增加新密钥的权限，权限2指明用何种方式安装密钥。权限2设为80h，表示以密文方式安装。
2）使用上一层的应用主控密钥（SmartCOS 3.2中规定：密钥标识为01的外部认证密钥为应用主控密钥）对密钥信息进行加密（密钥信息为：明文密钥信息长度+密钥信息+80 00 00 00 00 00 00），对密钥信息的加密方式按标准的Triple DES或Single DES，如果密钥为16字节，则用Triple DES加密，如果为8字节，则用Single DES加密。
3）生成MAC码，初始值为：4个字节的随机数+00 00 00 00，生成MAC码的数据为：5个命令头+加密后的密钥信息。
4）其它密钥的密文安装都使用应用主控密钥加密安装。
5）密文安装MF下的应用主控密钥时，则使用卡片的传输密钥进行安装。
2、采用安全报文写二进制文件
1） 在建立二进制文件时，文件类型的第4位为1表示采用安全报文。
2）LC为写入的字节数+4
3）安全报文（MAC）的计算：
初始值为：4个字节的随机数+‘00 00 00 00’
密钥为：应用维护密钥
代码 值
CLA 04
INS D6
P1 Xx
P2 Xx
Lc 写入数据长度+4
DATA 写入数据+4字节MAC
8、PIN Unblock个人密码的解锁
命令报文编码如下：
代码 值
CLA 84
INS 24
P1 00
P2 01-解锁个人密码
Lc 0C
DATA 加密的个人密码数据元+报文鉴别代码（MAC）数据元，使用PIN解锁密钥。
其中：
加密的个人密码数据元：
PIN解锁密钥对 PIN明文长度+PIN+80 00（补足8的倍数）进行加密生成
MAC的生成：
初始值：4字节随机数+00 00 00 00
密码：PIN解锁密钥
生成MAC码的数据：CLA+INS+P1+P2+LC+加密的PIN（8字节）
