智能卡安全機制比較系列（一）CardOS
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自從智能卡開始進入人們的日常生活之后，大家對于智能卡的安全性普遍看好，但是不同公司的智能卡在安全機制的實現(xiàn)方面也存在很多的差異。對于智能卡應用開發(fā)和智能卡COS設計人員來說，如果能夠更多地了解不同公司的智能卡安全機制，無疑會對自己的開發(fā)過程有所幫助。在此將逐步介紹一些流行的智能卡操作系統(tǒng)中各具特色的安全機制，究竟這些安全機制孰優(yōu)孰劣，其實無關緊要，只要這種安全機制能夠滿足系統(tǒng)的安全需求就足夠了。
首先看看早期的CardOS，CardOS是西門子公司基于自己的44C40/80系列芯片而設計的，該系列芯片RAM大小256字節(jié)，程序空間8K/16K，數(shù)據(jù)空間4K/8K，采用西門子的8051內(nèi)核。CardOS在1995年推出了1.2版本，主要的APDU命令是符合ISO7816-4的文件讀寫操作，采用的安全機制非常靈活，初看起來也有點復雜，但是實際原理卻是比較簡單的。雖然目前國內(nèi)市場上幾乎已經(jīng)沒有什么CardOS產(chǎn)品了，但是了解這個初期的鼻祖級的智能卡安全機制，對于了解目前市場上流行的COS安全機制應該會有些幫助。
CardOS采用半字節(jié)作為安全狀態(tài)，除卻0和F之外，還有1到E共計14種狀態(tài)，每個狀態(tài)分別對應要達到該狀態(tài)需要進行的某種安全認證操作以及這些認證的不同組合方式，這些安全認證包括校驗PIN或者是C/R （Challenge / Response） 認證（也就是我們現(xiàn)在通常所說的外部認證），而認證的組合方式包括“邏輯與”及“邏輯或”。
對于文件的操作和密鑰的使用可以定義不同的安全狀態(tài)，只有滿足定義的安全狀態(tài)后才能進行相應的文件操作，或者密鑰的使用。無論是DF還是EF都有一組3字節(jié)的安全狀態(tài)控制字，每半字節(jié)作為一種訪問控制的狀態(tài)標識，分別對應著文件的建立、刪除、添加、讀取、更新等操作。
這些安全狀態(tài)及其需要的認證或組合全部保存在一個特殊的內(nèi)部文件STCF（Security Test Control File）安全認證控制文件中，該文件是一個TLV（Tag Length Value）結構的記錄文件，其中第一個字節(jié)就是1-E這14個狀態(tài)中的一個作為TAG，Length根據(jù)認證方式的不同而存在差別，Value當中的第一個字節(jié)表示認證類型，從中可以看出這個認證是需要PIN認證，還是需要C/R認證，或者是某幾個認證狀態(tài)的“邏輯與”及“邏輯或”組合。對于PIN認證還可以指出應該使用哪個PIN文件中的哪個PIN，同樣對于C/R認證也可以指出應該使用哪個密鑰文件中的哪個密鑰。在CardOS的系統(tǒng)中有一個安全狀態(tài)bit mask標志，用不同的數(shù)據(jù)位來記錄哪個安全狀態(tài)經(jīng)過認證得到了滿足。在有些情況下，進行DF選擇之后，當前DF的認證狀態(tài)的bit mask標志將會被清空。
關于“邏輯與”和“邏輯或”其實也很簡單。比如“03”的狀態(tài)表示認證第3個PIN文件中的第2個PIN，“0B”的狀態(tài)表示需要對第1個密鑰文件的第5條密鑰進行C/R認證。那么我們可以定義狀態(tài)“06”表示“03”和“0B”的邏輯或組合，定義狀態(tài)“07”表示“03”和“0B”的邏輯與組合。我們假設有兩個文件EF01和EF02，其中EF01讀寫的安全狀態(tài)分別為“03”和“06”，EF02讀寫的安全狀態(tài)分別為“0B”和“07”。那么在驗證了第3個PIN文件中的第2個PIN后，即可以讀EF01也可以寫EF01，而對于第一個密鑰文件的第5條密鑰經(jīng)過C/R認證后，也可以寫EF01。對于EF02的寫操作必須同時滿足以上兩個認證狀態(tài)，對于EF02的讀則只需要C/R認證第1個密鑰文件的第5條密鑰即可。
除了以上的安全狀態(tài)控制機制之外，CardOS還定義了所謂的線路保護LINE PROTECTION，在文件的創(chuàng)建過程中會定義LPROTF字段，作為線路保護屬性，有兩種線路保護模式分別為MAC方式和加密方式，同時還定義了線路保護的方向，即從卡到終端以及從終端到卡。而用來進行線路保護的密鑰只能存儲在SKF（System Key File）系統(tǒng)密鑰文件中。
在CardOS中定義了幾個默認的EF文件標識，分別為：0000 = ATR二進制文件，0001 = STCF記錄文件，0002 = PIN記錄文件，0003 = SKF系統(tǒng)密鑰記錄文件，0004 = RSF 隨機數(shù)種子二進制文件。CardOS支持最多6層DF文件結構，可以通過文件名、文件標識、文件路徑等方式進行文件的選擇。
