智能卡安全機(jī)制比較系列（一）CardOS
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自從智能卡開始進(jìn)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(jī)制的實現(xiàn)方面也存在很多的差異。對于智能卡應(yīng)用開發(fā)和智能卡COS設(shè)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(jī)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(jī)制，究竟這些安全機(jī)制孰優(yōu)孰劣，其實無關(guān)緊要，只要這種安全機(jī)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(shè)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(jī)制非常靈活，初看起來也有點復(fù)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(jī)制，對于了解目前市場上流行的COS安全機(jī)制應(yīng)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(yīng)要達(dá)到該狀態(tài)需要進(jìn)行的某種安全認(rèn)證操作以及這些認(rèn)證的不同組合方式，這些安全認(rèn)證包括校驗PIN或者是C/R （Challenge / Response） 認(rèn)證（也就是我們現(xiàn)在通常所說的外部認(rèn)證），而認(rèn)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(jìn)行相應(yīng)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(biāo)識，分別對應(yīng)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(rèn)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(rèn)證控制文件中，該文件是一個TLV（Tag Length Value）結(jié)構(gòu)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(rèn)證方式的不同而存在差別，Value當(dāng)中的第一個字節(jié)表示認(rèn)證類型，從中可以看出這個認(rèn)證是需要PIN認(rèn)證，還是需要C/R認(rèn)證，或者是某幾個認(rèn)證狀態(tài)的“邏輯與”及“邏輯或”組合。對于PIN認(rèn)證還可以指出應(yīng)該使用哪個PIN文件中的哪個PIN，同樣對于C/R認(rèn)證也可以指出應(yīng)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(biāo)志，用不同的數(shù)據(jù)位來記錄哪個安全狀態(tài)經(jīng)過認(rèn)證得到了滿足。在有些情況下，進(jìn)行DF選擇之后，當(dāng)前DF的認(rèn)證狀態(tài)的bit mask標(biāo)志將會被清空。
關(guān)于“邏輯與”和“邏輯或”其實也很簡單。比如“03”的狀態(tài)表示認(rèn)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(jìn)行C/R認(rèn)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(shè)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(rèn)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(rèn)證狀態(tài)，對于EF02的讀則只需要C/R認(rèn)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(jī)制之外，CardOS還定義了所謂的線路保護(hù)LINE PROTECTION，在文件的創(chuàng)建過程中會定義LPROTF字段，作為線路保護(hù)屬性，有兩種線路保護(hù)模式分別為MAC方式和加密方式，同時還定義了線路保護(hù)的方向，即從卡到終端以及從終端到卡。而用來進(jìn)行線路保護(hù)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(rèn)的EF文件標(biāo)識，分別為：0000 = ATR二進(jìn)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(jī)數(shù)種子二進(jìn)制文件。CardOS支持最多6層DF文件結(jié)構(gòu)，可以通過文件名、文件標(biāo)識、文件路徑等方式進(jìn)行文件的選擇。
