新一代智能卡操作系統NOP的分析與解讀

文章出處：http://hz-huyue.com 作者：東信和平智能卡股份有限公司   人氣： 發表時間：2011年09月29日

    一、NOP智能卡操作系統的開發動機

    1、智能卡軟件發展的三個階段： 

    說明：

    （1）安全性是智能卡軟件的核心問題。

    （2）智能卡軟件是向后兼容的，第三階段也包括第一、二階段的功能。

    （3）應用程序我國企業已經完全掌握了，具有國際競爭性。

    （4）開放平臺由于版權和技術的問題，在我國尚未推廣，雖然在國外已經普及，但并沒有嚴重影響國內市場。

    （5）智能卡行業現在正處在一個全面的產業升級階段。

    2、智能卡操作系統的機遇與挑戰：

    （1）經過十多年的技術積累，我國智能卡企業已經基本具備了參與第三次產業升級的能力。

    （2）在進行第三次產業升級的同時解決第二階段中遺留的問題。

    （3）國外企業為了重新拉開與我國企業的差距，最近幾年加大了對新一代智能卡操作系統的研發力度。

    （4）新一代智能卡操作系統的復雜性大大提高，特別是開放、并發的系統安全性。

    二、 NOP智能卡操作系統的歷史

    1.何為NOP？NOP=National/New Open Platform

    2.NO智能卡操作系統發展的三個階段： 

    NOP第一期：理論、工具、和方法研發。

    （1）理論基礎：密碼學、信息安全等
    （2）需求開發：挖掘需求，規范需求，管理需求
    （3）分析設計：結構化方法，形式化方法，半形式化方法
    （4）在線調試：模擬級，仿真級，目標板
    （5）在線分析：跟蹤、性能、覆蓋率、內存分析等
    （6）多處理器：硬件和虛擬機混合在線調試與分析

    以上六個階段為新一代智能卡集成開發所需要的環境。

    NOP第二期：核心技術、和新技術研發。

    （1）開放技術：硬件的防火墻，微瀏覽器，解釋器，虛擬機等
    （2）通信技術：USB，MMC，SWP,HTTP(S),TCP/IP，ISO14443等
    （3）并發處理：多通道等因素造成并發性，因此需要同時處理
    （4）圖形界面：傳統的為APDU命令行方式，現需要圖形化界面
    （5）其它技術：斷電保護，補丁，安全文件系統，卡片管理等

    以上技術可以組合成多種產品。

    三、NOP智能卡操作系統的特點：

    特點1：基于棧和寄存器的面向對象的虛擬機

    用戶可以通過高級編程語言開發應用程序，通過虛擬機執行。虛擬機為基于棧和寄存器的面向對象的解決方案，它比其它虛擬機的時空效率高出大約20-25%。

    特點2：多個高速對外通道

    除了傳統的ISO7816、ISO14443等通道，還有更多種類的接口，如SWP和高速通道，如MMC，IC_USB(2.0)等。

    不同種類通道的軟件通訊接口采用統一的Socket方式，它不但可以作為輸入輸出的，也可作為網絡編程、任務間通訊的統一形式的API接口。SOCKET方式不僅功能完善、而且也為普通的軟件開發人員所熟悉。

    特點3：并發處理

    由于智能卡的特殊性，針對不同的系統部件采用不同的并發處理模式。例如在通訊模塊采用協作方式，因為通訊程序對時間的準確性要求比較高；在用戶程序層面采用輪回方式，因為每個應用程序往往需要平等的執行機會；在系統內核和系統服務層面則采用搶先多任務方式，這樣，系統程序將有更高的優先級別，以便更好地管理整個系統和為應用程序提供服務。

    特點4：網絡編程

    卡內置TCP/IP協議棧，應用程序通過Socket編程接口進行網絡編程。Socket接口不僅作為網絡編程接口，而且作為點對點通訊和文件系統訪問和任務間通訊的統一接口。網絡編程不僅可以實現網絡結點間的數據交換，而且通過一定的協議，還可以實現例如遠程方法調用等功能，這樣，可以更好地支持分布式系統。

    特點5：圖形化的人機界面

    傳統的智能卡只能通過類似于命令行的方式（如APDU)與外界交互。隨著行業的發展，和用戶要求的提高，一個友好的圖形化用戶界面對智能卡程序而言變得越來越重要。NOP為智能卡程序員提供很方便的開發圖形化界面的程序（類似與VC++的編程方法）。

    特點6：主動運行程序

    傳統的智能卡只能以slave的身份被動地為master提供service，而無法以client的身份主動地要求slave提供service。這種限制來自于通訊協議和智能卡程序模式等多各方面。顯然，這種模式大大限制了智能卡程序的發展。而理想的模式應該是既支持被動方式，也支持主動方式，既對等模式（Peer to Peer）。NOP支持智能卡主動地運行程序。

    特點7：集成開發環境

    首先，NOP采用面向對象的高級語言（如C++等）開發應用程序；

    其次，NOP為用戶提供集成化的開發環境（包括需求開發、分析、設計、編程、測試等，還包括例子代碼、文檔等）；

    最后，NOP為應用提供多種框架代碼，這不但方便了應用開發，提高了應用程序的質量，而且也增強了整個系統的安全型。

    特點8：安全文件系統

    采用內置文件系統作為可配置多應用的解決方案，為第三方的應用程序提供安全文件系統的支持，并為系統的內部管理提供服務。

    特點9：管理

    以文件系統作為存儲機制，以文件系統的操作作為管理接口，對卡片、程序進行統一的管理，分別包括：卡片平臺管理、應用程序管理、應用程序安裝與卸載管理、應用程序運行管理。

    特點10：安全

    設計時，采用形式化與半形式化的方式進行設計和證明。

    采用多種安全機制，如系統程序和應用程序、應用程序之間的防火墻機制，設置用戶訪問權限，運行中檢測訪問者的身份與權限等。

    進行安全分析和測試。準備安全認證，如CC認證。

    四、NOP智能卡操作系統應用程序集成開發環境 

    五、 NOP智能卡操作系統的安全性

    1.簡單化，在不影響功能和性能的前提下，采用簡單明了的軟件體系結構。

    2.系統化，全面地設計、開發、測試整個系統的安全性。

    3.標準化，采用符合國際標準的方法，如CC，開發與認證系統安全。

    4.此外，其它的安全措施。如通過軟、硬件相結合，提高系統的防攻擊性；如采用多種保護措施（再AES加密等）例如DES加密后。