智能卡支付終端設計實例
文章出處：http://hz-huyue.com 作者： 人氣： 發表時間：2011年12月12日
本應用筆記介紹了一個基于DS8007多協議雙智能卡接口芯片和DS5002安全微控制器的智能卡支付交易系統。該系統可實現基本的智能卡存款、取款交易以及卡的初始化功能。雖然系統沒有進行任何與“實際”支付交易系統有關的安全測試，但這里演示的功能對于此類系統極具代表性。
演示中使用的硬件是DS8007評估(EV)板。該評估套件提供了一個方便的、經過驗證的平臺，用于測試基于DS8007器件的智能卡操作。評估板包括：作為主處理器的DS5002安全微控制器、一個2行20字符的液晶顯示(LCD)模塊、兩個智能卡插槽(分別為信用卡尺寸和SIM尺寸)。此外還提供一個DB-9連接器，用于通過RS-232串行接口傳輸信號。使用本公司的微控制器工具包(MTK)軟件(下載)，用戶可將PC與RS-232口連接下載程序或數據文件，也可以與應用系統通信。評估板還包括512k x8的電池備份SRAM，用于存儲程序和數據信息。DS5002安全處理器為電池備份的SRAM提供電源檢測和控制電路。
開發該應用系統使用的軟件工具集是Keil公司的PK51專業開發工具套件，包括μVision3集成開發環境(IDE)和CX51 ANSI C編譯器。PK51包提供匯編器、連接器、仿真器和調試器的完整開發環境。它生成的十六進制文件可使用MTK軟件直接從PC下載到DS8007評估板。
應用實例
本應用筆記提供的交易功能可看作是應用筆記4036：利用DS8007評估套件進行設計中描述的低層功能之上的附加層。
本交易實例可執行和正確管理應用協議數據單元(APDU)的發送和接收。APDU由ACOS3智能卡EMV規范定義。通過生成和發送適當的APDU并處理其可能的響應，可演示典型的支付交易操作。
用于本應用系統的C語言源代碼可提供下載，文件名為AN4120_SW.zip。前面提到的應用筆記4036中的代碼是這些交易實例的核心，它提供DS8007的所有基本接口/驅動函數和所有直接的低層智能卡接口函數。AN4036中的代碼也在相同的網址提供下載，文件名為AN4036_SW.zip。
交易實例詳述
為創建一組有代表性的交易功能，本實例實現了三種主要的智能卡操作：
* 取款交易，即扣除信用卡余額
* 存款交易，即增加信用卡余額
* 信用卡初始化交易，將信用卡余額和交易次數設定為初始值
卡中初始金額為$100.00，初始交易次數在初始化交易過程中被設定為1。為簡化實例，每次存款、取款交易都固定在信用卡余額中增加或扣除$10.00。
為了提供一個合理的演示，首先要考慮的是如何利用DS8007評估板上的資源建立一個用戶接口。由于設計目標之一是無需借助其它設備就能單機運行，因此評估板上的RS-232串口不能作為用戶接口。最方便作為用戶輸入接口的硬件是開關SW4，當該開關按下時，會將處理器的端口引腳P3.2下拉至地電平。P3.2是一個多功能端口引腳，還可用作外部中斷輸入(INT0)。但是本應用實例軟件中不使能該中斷，因此，引腳P3.2通常由處理器的引腳驅動電路上拉到高電平，按下開關SW4時通過一個1kΩ電阻拉至低電平。應用系統可簡單通過讀取該引腳的電平檢測開關是否閉合。
板載LCD模塊可作為用戶接口的輸出器件。DS8007評估板的LCD模塊是一個2行20字符的顯示器。它包含液晶驅動電路，并為處理器提供8位并行接口。通過向模塊寫入必要的控制和字符就可進行顯示操作，由模塊管理實際的LCD。
用戶完成一次輸入，軟件就以重復順序在LCD上顯示三種可能的交易類型供用戶選擇。按下開關SW4時，軟件執行選中的交易。
智能卡詳述
本應用實例中選用的智能卡是香港Advanced Card Systems Limited(ACS)公司生產的ACOS3卡。該卡內含嵌入式處理器，運行ACS智能卡操作系統版本3 (ACOS3)的操作系統，具有如下特性：
* 16kB應用數據EEPROM存儲器
* 符合ISO 7816-1/2/3標準，T=0協議
* 兼容數字加密標準(DES)、3DES和信息驗證能力(MAC)
* 5個安全碼+發行密碼
* 卡持有者可更新PIN碼
* 密鑰對相互驗證
* 會話密鑰采用隨機數字
* 線性文件具有固定的記錄長度
* 帳戶數據結構可實現安全支付應用系統
* ACOS3性能的全部說明可在ACS網站上找到。對于本應用實例，沒有使用智能卡的任何安全功能，只使用其文件結構和EEPROM存儲空間。
智能卡存儲空間
本交易實例中，選用的智能卡必須包含一定的非易失存儲器空間，用于保存信息。僅有兩個數值保存在卡中：記錄成功處理的交易次數的"計數器"和虛擬帳戶的"余額"。對于該計數器，選用1個字節的無符號數，它可表示0至255次交易數。對于余額，選用16位整數，可表示數值-32,768至+32,767。這種方式允許用戶透支卡中的可用余額(即產生負的余額)。因此，本實例中總共需要3個字節的非易失存儲器。
ACOS3的文件結構
制造ACOS3卡時，其16kB EEPROM存儲器劃分成內部數據存儲區和用戶數據存數區兩部分。內部數據存儲區保存配置數據，通常被操作系統用于管理特定的功能。用戶數據存儲區保存"實際"交易控制下正常使用智能卡的操作數據。在本實例代碼中，只使用內部數據存儲區，后續討論中將重點關注內部數據存儲區。
不論是內部數據存儲區還是用戶數據存儲區，訪問ACOS3卡的存儲器都要通過數據文件和數據記錄進行。每個數據文件都由一定數量的數據記錄組成，最多可達255個。不同數據文件的記錄長度可以不同，但對于給定的數據文件其記錄長度總是固定的。內部數據文件的文件結構(文件大小、記錄長度等)由操作系統定義且不能更改，但對于用戶數據存儲區，可由卡發行人在進行個性化智能卡設置時確定其文件結構。為簡單起見，只使用卡中已有的內部數據文件系統，不再生成一個專門的用戶數據文件系統。
所有文件都可通過ACOS3的讀記錄和寫記錄命令進行訪問。這些命令發送到智能卡，而任何響應都會被應用筆記4036中提供的APDU函數接收。每個文件都由2字節的文件標識符來識別。對于所有內部數據文件，標識符的第一個字節固定為0xFF。表1列出了內部數據文件的文件名、文件標識符和記錄結構。
個性化文件ID=0xFF 0x02，包含三個記錄共12字節，各記錄的長度為4個字節。第一個記錄包含智能卡中某些選項的配置信息，而第二和第三個記錄則沒有預先定義。因此，這兩個記錄被用于保存本應用實例中智能卡的交易次數和帳戶余額。雖然單個記錄具有足夠的存儲空間(4個字節)來保存交易次數和帳戶余額所需的三個字節，但這兩個數據還是存儲在不同的記錄中以便操作。這也使得增大這兩個數據的值成為可能。交易次數存儲在記錄2的第一個字節，而帳戶余額則存儲在記錄3的前兩個字節，高字節在前(大端)。
ACOS3命令結構
ACOS3卡有13條基本命令，本應用實例中主要用到其中的三條命令。它們分別是文件選擇、讀記錄和寫記錄命令。這三條命令都將在后面進行說明。ACOS3卡的所有命令都符合EMV規范描述的應用協議數據單元(APDU)的格式。APDU的一般格式包括如下幾部分：
* CLA命令類
* INS指令代碼
* P1指令參數1
* P2指令參數2
* Lc(P3)命令數據域給出的字節數(可選)
* 命令發送數據字節中的數據序列
* Le應答中數據域所期望的數據字節最大長度(可選)
文件選擇命令
文件選擇命令可打開文件，從而讀/寫文件的記錄。它是一個7字節命令，格式為：
個性化文件是本應用中用到的唯一文件(見表1)，它的文件ID 0xFF 0x02為命令的最后兩個字節。與所有ACOS3命令一樣，執行成功后返回2字節狀態信息，其數值為0x90 0x00。若返回任何其它數值則表明命令執行錯誤。在前面提到的ACS網站上，ACOS3參考手冊中列出了所有可能的錯誤狀態字節及其含義。
讀記錄命令
讀記錄命令可從當前所選文件的已識別記錄中讀取指定數量的字節。它是一個5字節命令，格式為：
可以看出，該命令包含兩個可變字節：一個字節指示記錄號，另一個字節指示要從指定記錄中讀取的字節數(長度)。在本應用實例中，每次都讀取個性化文件記錄的全部四個字節，因此長度固定為0x04。若讀記錄命令執行成功，將返回6字節數據：記錄中存儲的4字節信息，2字節狀態信息。若返回的狀態字節數值不是0x90 0x00，則表明命令執行錯誤，應丟棄返回的數據。
寫記錄命令
寫記錄命令可向當前所選文件的指定記錄寫入數據。該命令的長度可以隨著要寫入的字節數變化。在本實例中，每次都寫入4個字節，因此該命令具有如下所示的格式：
可以看出，該命令總共包含6個可變字節；一個字節指示記錄號(0至N-1)，另一個字節指示要寫入的字節數(長度 = 0x04)，此外還有四個數據字節。若寫記錄命令執行成功，將返回兩字節狀態信息(執行成功時返回0x90 0x00)。
裝載可執行文件
DS8007評估板出廠時已裝有本智能卡交易實例的軟件。若要驗證是否安裝了該軟件，可以給評估板通電然后觀察顯示屏。如果顯示屏上出現"在下面的大插槽中插入智能卡" (圖1)，則表明已經加載了程序。如果沒有顯示這條信息，則可通過MTK軟件將交易軟件裝載到板上的電池備份SRAM中。應用筆記4036 (參看上文)說明了如何裝載應用程序。要裝載的文件為Trans.hex，包含在AN4120_SW.zip中，可從上面提到的ftp網站下載。
在安裝完交易軟件并斷開引導加載程序之后，處理器就立即開始運行應用程序。如果評估板此時仍然連接至PC，則MTK屏幕上會顯示應用程序的RS-232串行輸出。這些信息可用于分析和調試，但可以忽略。用戶應按照LCD模塊上顯示的指令進行操作。如果必要，可分析源代碼以確定串行輸出的含義。
插入智能卡后，LCD上會短暫的顯示智能卡的當前交易次數和帳戶余額。然后，LCD上就開始循環顯示交易選項 — 取款、存款和智能卡初始化，大約每兩秒鐘按順序變化一次。當期望的交易選項出現時，按下SW4開關就可執行該項交易。這時LCD上會顯示交易執行情況。之后顯示交易完成信息，指示用戶取下智能卡。此時，交易選項將循環顯示，等待智能卡插入。
結束語
本應用筆記介紹一個基于DS8007多協議雙智能卡接口芯片和DS5002安全微控制器的智能卡支付交易系統。系統中使用具有16kB EEPROM存儲器的ACOS3智能卡，并利用它的讀記錄和寫記錄命令將信息存儲到非易失存儲器中。反饋信息通過板載的2行20字符LCD提供給用戶。系統可實現存款、取款交易和智能卡初始化功能。提供源代碼文件下載，可以此為基礎開發真正的支付交易系統。
