新一代智能卡操作系統(tǒng)NOP的分析與解讀

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：東信和平智能卡股份有限公司   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月29日

    一、NOP智能卡操作系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)動(dòng)機(jī)

    1、智能卡軟件發(fā)展的三個(gè)階段： 

    說(shuō)明：

    （1）安全性是智能卡軟件的核心問(wèn)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(yīng)用程序我國(guó)企業(yè)已經(jīng)完全掌握了，具有國(guó)際競(jìng)爭(zhēng)性。

    （4）開(kāi)放平臺(tái)由于版權(quán)和技術(shù)的問(wèn)題，在我國(guó)尚未推廣，雖然在國(guó)外已經(jīng)普及，但并沒(méi)有嚴(yán)重影響國(guó)內(nèi)市場(chǎng)。

    （5）智能卡行業(yè)現(xiàn)在正處在一個(gè)全面的產(chǎn)業(yè)升級(jí)階段。

    2、智能卡操作系統(tǒng)的機(jī)遇與挑戰(zhàn)：

    （1）經(jīng)過(guò)十多年的技術(shù)積累，我國(guó)智能卡企業(yè)已經(jīng)基本具備了參與第三次產(chǎn)業(yè)升級(jí)的能力。

    （2）在進(jìn)行第三次產(chǎn)業(yè)升級(jí)的同時(shí)解決第二階段中遺留的問(wèn)題。

    （3）國(guó)外企業(yè)為了重新拉開(kāi)與我國(guó)企業(yè)的差距，最近幾年加大了對(duì)新一代智能卡操作系統(tǒng)的研發(fā)力度。

    （4）新一代智能卡操作系統(tǒng)的復(fù)雜性大大提高，特別是開(kāi)放、并發(fā)的系統(tǒng)安全性。

    二、 NOP智能卡操作系統(tǒng)的歷史

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

    2.NO智能卡操作系統(tǒng)發(fā)展的三個(gè)階段： 

    NOP第一期：理論、工具、和方法研發(fā)。

    （1）理論基礎(chǔ)：密碼學(xué)、信息安全等
    （2）需求開(kāi)發(fā)：挖掘需求，規(guī)范需求，管理需求
    （3）分析設(shè)計(jì)：結(jié)構(gòu)化方法，形式化方法，半形式化方法
    （4）在線調(diào)試：模擬級(jí)，仿真級(jí)，目標(biāo)板
    （5）在線分析：跟蹤、性能、覆蓋率、內(nèi)存分析等
    （6）多處理器：硬件和虛擬機(jī)混合在線調(diào)試與分析

    以上六個(gè)階段為新一代智能卡集成開(kāi)發(fā)所需要的環(huán)境。

    NOP第二期：核心技術(shù)、和新技術(shù)研發(fā)。

    （1）開(kāi)放技術(shù)：硬件的防火墻，微瀏覽器，解釋器，虛擬機(jī)等
    （2）通信技術(shù)：USB，MMC，SWP,HTTP(S),TCP/IP，ISO14443等
    （3）并發(fā)處理：多通道等因素造成并發(fā)性，因此需要同時(shí)處理
    （4）圖形界面：傳統(tǒng)的為APDU命令行方式，現(xiàn)需要圖形化界面
    （5）其它技術(shù)：斷電保護(hù)，補(bǔ)丁，安全文件系統(tǒng)，卡片管理等

    以上技術(shù)可以組合成多種產(chǎn)品。

    三、NOP智能卡操作系統(tǒng)的特點(diǎn)：

    特點(diǎn)1：基于棧和寄存器的面向?qū)ο蟮奶摂M機(jī)

    用戶(hù)可以通過(guò)高級(jí)編程語(yǔ)言開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，通過(guò)虛擬機(jī)執(zhí)行。虛擬機(jī)為基于棧和寄存器的面向?qū)ο蟮慕鉀Q方案，它比其它虛擬機(jī)的時(shí)空效率高出大約20-25%。

    特點(diǎn)2：多個(gè)高速對(duì)外通道

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

    不同種類(lèi)通道的軟件通訊接口采用統(tǒng)一的Socket方式，它不但可以作為輸入輸出的，也可作為網(wǎng)絡(luò)編程、任務(wù)間通訊的統(tǒng)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(kāi)發(fā)人員所熟悉。

    特點(diǎn)3：并發(fā)處理

    由于智能卡的特殊性，針對(duì)不同的系統(tǒng)部件采用不同的并發(fā)處理模式。例如在通訊模塊采用協(xié)作方式，因?yàn)橥ㄓ嵆绦驅(qū)r(shí)間的準(zhǔn)確性要求比較高；在用戶(hù)程序?qū)用娌捎幂喕胤绞?，因?yàn)槊總€(gè)應(yīng)用程序往往需要平等的執(zhí)行機(jī)會(huì)；在系統(tǒng)內(nèi)核和系統(tǒng)服務(wù)層面則采用搶先多任務(wù)方式，這樣，系統(tǒng)程序?qū)⒂懈叩膬?yōu)先級(jí)別，以便更好地管理整個(gè)系統(tǒng)和為應(yīng)用程序提供服務(wù)。

    特點(diǎn)4：網(wǎng)絡(luò)編程

    卡內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧，應(yīng)用程序通過(guò)Socket編程接口進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)編程。Socket接口不僅作為網(wǎng)絡(luò)編程接口，而且作為點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通訊和文件系統(tǒng)訪問(wèn)和任務(wù)間通訊的統(tǒng)一接口。網(wǎng)絡(luò)編程不僅可以實(shí)現(xiàn)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)間的數(shù)據(jù)交換，而且通過(guò)一定的協(xié)議，還可以實(shí)現(xiàn)例如遠(yuǎn)程方法調(diào)用等功能，這樣，可以更好地支持分布式系統(tǒng)。

    特點(diǎn)5：圖形化的人機(jī)界面

    傳統(tǒng)的智能卡只能通過(guò)類(lèi)似于命令行的方式（如APDU)與外界交互。隨著行業(yè)的發(fā)展，和用戶(hù)要求的提高，一個(gè)友好的圖形化用戶(hù)界面對(duì)智能卡程序而言變得越來(lái)越重要。NOP為智能卡程序員提供很方便的開(kāi)發(fā)圖形化界面的程序（類(lèi)似與VC++的編程方法）。

    特點(diǎn)6：主動(dòng)運(yùn)行程序

    傳統(tǒng)的智能卡只能以slave的身份被動(dòng)地為master提供service，而無(wú)法以client的身份主動(dòng)地要求slave提供service。這種限制來(lái)自于通訊協(xié)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(fā)展。而理想的模式應(yīng)該是既支持被動(dòng)方式，也支持主動(dòng)方式，既對(duì)等模式（Peer to Peer）。NOP支持智能卡主動(dòng)地運(yùn)行程序。

    特點(diǎn)7：集成開(kāi)發(fā)環(huán)境

    首先，NOP采用面向?qū)ο蟮母呒?jí)語(yǔ)言（如C++等）開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序；

    其次，NOP為用戶(hù)提供集成化的開(kāi)發(fā)環(huán)境（包括需求開(kāi)發(fā)、分析、設(shè)計(jì)、編程、測(cè)試等，還包括例子代碼、文檔等）；

    最后，NOP為應(yīng)用提供多種框架代碼，這不但方便了應(yīng)用開(kāi)發(fā)，提高了應(yīng)用程序的質(zhì)量，而且也增強(qiáng)了整個(gè)系統(tǒng)的安全型。

    特點(diǎn)8：安全文件系統(tǒng)

    采用內(nèi)置文件系統(tǒng)作為可配置多應(yīng)用的解決方案，為第三方的應(yīng)用程序提供安全文件系統(tǒng)的支持，并為系統(tǒng)的內(nèi)部管理提供服務(wù)。

    特點(diǎn)9：管理

    以文件系統(tǒng)作為存儲(chǔ)機(jī)制，以文件系統(tǒng)的操作作為管理接口，對(duì)卡片、程序進(jìn)行統(tǒng)一的管理，分別包括：卡片平臺(tái)管理、應(yīng)用程序管理、應(yīng)用程序安裝與卸載管理、應(yīng)用程序運(yùn)行管理。

    特點(diǎn)10：安全

    設(shè)計(jì)時(shí)，采用形式化與半形式化的方式進(jìn)行設(shè)計(jì)和證明。

    采用多種安全機(jī)制，如系統(tǒng)程序和應(yīng)用程序、應(yīng)用程序之間的防火墻機(jī)制，設(shè)置用戶(hù)訪問(wèn)權(quán)限，運(yùn)行中檢測(cè)訪問(wèn)者的身份與權(quán)限等。

    進(jìn)行安全分析和測(cè)試。準(zhǔn)備安全認(rèn)證，如CC認(rèn)證。

    四、NOP智能卡操作系統(tǒng)應(yīng)用程序集成開(kāi)發(fā)環(huán)境 

    五、 NOP智能卡操作系統(tǒng)的安全性

    1.簡(jiǎn)單化，在不影響功能和性能的前提下，采用簡(jiǎn)單明了的軟件體系結(jié)構(gòu)。

    2.系統(tǒng)化，全面地設(shè)計(jì)、開(kāi)發(fā)、測(cè)試整個(gè)系統(tǒng)的安全性。

    3.標(biāo)準(zhǔn)化，采用符合國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)的方法，如CC，開(kāi)發(fā)與認(rèn)證系統(tǒng)安全。

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