智能卡操作系統(tǒng)自動測試中的腳本技術(shù)

文章出處：http://botanicstilllife.com 作者：周章慧，王同洋，吳俊軍，張新訪   人氣： 發(fā)表時間：2011年10月07日

    0 引 言

    軟件測試是軟件質(zhì)量保證的關(guān)鍵技術(shù)，在軟件生命周期中占有重要的位置，它的重要性是不能期望通過先進(jìn)的開發(fā)技術(shù)來取代的。近年來隨著軟件規(guī)模的擴(kuò)大，軟件質(zhì)量要求的提高，各企業(yè)越來越希望借助于有效的自動軟件測試來提高測試效率、縮短周期、減少資金投入和降低測試難度。腳本技術(shù)的引入是實現(xiàn)軟件測試自動化的有效手段。測試腳本對測試用例給以形式化的描述，通過腳本代碼的可重用性可以提高測試的可重復(fù)性，大大減少測試人員的工作量，提高軟件測試的質(zhì)量和可維護(hù)性。

    智能卡是帶有微處理器和存儲器等微型集成電路芯片的卡片，被廣泛地應(yīng)用于通信、金融、社保、稅務(wù)、安全、公共事業(yè)等領(lǐng)域。智能卡可以理解為一個微型計算機(jī)，通過內(nèi)部的操作系統(tǒng)可以實現(xiàn)信息存儲和復(fù)雜運算等各樣的功能。智能卡具有標(biāo)準(zhǔn)化、安全性、多樣化、價格低等特點，相對于一般的軟件產(chǎn)品，智能卡產(chǎn)品的測試顯得特別重要 ，智能卡的測試包括卡體、芯片、操作系統(tǒng)的測試，智能卡操作系統(tǒng)是一種軟件，它由智能卡提供商提供給芯片提供商掩膜到芯片中，芯片的生產(chǎn)具有較長的周期，而且必須是大規(guī)模的生產(chǎn)，芯片封裝到智能卡上發(fā)布后，不可能用任何召回活動來替換或重新發(fā)布已經(jīng)大量發(fā)行的卡，這些活動會對發(fā)卡商和發(fā)行商的聲譽造成持久的傷害，代價無法估計。

    1 相關(guān)研究

    Mark Fewster 指出腳本技術(shù)其實是一種編程技術(shù)，建立可維護(hù)腳本的技術(shù)類似于建立可維護(hù)程序，他提出了判斷腳本好壞的原則：易于使用和易于維護(hù)，得出簡單腳本容易建立但維護(hù)成本巨大，但高級結(jié)構(gòu)化腳本建立開銷大卻是易于維護(hù)的結(jié)論，指出腳本應(yīng)該遵守的幾個原則：①有注釋；②可重用；③ 結(jié)構(gòu)上易讀、易理解、易維護(hù)；④ 有文檔。根據(jù)采用的技術(shù)不同，腳本可以分為：線性腳本、結(jié)構(gòu)化腳本、共享腳本、數(shù)據(jù)驅(qū)動腳本和關(guān)鍵字驅(qū)動腳本。

    王明蘭將測試用例描述語言按描述方法分為6類：自然語言、結(jié)構(gòu)化表格、形式化方法、樹表組合符號(treetabularcorn—bined notation，TTCN)、信號描述語言、編程語言、腳本語言、廠家自定義語言。文中列出了現(xiàn)有的一些應(yīng)用較廣泛的測試工具及其使用的測試腳本?？梢钥闯鲚^好的商業(yè)化測試工具的測試腳本是在腳本語言或編程語言的基礎(chǔ)上進(jìn)行擴(kuò)展，添加一些適合于特定應(yīng)用對象測試的描述和實現(xiàn)方法。

    智能卡因為其標(biāo)準(zhǔn)性和安全性方面的要求，卡片發(fā)行方會要求智能卡提供商通過授權(quán)認(rèn)證機(jī)構(gòu)的功能測試和專業(yè)評估機(jī)構(gòu)的安全審查，Integri和ICCSolution等公司為專業(yè)的智能卡測試方案提供商，他們會為智能卡的特定功能(規(guī)范)提供專業(yè)的測試包供卡片提供商、卡片發(fā)行方、專業(yè)認(rèn)證機(jī)構(gòu)選擇購買，Sun公司也為Java卡的虛擬機(jī)、運行環(huán)境、API提供了JCTCK(Javacardtechnologycompatibilitykit)以驗證Java卡是否符合Java卡規(guī)范。lntegfi公司的INQ 采用TTCN進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的形式化描述和組織測試工程，腳本語言叫IBScript([ntegri’S Scrpt language)，它是VBScript的子集同時又進(jìn)行了擴(kuò)展。ICCSolution公司的ICCSimCT 采用了一種面向自然語言的文本文件來表示腳本，如執(zhí)行SDA認(rèn)證可以表示為“DO SDA”，系統(tǒng)將會根據(jù)配置的參數(shù)和規(guī)范指定的流程去執(zhí)行EMV規(guī)范指定的終端靜態(tài)數(shù)據(jù)認(rèn)證。JCTCKt 使用了廣泛應(yīng)用于Java各平臺測試的JavaTestHarness，所有的測試腳本都使用Java語言按照一定接口規(guī)格編寫，把這些測試Applet安裝到Java卡上，就可以通過卡服務(wù)接口來按照指定的格式進(jìn)行訪問，根據(jù)是否得到預(yù)期的響應(yīng)來判斷待測試的功能是否通過。本文根據(jù)當(dāng)前腳本技術(shù)的研究和發(fā)展，結(jié)合智能卡操作系統(tǒng)的特點，提出了測試腳本描述語言(SCML)，并把它應(yīng)用到天喻智能卡測試軟件智能卡大師(smart card master，SCM)中，得到了很好的應(yīng)用。

    2 測試腳本語言SCML的語法定義 

    SCML使用是一種類C的腳本語言，支持APDU命令執(zhí)行，變量，表達(dá)式，函數(shù)，過程以及條件判斷、循環(huán)、跳轉(zhuǎn)等多種流程控制方式。SCML的主要語法定義如下。

    2．1 SCML語句

    <SCML語句>：：=<注釋行>l<智能卡執(zhí)行語句>l<過程定義>{<過程調(diào)用>{<控制語句>
    <注釋行>：：=”；”{<字母>l<數(shù)字>)J空
    <智能卡執(zhí)行語句>：：=<命令標(biāo)識× 命令參數(shù)>
    <命令參數(shù)>：：= {<表達(dá)式>l<十六進(jìn)制數(shù)字串>l<變量標(biāo)識符>}
    <過程定義>：：=procedure<過程名>
    <SCML語句> ．
    endproc
    <過程調(diào)用>：：=call<過程名>
    <控制語句>：：=<賦值語句>j<條件控制語句>j<循環(huán)語句>
    l<無條件跳轉(zhuǎn)語句>l<行標(biāo)識語句>
    <賦值語句>：：=<控制前綴× 變量標(biāo)識符>=<表達(dá)式>
    <條件控制語句>：：：
    <控制前綴>if<條件表達(dá)式>
    <SCML語句>
    [<控制前綴>else if<條件表達(dá)式>
    <SCML語句>]
    [<控制前綴>else 、
    <SCML語句>]
    <控制前綴>endif
    <循環(huán)語句>：：=<for循環(huán)語句>l<do循環(huán)語句>)<while循環(huán)語句>
    <for循環(huán)語句>：：=
    <控制前綴>for(<任選表達(dá)式>；<任選表達(dá)式>；<任選表達(dá)式>)
    <SCML語句>
    <控制前綴>next
    <do循環(huán)語句>：：=
    <控制前綴>do
    <SCML語句>
    <控制前綴>until<條件表達(dá)式>
    <while循環(huán)語句>：：=
    <控制前綴>while<條件表達(dá)式>
    <SCML語句>
    <控制前綴>wend
    <無條件跳轉(zhuǎn)語句>：：=
    <控制前綴>goto<行標(biāo)識>
    <行標(biāo)識語句>：：=
    <控制前綴><行標(biāo)識>：

    2．2 SCML中的表達(dá)式

    <表達(dá)式>：：=H一]<項>{<加法運算符><項>)
    <項>：：=<因子>{<乘法運算符× 因子>)
    <因子>：：=<變量標(biāo)識符>l<常量>l<函數(shù)> ’<表達(dá)式>”)”
    <函數(shù)>：：=”@”<函數(shù)名>({<表達(dá)式>))
    <條件表達(dá)式>：：=<單目條件表達(dá)式>l<關(guān)系表達(dá)式>l<邏輯表達(dá)式>
    <單目條件表達(dá)式>：：=<單目邏輯運算符><條件表達(dá)式>
    <關(guān)系表達(dá)式>：：=<表達(dá)式><關(guān)系運算符><表達(dá)式>
    <邏輯表達(dá)式>：：=<條件表達(dá)式><邏輯運算符><條件表達(dá)式>
    <常量>：：=<數(shù)字>l<字符串>
    <變量標(biāo)識符>：：=”％”<字母串>
    <數(shù)字>：：=OX<十六進(jìn)制數(shù)字串>l<十進(jìn)制數(shù)字串>
    <十六進(jìn)制數(shù)字串>：：=<十六進(jìn)制數(shù)字>{<十六進(jìn)制數(shù)字>}
    <十進(jìn)制數(shù)字串>：：=<數(shù)字>{<數(shù)字>}
    <十六進(jìn)制數(shù)字>：：=<數(shù)字> B|c|D| E|F|a|b|c e|f
    <字符串>：：=<字母>{<字母>l<數(shù)字>) ·
    <行標(biāo)識>：：=<字母串>
    <過程名>：：=<字母串>
    <函數(shù)名2-：：=<字母串>
    <加法運算符>：：=” ” ”
    <乘法運算符2-：：：”
    <關(guān)系運算符>：：：”>”f．f<”j>=f<=j!=
    <邏輯運算符>：：=&&|||
    <單目邏輯運算符>：：=”!”
    <數(shù)字2-：：=0111213141516171819
    <字母>：：=A|B|C|D|...X|Y|Z|a|b|c|d|...x|Y|z
    <控制前綴>：：=<-!

    3 SCML測試腳本的解釋執(zhí)行

    SCML測試腳本是通過兩趟掃描來解釋執(zhí)行的，第一趟掃描完成跳轉(zhuǎn)行號表和腳本控制結(jié)構(gòu)樹的建立，并實現(xiàn)詞法和語法的檢查。SCML中把要處理的語句分為兩種：控制語句及智能卡執(zhí)行語句，第一趟掃描針對的就是控制語句中的行號標(biāo)識語句和流程控制語句。流程控制語句包括條件跳轉(zhuǎn)語句和3類循環(huán)語句。一個流程控制可以用如下的結(jié)構(gòu)來表示：
    class FlowControl{
    Private：
    int m nMethod；／／代表是哪一種流程控制
    intm nLevel；／／嵌套層次，主流程為0，每嵌套一層加1
    boolm bEntered；／／執(zhí)行時使用，用于是否為第一次進(jìn) 入該流程
    ／／對循環(huán)結(jié)構(gòu)有用，默認(rèn)為false，進(jìn)入后變?yōu)閠rue，退出后改為false
   intm nStartPos，nl nEndPos；／／該控制流程的起止位置
    CList<int，int>m 1PosList；／／一個流程塊中間的各個其它控制行位置(如else，else if) }；
    流程控制樹的根節(jié)點為主流程，它代表的是一種順序結(jié)構(gòu)，它的起止位置為該腳本的第一行和最后一行。通過對流程控制樹嵌套結(jié)構(gòu)的檢查可以檢查腳本中控制結(jié)構(gòu)的保留字是否成對出現(xiàn)，是否出現(xiàn)亂嵌套等現(xiàn)象。如for循環(huán)中嵌套條件控制語句，但被嵌套的if和endif尚未成對出現(xiàn)時，語句中就出現(xiàn)了next， 這樣的控制結(jié)構(gòu)就是不符合語法規(guī)則的。完成第一趟掃描后，當(dāng)前的控制流程應(yīng)該為主流程。 

    第2趟掃描為解釋執(zhí)行，實現(xiàn)在SCM程序流程結(jié)構(gòu)的控制下執(zhí)行對應(yīng)的智能卡操作系統(tǒng)指令達(dá)到預(yù)期的智能卡測試目的．首先根據(jù)有無控制前綴判斷當(dāng)前語句是否為控制語句，再根據(jù)流程控制語句的關(guān)鍵字判斷是否為流程控制語句或普通的賦值語句。根據(jù)行號可以從第一趟掃描的流程控制樹中檢索到當(dāng)前的流程控制結(jié)構(gòu)。對應(yīng)的4種流程控制結(jié)構(gòu)的處理實現(xiàn)可以用圖1的流程圖來表示。nl nPos為流程控制處理后將要執(zhí)行語句的行號，該行可能是智能卡命令也可能是另一個流程控制語句。

    4 scML的擴(kuò)展技術(shù)

    SCM中已經(jīng)定義了各類常用的函數(shù)供用戶使用時調(diào)用，包括：字符串處理，各類加解密算法，通信、金融、社保行業(yè)使用的專用算法等，這些函數(shù)已經(jīng)可以滿足一般的使用要求。因為智能卡產(chǎn)品的日新月異，一些新的要求會不斷提出，原有的函數(shù)接口可能無法滿足要求，在不更改主實現(xiàn)程序的情況下，使用動態(tài)組件技術(shù)可以自由的擴(kuò)充需要的函數(shù)，使測試得以順利進(jìn)行。動態(tài)組件是滿足一定的接口規(guī)格的動態(tài)庫，它可以動態(tài)安裝到主程序中并可以卸載，為了防止非法的組件被使用及組件被非法使用，動態(tài)組件采用了授權(quán)技術(shù)，安裝和使用過程中，需要對組件進(jìn)行雙向認(rèn)證授權(quán)，否則無法使用。SCM是一個通用的智能卡測試工具，它可以適用于各類智能卡產(chǎn)品的測試，為了減輕工作人員的負(fù)擔(dān)，系統(tǒng)提供了一系列的命令，命令由命令名稱和命令參數(shù)組成，一個命令包含了一條或多條的APDU，通過命令的執(zhí)行，SCM可以向智能卡發(fā)送預(yù)期的APDU(包括形成APDU的報文參數(shù))并比較卡是否返回預(yù)期的結(jié)果，并利用已經(jīng)得到的結(jié)果(可能包括更前面的命令返回的結(jié)果)來形成下一條APDU或判斷整體命令是否執(zhí)行正確，然后返回該條命令的執(zhí)行結(jié)果。不同規(guī)范的智能卡可能使用同一個命令名稱，但需要執(zhí)行不同的算法和處理流程。為了解決這種問題，采用了面向?qū)ο蠓椒ǖ睦^承和重載思想，子類可以直接使用父類的方法，也可以有自己專用的方法，當(dāng)父類的方法不適用的時候，子類可以對該方法進(jìn)行更改。基礎(chǔ)類為一個通用智能卡類CICCard，它用于處理通用的智能卡測試命令，如參數(shù)P1、P2、P3的測試、測試參數(shù)設(shè)置命令、執(zhí)行結(jié)果比較命令等，其它類型的智能卡都是從此類上派生的，包含了各自的類成員和方法，并對命令處理方法重載。如GSM 網(wǎng)絡(luò)的通信智能卡類CSim是從類CICCard派生的，CDMA網(wǎng)絡(luò)的通信智能卡類CUim是從類CSim派生的。通過派生和重載可以為各種智能卡標(biāo)準(zhǔn)建立各自的命令集，層次清晰，實現(xiàn)簡單。 

 

    5 組織SCML測試腳本實現(xiàn)測試自動化

    通過單個的SCML~0試腳本可以實現(xiàn)一項或多項測試用例的測試，把多個測試腳本按照一定的規(guī)則組合在一起就可以實現(xiàn)整個智能卡各項功能的測試并實現(xiàn)自動化。SCM 中一個或多個測試腳本和其它測試相關(guān)內(nèi)容(如案例名稱、案例描述等)一起構(gòu)成了一個測試案例，測試案例通過樹狀的結(jié)構(gòu)組合在一起就形成了層次的測試包，一個測試包用以代表一類功能的測試案例的集合，多個測試包再加上測試的一些配置條件就形成了測試工程，通過對測試工程的執(zhí)行就實現(xiàn)了對一類智能卡的完整性測試。測試過程中可以自動進(jìn)行測試輪次的管理并自動記錄每輪中的測試細(xì)節(jié)信息，用戶可以查看單個測試案例的執(zhí)行歷史情況也可以動態(tài)統(tǒng)計測試工程中案例的執(zhí)行通過、失敗的情況，并可以對各類分布情況進(jìn)行匯總。測試執(zhí)行完成后，用戶就可以同步得到一份內(nèi)容可詳可簡的測試報告。

    圖2為利用SCM 進(jìn)行一種中國移動的通信卡測試過程中的截圖。 

    6 結(jié)束語

    SCML測試腳本簡潔易讀、結(jié)構(gòu)清晰、易于維護(hù)、便于擴(kuò)展，此種腳本語言格式及處理機(jī)制已經(jīng)應(yīng)用到武漢天喻信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司的智能卡通用測試工具中，并實際應(yīng)用到各類智能卡產(chǎn)品的測試中，實現(xiàn)了測試平臺的統(tǒng)一并實現(xiàn)了過程自動化，為公司的產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定、可靠起到了實際的作用。
 
    (文/華中科技大學(xué)機(jī)械學(xué)院，武漢天喻信息產(chǎn)業(yè)股份有限公司 周章慧，王同洋，吳俊軍，張新訪)