适用于 .NET 的智能卡框架

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引言

在 第一部分 中，我描述了如何使用 C# 编写一组类来封装 Windows 的 PC/SC API。PC/SC 是一组用于与智能卡通信的 API。即使这些类比 PC/SC 函数更容易使用，您仍然需要编写一些不总是易于理解的代码。与智能卡的通信使用一种名为 APDU 的协议来向卡发送命令，这些命令被称为 APDU 命令。我提出的框架旨在简化智能卡应用程序的开发。大多数情况下，您需要链接多个命令来执行诸如读取或写入文件之类的操作。通过我在此描述的框架，您可以轻松地链接命令，然后使用 XML 描述来描述应用程序的智能卡元素。

背景

本文假设您已阅读了本文的 第一部分，并且对 XML 有一定的了解。即使不是必需的，对智能卡编程的基本了解也会有所帮助。

APDU 命令协议

大多数人都有手机，因此每天都在使用智能卡。例如，当您在手机上输入 PIN 码或读取 SIM 卡目录中的电话号码时，您的手机会向卡发送一组命令来执行操作。APDU 命令是一组发送到卡的字节，卡将以一个代码并可能以您想要读取的数据进行响应。

APDU 命令描述

APDU 命令基本上由以下字节组成

卡将以字节数组响应命令。

APDU 命令总是返回至少两个字节，即状态字节。当命令返回一些数据时，状态字节是命令返回的最后两个字节。

有五种不同的配置用于向卡发送命令。它们分为两组：发送数据的命令和接收数据的命令。

发送数据的 APDU

无数据发送，无数据接收

将数据发送到卡

如果 datalgth = 0，则发送 256 字节到卡。

在正常执行中，这些命令将以 9000 或错误代码响应。

接收数据的 APDU

接收已知长度的数据

接收未知长度的数据

当命令请求卡返回未知字节数的数据时，您必须首先发送长度为 0 的命令以获取卡将返回的字节数。然后，您可以使用小于或等于给定长度的请求长度调用 GET RESPONSE 命令。

1 - 以请求长度 0 发送命令。

2 - 发送 GET RESPONSE，req_lgth < lgth。

发送数据和接收已知或未知长度的数据

这种情况与前一种非常相似。区别在于您首先发送一个将数据传输到卡的命令。该命令以 9FXX 代码进行响应，其中 XX 表示使用 GET RESPONSE 命令可以读取的最大数据长度。

1 - 将数据发送到卡

2 - 发送 GET RESPONSE，req_lgth < lgth。

SIM 卡命令

可以发送到 SIM 卡的命令在名为 3GPP TS 11.11 (又名 GSM 11.11) 的规范中有描述。我不会在此描述所有命令和 SIM 卡文件。如果您对此感兴趣，可以在 此处 找到 GSM1111 的版本。

以下是 SIM 卡命令的简短列表

GSM 的类字节是 **A0**，S 表示数据发送到卡，R 表示数据从卡接收。所有字节值均以十六进制给出。

现在，让我们看看如何编写一个 XML 框架来简化智能卡应用程序的编写。

APDU 命令的 XML 框架

基本思想是提供一个简单灵活的 XML 框架来描述 APDU 命令，并编写一个可以是一系列命令或序列的应用程序。命令是描述的原子单元，它可以单独使用，也可以从序列中使用，如果需要将参数传递给命令本身。

APDU 命令

原子 APDU 命令由 XML 元素表示。APDU 命令被组装在 ApduList 文档中。ApduList 和 Apdu 元素由以下模式定义

<xs:schema attributeFormDefault="unqualified" 
        elementFormDefault="qualified" 
        xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema">
  <xs:element name="ApduList">
    <xs:complexType>
      <xs:sequence>
        <xs:element maxOccurs="unbounded" name="Apdu">
          <xs:complexType>
            <xs:attribute name="Name" type="xs:string" use="required" />
            <xs:attribute name="Class" type="xs:string" use="required" />
            <xs:attribute name="Ins" type="xs:string" use="required" />
            <xs:attribute name="P1" type="xs:unsignedByte" use="required" />
            <xs:attribute name="P2" type="xs:unsignedByte" use="required" />
            <xs:attribute name="P3" type="xs:string" use="required" />
            <xs:attribute name="Data" type="xs:string" use="optional" />
          </xs:complexType>
        </xs:element>
      </xs:sequence>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
</xs:schema>

命令文件包含一组预定义的 APDU 命令。在加载 APDU 命令列表后，可以通过名称播放命令。有不同类型的命令；有些命令可以单独播放，有些需要使用前一个命令的结果。

当 P3 参数表示命令的预期数据长度时，其值可以是前一个命令调用的结果，或者命令必须重播以获取此可变值。以下是参数接受的语法，用于处理此情况

P3 = "R,0:SW1?xx"

R 表示在第一次调用 P3=0 后，必须在 SW1 值满足条件的情况下重播命令。如果 SW1 == xx，则命令将以 P3 = SW2 重播。

<Apdu Name="Get OTP ID" Class="A0" Ins="1A" 
     P1="80" P2="2" Lc="0" Le="R,0:SW1?6C" Data="" />

P3 = "R,xx:DRyy"

R 表示必须重播命令，但这次没有条件。第一次调用时，P3 = xx，然后命令重播为 P3 = xx + RespData[yy]（响应数据的第 yy 个数据，第一个数据索引在规范中为 1）。

<Apdu Name="Get Status" Class="A0" Ins="F2" P1="0" 
      P2="0" Lc="0" Le="R,13:DR13" Data="" />

P3 = "SW2"

如果上一个命令的调用中的 SW1 == 0x9F，则使用上一个命令的 P3 = SW2 来播放此命令。

<Apdu Name="Get Response" Class="A0" Ins="C0" P1="0" P2="0" P3="SW2" />

P3 = "DRxx"

如果前一个命令有数据，则 xx 用作响应数据中的索引以获取 P3 的值。Le = RespData[xx]。

<Apdu Name="Read Binary" Class="A0" Ins="B0" P1="0" P2="0" P3="DR15" />

命令序列

命令序列用于链接原子 APDU 命令或序列。序列可以使用传递给其组成命令的参数。SequenceList 描述了一组可以在应用程序中调用的 Sequence 元素。以下模式描述了 Sequence 元素的 SequenceList

<xs:schema attributeFormDefault="unqualified" 
        elementFormDefault="qualified" 
        xmlns:xs="http://www.w3.org/2001/XMLSchema">
  <xs:element name="SequenceList">
    <xs:complexType>
      <xs:sequence>
        <xs:element maxOccurs="unbounded" name="Sequence">
          <xs:complexType>
            <xs:sequence>
              <xs:element maxOccurs="unbounded" name="Command">
                <xs:complexType>
                  <xs:attribute name="Apdu" 
                        type="xs:string" use="optional" />
                  <xs:attribute name="P2" 
                        type="xs:unsignedByte" use="optional" />
                  <xs:attribute name="Data" 
                        type="xs:string" use="optional" />
                  <xs:attribute 
                        name="Sequence" type="xs:string" use="optional" />
                  <xs:attribute name="P1" 
                        type="xs:string" use="optional" />
                </xs:complexType>
              </xs:element>
            </xs:sequence>
            <xs:attribute name="Name" type="xs:string" use="required" />
            <xs:attribute name="PIN" type="xs:string" use="optional" />
            <xs:attribute name="Record" 
                        type="xs:unsignedByte" use="optional" />
          </xs:complexType>
        </xs:element>
      </xs:sequence>
    </xs:complexType>
  </xs:element>
</xs:schema>

Sequence 元素允许您将参数传递给命令或其他 Sequence。Sequence 使用一个子元素 Command。Command 用于调用带有或不带参数的 APDU。当在 Command 中提供参数时，它将覆盖 APDU 元素的默认参数。

例如，如果您想验证 PIN 码，可以使用以下 Sequence

<Sequence Name="Verify CHV1" PIN="FFFFFFFFFFFFFFFF">
  <Command Apdu="Verify CHV" P2="1" Data="PIN"/>
</Sequence>

用于调用此序列的类允许您为 PIN 参数提供一个值。当 Command 被执行时，参数 Data 将获得为参数 PIN 提供的​​值。Sequence 参数可以取任何名称。在此版本中，参数的值是一个字符串，表示一组字节值。

SequenceParameter seqParam = new SequenceParameter();

// Process Apdu: VerifyCHV
Console.WriteLine("Sequence: Verify CHV1");

seqParam.Add("PIN", "31323334FFFFFFFF");
apduResp = player.ProcessSequence("Verify CHV1", seqParam);
Console.WriteLine(apduResp.ToString());

/// <summary>
/// Process a simple APDU command, Parameters
/// can be provided in the APDUParam object
/// </summary>
/// <param name="command">APDU command name</param>
/// <param name="apduParam">Parameters for the command</param>
/// <returns>An APDUResponse object with the response of the card </returns>
public APDUResponse ProcessCommand(string apduName, APDUParam apduParam);

/// <summary>
/// Process an APDU sequence and execute each
/// of its commands in the sequence order
/// </summary>
/// <param name="apduSequenceName">Name of the sequence to play</param>
/// <param name="seqParam">An array of SequenceParam
/// object used as parameters for the sequence</param>
/// <returns>APDUResponse object of the last command executed</returns>
public APDUResponse ProcessSequence(string apduSequenceName, 
                    SequenceParameter seqParam);

PhoneNumber phone = new PhoneNumber(apduResp.Data);
Console.WriteLine("ADN n°" + nI.ToString());
Console.WriteLine(phone.ToString());