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适用于 .NET Compact Framework 的智能卡框架

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2007年1月30日

CPOL

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本文介绍了一个框架，用于在 PocketPC 上的 .NET 中使用 PCSC 智能卡 API。

引言

在我之前几篇文章中，我介绍了一个 .NET API 和一个简单的 XML 框架，用于为 .NET 环境编写智能卡应用程序。当我最初开发这个框架时，我也制作了一个 Compact Framework 版本，特别是针对 PocketPC 的。由于收到读者关于 CE 版本的请求，我决定写这篇短文介绍它。我建议您先阅读我的另外两篇文章，A .NET API for PC/SC 和 An XML framework for Smart card application，因为我只描述了 CF 版本与完整 .NET 2.0 版本相比的主要区别。

一个简单的智能卡框架

智能卡类的 CF 版本与我之前介绍的版本非常相似。您可以在下面找到用于管理卡通信和命令格式的接口和基类。

public interface ICard
{
    string[] ListReaders();
    void Connect(string Reader, SHARE ShareMode, 
                 PROTOCOL PreferredProtocols);
    void Disconnect(DISCONNECT Disposition);
    APDUResponse Transmit(APDUCommand ApduCmd);
}

APDUCommand 和 APDUResponse 类用于发送命令并从卡获取响应。SHARE, <code>PROTOCOL 和 DISCONNECT 是 PC/SC 使用的常量枚举。

public class APDUCommand
{
    public APDUCommand(byte bCla, byte bIns, byte bP1, byte bP2, 
                       byte[] baData, byte bLe);
    public void Update(APDUParam apduParam);
    public override string ToString();
    public byte    Class;
    public byte    Ins;
    public byte    P1;
    public byte    P2;
    public byte[]  Data;
    public byte    Le;
}
    
public class APDUResponse
{
    public APDUResponse(byte[] baData);
    public byte[]    Data;
    public byte    SW1;
    public byte    SW2;
    public ushort    Status;
    public override string ToString();
}

PocketPC 版本不提供任何事件管理，并且与 PC 版本不同的是，没有使用 PC/SC 的 COM 版本实现，因为 CE 上不存在 COM 版本，而且 Compact Framework 也不支持 COM 互操作。

因此，ICard 接口的唯一实现是 NativeCard 类，该类使用 .NET 的本地互操作功能。

CardNative：一个使用 P/Invoke 的本地互操作实现类

平台调用机制 (P/Invoke) 是一个非常强大的机制，它提供了对 Win32 平台 API 的完全访问。 .NET 框架提供了一整套类，您可以使用它们来实现调用 .NET 中的 Win32 函数所需的任何封送操作。这些类定义在 System.Runtime.InteropServices 程序集中，您只需要将其导入您的程序中。P/Invoke 机制即使有点复杂，也比 Java 的 JNI 机制方便得多。所有原子类型，如 int、byte、long 等，都会被编译器自动封送。byte[] 也会被自动封送为输入或输出参数。当您需要处理更复杂的参数时，如字符串、结构体或指向结构体的指针，.NET 提供了一系列封送类，在封送参数时可以在您的程序中用作属性或对象。为了开发 CardNative 类，我不需要开发任何额外的代码来使用 PC/SC API，所有代码都在源文件 CardNative.cs 中。当您想使用 Win32 API C 函数时，您需要在类中使用 System.Runtime.InteropServices 程序集提供的互操作属性来声明该函数。一旦您声明了函数，就可以像使用任何 C# 方法一样在您的类中使用它。以下代码示例说明了这种机制。

PC 版本和 PocketPC 版本之间的主要区别在于 PC/SC 函数位于不同的 DLL 中，并且除了字节数组之外，通过指针传递的参数不会自动封送。Compact Framework 也不提供一些内存分配函数，您需要使用 C 的原生函数。

您需要导入的内存函数。

[DllImport("coredll.dll", SetLastError=true)]
internal static extern IntPtr    LocalAlloc(UInt32 uFlags, UInt32 uBytes);

[DllImport("coredll.dll", SetLastError=true)]
internal static extern IntPtr LocalFree(IntPtr hMem);

PC/SC 原生函数的声明

[DllImport("scardce.dll", SetLastError=true, CharSet=CharSet.Auto )]
internal static extern int SGCardListReaders(UInt32 hContext, 
                          IntPtr mszReaders, out UInt32 pcchReaders);

[DllImport("scardce.dll", SetLastError=true)]
 internal static extern int SGCardEstablishContext(UInt32 dwScope, 
                                                   IntPtr phContext);

[DllImport("scardce.dll", SetLastError=true)]
internal static extern int SGCardReleaseContext(UInt32 hContext);

[DllImport("scardce.dll", SetLastError=true, CharSet=CharSet.Auto)]
internal static extern int SGCardConnect(UInt32 hContext, 
    byte[] szReader, 
    UInt32 dwShareMode, 
    UInt32 dwPreferredProtocols,
    IntPtr phCard, 
    IntPtr pdwActiveProtocol);

[DllImport("scardce.dll", SetLastError=true)]
internal static extern int SGCardDisconnect(UInt32 hCard, 
                                            UInt32 dwDisposition);

[DllImport("scardce.dll", SetLastError=true)]
internal static extern int SGCardTransmit(UInt32 hCard, 
    [In] ref SCard_IO_Request pioSendPci, 
    byte[] pbSendBuffer,
    UInt32 cbSendLength,
    IntPtr pioRecvPci,
    [Out] byte[] pbRecvBuffer,
    out UInt32 pcbRecvLength);

如果您查看 PC/SC 函数的声明，您会注意到与 PC 声明存在一些差异。例如，字符串没有自动封送，您需要将其作为字节数组处理。其余的声明是相同的。

以下代码展示了如何将字符串传递给 PC/SC 函数 SCardConnect。

public void Connect(string Reader, SHARE ShareMode, 
                    PROTOCOL PreferredProtocols)
{
    IntPtr    hCard = IntPtr.Zero;
    IntPtr    pProtocol = IntPtr.Zero;

    try
    {
        if (m_hContext == 0)
            EstablishContext(SCOPE.User);

        // Allocate the memory to receive the pointer's data
        hCard = LocalAlloc(0, (UInt32) Marshal.SizeOf(m_hCard));
        pProtocol = LocalAlloc(0, (UInt32) Marshal.SizeOf(m_nProtocol));

        // Get a byte array version of the string 
        byte[] baReader = Encoding.Unicode.GetBytes(Reader);
        m_nLastError = SGCardConnect(m_hContext, 
            baReader, 
            (uint) ShareMode, 
            (uint) PreferredProtocols, 
            hCard,
            pProtocol);

        if (m_nLastError != 0)
        {
            string msg = "SCardConnect error: " + m_nLastError;

            throw new Exception(msg);
        }

        m_hCard = (uint) Marshal.ReadInt32(hCard);
        m_nProtocol = (uint) Marshal.ReadInt32(pProtocol);
    }
    catch
    {
        throw;
    }
    finally
    {
        LocalFree(hCard);
        LocalFree(pProtocol);
    }
}

这段代码非常有趣，因为它展示了 PC 版本和 PocketPC 版本之间存在的所有差异。除了字符串管理之外，您可以看到，要获取卡句柄 (m_hCard) 和协议 (pProtocol)，您首先需要使用原生分配函数分配内存来获取它们。在函数退出时，如果成功，您然后需要像 PC 版本一样，从内存中获取数据。

演示应用程序：PocketPC 的 Exchange APDU 应用程序

当使用应用程序中的 ICard 接口时，与 PC 版本几乎没有区别，除了 .NET Compact Framework 存在的一些限制。

我设计了一个简单的 Exchange APDU 应用程序，它使用了我旧版本的 APDUList.xml（APDU 声明有一些小的差异）。您可能遇到的唯一问题是市场上可用的智能卡读卡器不多。我开发这个应用程序使用的是嵌入 SD 卡的智能卡以及插入 SD 卡槽的小型智能卡读卡器。我知道 iPaq 也有一个扩展，可以插入 PCI 智能卡读卡器。

这是使用 Visual Studio 模拟器截取的屏幕截图，不幸的是，该模拟器无法连接 PC 的智能卡读卡器。

关注点

这篇短文展示了在 PC 或 PocketPC 上开发相同类型的应用程序时可能存在的差异。即使差异比使用 C++ 等语言时要小，但由于 CF 是 .NET 框架的子集，并且互操作支持并未完全实现，因此要达到相同的功能级别可能会相当困难。

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