在 Windows 应用商店应用中使用智能卡

orouit

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2013 年 2 月 5 日

CPOL

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本文介绍了一种访问 WinRT 中不可用的 API 和资源的方法。

介绍

不久前，我曾尝试将我的 .NET 智能卡框架移植到 C++ 的 WinRT 组件。由于我在智能卡技术和 COM 组件方面都有一些经验，因此我认为这是一个有趣的练习。

因此，我使用 C++/CX 创建了一个简单的 WinRT 组件项目，以允许 Windows 应用商店应用程序访问智能卡功能。在 C++ 应用程序中，您可以包含 winscard.h，这样就可以访问 PC/SC API 与卡进行通信。不幸的是，如果您在 Windows 应用商店项目中使用此方法，所有智能卡 API 定义都会被 Microsoft 禁用。

我从 Microsoft 得到了关于我在 .h 源文件中发现的内容的确认。出于我并不真正理解的原因，在 Windows 应用商店应用程序或库中，根本无法使用标准的 PC/SC API 访问智能卡。

但是，我有点固执，在尝试做某事时不会轻易放弃。Windows 8 仍然可以在所谓的 Windows 桌面模式下运行旧版 Windows 应用程序。我完全可以在 Windows 8 的桌面模式下运行我的 .NET 智能卡框架应用程序，因此我有一个简单的想法。如果我可以在桌面模式下运行一个 WCF 服务，并通过 WinRT 组件使用这个 WCF 服务，那么我就有了一个解决方案来构建 Windows 应用商店应用的智能卡组件……到目前为止，Microsoft 还没有禁用 WinRT 中的 WCF，因为访问云仍然非常需要它！

在之前的一篇文章中，我介绍了我 .NET 智能卡框架的 WCF 包装器。这个练习对于 Windows 7 或 XP 来说意义不大，因为 PC/SC 支持智能卡，但它目前是从 Windows 应用商店应用访问智能卡的唯一方法。

图 1：组件交互图

连接到 WCF 智能卡服务的 WinRT 组件

智能卡是一种相对慢的设备，因此 WCF 服务引入的开销几乎无法察觉，特别是使用 Net TCP 或 Named Pipe 等二进制绑定时。WCF 智能卡服务在之前的文章中已有介绍。它托管在一个需要系统启动时才能启动的 Windows 窗体应用程序中。Windows 7 和 Windows 8 在 Windows 服务中运行时对智能卡访问有限制，因此需要将其托管在 Windows 应用程序中，最终也可以是控制台应用程序。

该服务有一个 **MEX** 端点，因此很容易创建客户端组件。对于 WinRT 组件，我选择了 NetTcp 绑定，因为在导入引用时，它会创建一切，您只需调用一个无参数的构造函数即可实例化 WCF 客户端。如果您想使用 NamedPipe 绑定，则需要使用绑定和终结点地址来实例化 WCF 客户端。我在控制台测试应用程序中测试了这两种绑定，未能注意到这两种绑定之间存在任何性能差异。

WinRT 包装器的代码如下：

/// <summary>
/// This is a simple component to manage a smartcard
/// 
/// Method are made synchronous because the service on the local machine and a smartcard
/// although not very fast is a quite responsive device..
/// </summary>
public sealed class Smartcard
{
    private SCardService.RemoteCardClient cardClient = null;
    private const int TIMEOUT = 10000;

    public Smartcard()
    {
	// Create an instance of the 
	cardClient = new SCardService.RemoteCardClient();
    }

    /// <summary>
    /// Gets the list of readers
    /// 
    /// REM: This method is not really at its place and should be in a seperate 
    /// component. Maybe later if I have some time
    /// </summary>
    /// <returns>A string array of the readers</returns>
    public string[] ListReaders()
    {
	Task<ObservableCollection<string>> readers = cardClient.ListReadersAsync();

	try
	{
	    return readers.Result.ToArray();
	}
	catch (AggregateException ax)
	{
	    throw new Exception(ProcessAggregateException(ax));
	}
    }

    /// <summary>
    /// Connects to a card. Establishes a card session
    /// </summary>
    /// <param name="Reader">Reader string</param>
    /// <param name="ShareMode">Session share mode</param>
    /// <param name="PreferredProtocols">Session preferred protocol</param>
    public void Connect(string reader, SHARE shareMode, PROTOCOL preferredProtocols)
    {
	try
	{
	    cardClient.ConnectAsync(reader, (SCardService.SHARE)shareMode, (SCardService.PROTOCOL)preferredProtocols).Wait(TIMEOUT);
	}
	catch (AggregateException ax)
	{
	    throw new Exception(ProcessAggregateException(ax));
	}
    }

    /// <summary> 
    /// Disconnect the current session
    /// </summary>
    /// <param name="Disposition">Action when disconnecting from the card</param>
    public void Disconnect(DISCONNECT disposition)
    {
	try
	{
	    cardClient.DisconnectAsync((SCardService.DISCONNECT)disposition).Wait(TIMEOUT);
	}
	catch (AggregateException ax)
	{
	    throw new Exception(ProcessAggregateException(ax));
	}
    }

    /// <summary>
    /// Transmit an APDU command to the card
    /// </summary>
    /// <param name="ApduCmd">APDU Command to send to the card</param>
    /// <returns>An APDU Response from the card</returns>
    public APDUResponse Transmit(APDUCommand apduCmd)
    {
	Task<SCardService.APDUResponse> task = cardClient.TransmitAsync(
	    new SCardService.APDUCommand()
	    {
	        Class = apduCmd.Class,
		Ins = apduCmd.Ins,
		P1 = apduCmd.P1,
		P2 = apduCmd.P2,
		Le = apduCmd.Le,
		Data = apduCmd.Data
	    });

	try
	{
	    SCardService.APDUResponse resp = task.Result;

	    return new APDUResponse()
	    {
		SW1 = resp.SW1,
		SW2 = resp.SW2,
		Data = resp.Data
	    };
	}
	catch (AggregateException ax)
	{
	    throw new Exception(ProcessAggregateException(ax));
	}
	}

    /// <summary>
    /// Begins a card transaction
    /// </summary>
    public void BeginTransaction()
    {
	try
	{
	    cardClient.BeginTransactionAsync().Wait(TIMEOUT);
	}
	catch (AggregateException ax)
	{
	    throw new Exception(ProcessAggregateException(ax));
	}
    }

    /// <summary>
    /// Ends a card transaction
    /// </summary>
    public void EndTransaction(DISCONNECT disposition)
    {
	try
	{
	    cardClient.EndTransactionAsync((SCardService.DISCONNECT)disposition).Wait(TIMEOUT);
	}
	catch (AggregateException ax)
	{
	    throw new Exception(ProcessAggregateException(ax));
	}
    }

    /// <summary>
    /// Gets the attributes of the card
    /// 
    /// This command can be used to get the Answer to reset
    /// </summary>
    /// <param name="AttribId">Identifier for the Attribute to get</param>
    /// <returns>Attribute content</returns>
    public byte[] GetAttribute(UInt32 attribId)
    {
	Task<byte[]> task = cardClient.GetAttributeAsync(attribId);

	try
	{
	    return task.Result;
	}
	catch (AggregateException ax)
	{
	    throw new Exception(ProcessAggregateException(ax));
	}
    }

    /// <summary>
    /// This method extract the error message carried by the WCF fault
    /// 
    /// Supports SmarcardFault and GeneralFault
    /// </summary>
    /// <param name="ax">AggregateException object</param>
    /// <returns>Extracted message</returns>
    private static string ProcessAggregateException(AggregateException ax)
    {
	string msg = "Unknown fault";
	FaultException<SCardService.SmartcardFault> scFault = ax.InnerException as FaultException<SCardService.SmartcardFault>;
	if (scFault != null)
	{
	    msg = scFault.Detail.Message;
	}
	else
	{
	    FaultException<SCardService.GeneralFault> exFault = ax.InnerException as FaultException<SCardService.GeneralFault>;
	    if (exFault != null)
	    {
		msg = exFault.Detail.Message;
	    }
	}

	return msg;
    }
}

Smartcard 类是一个用 C# 编写的 WinRT 组件，它只是包装了 WCF 智能卡服务客户端。要创建生成的包装器，我只是在 Windows 桌面模式下运行了 WCF 服务，因为它公开了一个 MEX 端点，我可以让 Visual Studio 生成代理。我也可以直接在 Windows 应用商店应用程序中使用 WCF 服务，但创建一个执行工作的组件会更好，因为它可以在不同应用程序中重用。

当您将 WCF 服务导入 WinRT 组件或 Windows 应用商店应用时，您只会得到方法的异步版本。在这个第一个版本中，我只提供了同步方法，因为服务运行在本地机器上，而智能卡是一个响应速度很快的设备。但是，如果我有时间，并且作为一项练习，我将实现一些方法的异步版本（这应该相当直接）。

如果您查看最复杂的 Transmit 方法，它基本上有两个操作：

调用异步方法 TransmitAsync
调用正在运行服务方法的生成的 Task<> 上的 Result 方法

由于方法调用在单独的线程中运行，如果您的服务可以抛出 FaultException，则无法简单地通过 catch(FaultException<SmartcardException> ex) 等方式捕获此异常。幸运的是，WinRT 提供了 AggregateException，可以通过在异步调用周围使用 catch 来捕获，并且它包含对线程中可能发生的异常的引用。

因此，具有异常处理的异步调用代码如下所示：

public byte[] GetAttribute(UInt32 attribId)
{
    Task<byte[]> task = cardClient.GetAttributeAsync(attribId);

    try
    {
	return task.Result;
    }
    catch (AggregateException ax)
    {
	throw new Exception(ProcessAggregateException(ax));
    }
}

AggregateException 实例包含一个 InnerException 成员，该成员包含中断线程的主异常。在我们的例子中，它应该包含服务实现所支持的 FaultException 之一。ProcessAggregateException 方法提取预期的 FaultException 并返回一条消息，说明发生了什么。这是一个简化的实现，我的目标只是避免在服务调用中发生异常时出现应用程序意外终止。

真正的应用程序应该区分可恢复的异常和终止与 WCF 服务通信的异常，后者需要应用程序重新连接到 WCF 服务。

演示应用程序：一个 Windows 应用商店 ExchangeAPDU 应用

在 .NET 智能卡框架文章中，我发布了一个简单的 ExchangeAPDU 演示应用程序，用于向智能卡发送低级命令。我选择将该应用程序简单地移植到 Windows 应用商店。然而，这是一个更简单的版本，因为 WCF 服务尚不支持卡事件。

我使用 C# 编写了此应用程序，因为此类演示应用程序没有性能问题需要担心。C# 中的 Windows 应用商店应用使用类似于 WPF 的技术，因此我的简单应用程序 UI 包含一个模型，即 Smartcard 组件及其 APDUCommand 和 APDUResponse 组件，一个视图（即主页），以及一个用于管理视图的 ViewModel。视图没有代码隐藏。

为了支持命令，我从一个不错的 MVVM 框架中提取了一些类，该框架可以在 Github 上获得。

图 2：ExchangeAPDU 应用，在 SIM 卡上选择 MF (3F00)

数据字节文本框的筛选器

Windows 应用商店应用对 XAML 的支持似乎不像最新版本的 WPF 那样完整。为了给不同的 TextBox 控件添加字符过滤功能，我无法使用标准的 WPF 功能。

不支持 PreviewTextInput
不支持 UpdateSourceTrigger

这些是支持过滤的两个问题。没有 UpdateSourceTrigger，就无法选择何时在 TextBox 控件中输入字符时更新源数据。没有 PreviewTextInput，就无法在显示的文本之前获取输入的文本。

我能找到的唯一事件是 KeyDown，但它获取输入 VirtualKey 的值，并且它返回的值对于数字不精确。例如，在法式键盘上，如果您不按 Shift 键，按下“6”会得到“-”，但对于这两个字符，您都会得到 VirtualKey.Number6。结果是某些不必要的字符未被过滤。

没有 UpdateSourceTrigger，就无法更改源的更新方式，因此默认情况下，它会在控件失去焦点时更新。由于我希望在输入文本时更新数据，因此我通常会使用 UpdateSourceTrigger=PropertyChanged。

我在论坛上搜索了一下，找到了一个解决方法来弥补 UpdateSourceTrigger 的不足。它是一个自定义行为，可以应用于 TextBox，以便在输入字符时更新源。

public class TextBoxUpdateSourceBehaviour
{
    private static Dictionary<TextBox, PropertyInfo> _boundProperties = new Dictionary<TextBox, PropertyInfo>();

    public static readonly DependencyProperty BindingSourceProperty =
        DependencyProperty.RegisterAttached(
        "BindingSource",
        typeof(string),
        typeof(TextBoxUpdateSourceBehaviour),
        new PropertyMetadata(default(string), OnBindingChanged));

    public static void SetBindingSource(TextBox element, string value)
    {
        element.SetValue(BindingSourceProperty, value);
    }

    public static string GetBindingSource(TextBox element)
    {
        return (string)element.GetValue(BindingSourceProperty);
    }

    private static void OnBindingChanged(DependencyObject d, DependencyPropertyChangedEventArgs e)
    {
        var txtBox = d as TextBox;
        if (txtBox != null)
        {
            txtBox.Loaded += OnLoaded;
            txtBox.TextChanged += OnTextChanged;
        }
    }

    static void OnLoaded(object sender, RoutedEventArgs e)
    {
        var txtBox = sender as TextBox;
        if (txtBox != null)
        {

            // Reflect the datacontext of the textbox to find the field to bind to.
            if (txtBox.DataContext != null) // DataContext is null in the designer
            {
                var dataContextType = txtBox.DataContext.GetType();
                AddToBoundPropertyDictionary(txtBox, dataContextType.GetRuntimeProperty(GetBindingSource(txtBox)));
            }
        }
    }

    static void AddToBoundPropertyDictionary(TextBox txtBox, PropertyInfo boundProperty)
    {
        PropertyInfo propInfo;
        if (!_boundProperties.TryGetValue(txtBox, out propInfo))
        {
            _boundProperties.Add(txtBox, boundProperty);
        }
    }

    static void OnTextChanged(object sender, TextChangedEventArgs e)
    {
        var txtBox = sender as TextBox;
        if (txtBox != null)
        {
            _boundProperties[txtBox].SetValue(txtBox.DataContext, txtBox.Text);
        }
    }

}

要使用此行为，您需要在 XAML 中设置命名空间，例如 xmlns:util="using:Core.Wpf"，然后在 TextBox XAML 中必须添加以下属性： util:TextBoxUpdateSourceBehaviour.BindingSource="Class"

获取源

您可以从本文附加的 ZIP 文件中获取这些项目的源代码，或者在 Github 上关注这些项目，因为它们将作为公共存储库定期更新。

.NET 智能卡库：https://github.com/orouit/SmartcardFramework.git
WinRT 组件和演示应用：https://github.com/orouit/SmartcardWithWindowsStore.git

兴趣点

正如我在上一篇文章中所提到的，WCF 服务是从 Windows 应用商店应用访问智能卡资源的解决方案。这个演示应用程序证明了这一点！

实际上，这种技术可以应用于任何 Windows API 不再可用于 Windows 应用商店应用程序的情况。但是，我只建议在您的应用程序不是通过 Windows 应用商店分发的企业环境中使用此技术。我没有检查应用提交工具包，但我怀疑使用 WCF 服务访问 Windows 不受支持的功能的应用程序可能不会被接受。

历史

2013/10/2：UI 已更新为十六进制过滤。代码已在 Github 上更新。