ISO 7816-4: Οδηγός εντολών έξυπνων καρτών

Λήψη  ISO 7816-4 Standard

Τι Ορίζει το ISO 7816-4

Το ISO 7816-4 είναι ένα από τα πιο πρακτικά μέρη της οικογένειας ISO/IEC 7816, καθώς περιγράφει τον τρόπο με τον οποίο μια συσκευή διασύνδεσης και μια κάρτα ολοκληρωμένου κυκλώματος ανταλλάσσουν εντολές και αποκρίσεις σε επίπεδο εφαρμογής. Ενώ το ISO 7816-3 επικεντρώνεται σε ηλεκτρικά σήματα και πρωτόκολλα μετάδοσης, το ISO 7816-4 λειτουργεί πάνω από αυτό το επίπεδο. Παρέχει μια κοινή γλώσσα εντολών για εφαρμογές καρτών, συμπεριλαμβανομένης της επιλογής αρχείου, της πρόσβασης δυαδικών δεδομένων, της διαχείρισης εγγραφών, της υποστήριξης ελέγχου ταυτότητας, της ασφαλούς ανταλλαγής μηνυμάτων και της αναφοράς κατάστασης απόκρισης.

Το πρότυπο είναι σημαντικό για κάρτες επαφής που χρησιμοποιούνται σε έργα ταυτοποίησης, τραπεζικών συναλλαγών, ελέγχου πρόσβασης, μεταφορών, υγειονομικής περίθαλψης, προγραμμάτων πιστότητας και ασφαλών διαπιστευτηρίων. Για κατασκευαστές, ολοκληρωτές συστημάτων και προγραμματιστές λογισμικού, μειώνει την ασάφεια μεταξύ της κάρτας, του αναγνώστη και της εφαρμογής. Μια κάρτα μπορεί να περιέχει ακόμη ιδιόκτητη λογική, αλλά το ISO 7816-4 παρέχει ένα κοινό πλαίσιο ώστε οι εντολές να μπορούν να δομούνται, να ερμηνεύονται και να ελέγχονται με προβλέψιμο τρόπο.

Δομή Μηνύματος APDU

Η βασική μονάδα επικοινωνίας στο ISO 7816-4 είναι το APDU, ή Application Protocol Data Unit. Ένα APDU εντολής περιέχει συνήθως μια κεφαλίδα τεσσάρων byte που αποτελείται από τα CLA, INS, P1 και P2. Το CLA υποδεικνύει την κλάση εντολής και μπορεί να μεταφέρει πληροφορίες σχετικά με λογικά κανάλια ή ασφαλή ανταλλαγή μηνυμάτων. Το INS προσδιορίζει την οδηγία, ενώ τα P1 και P2 παρέχουν παραμέτρους. Ανάλογα με την περίπτωση εντολής, το σώμα μπορεί επίσης να περιέχει Lc, ένα πεδίο δεδομένων και Le.

Το Lc ενημερώνει την κάρτα πόσα byte υπάρχουν στο πεδίο δεδομένων της εντολής. Το Le ενημερώνει την κάρτα για τον μέγιστο αριθμό byte που αναμένονται στην απόκριση. Το ISO 7816-4 περιγράφει περιπτώσεις εντολών από την ανταλλαγή χωρίς δεδομένα έως εντολές που και στέλνουν δεδομένα και ζητούν δεδομένα πίσω. Το APDU απόκρισης περιέχει ένα προαιρετικό πεδίο δεδομένων ακολουθούμενο από δύο υποχρεωτικά byte κατάστασης, τα SW1 και SW2, τα οποία ενημερώνουν το τερματικό εάν η επεξεργασία πέτυχε, απέτυχε ή απαιτεί περαιτέρω χειρισμό.

Λογική Οργάνωση Αρχείων

Το ISO 7816-4 ορίζει ένα λογικό μοντέλο αρχείων ορατό από τη διασύνδεση της κάρτας. Η ρίζα είναι το Master File, ή MF. Κάτω από αυτό, τα Dedicated Files, ή DFs, μπορούν να ομαδοποιούν εφαρμογές ή περιβάλλοντα δεδομένων. Τα Elementary Files, ή EFs, αποθηκεύουν τα πραγματικά δεδομένα. Ορισμένα EFs είναι διαφανή και προσπελαύνονται με μετατοπίσεις, ενώ τα EFs που βασίζονται σε εγγραφές προσπελαύνονται με αριθμούς εγγραφών ή αναγνωριστικά εγγραφών.

Αυτή η οργάνωση έχει σημασία επειδή πολλές εφαρμογές έξυπνων καρτών δεν είναι απλά μπλοκ μνήμης. Μπορεί να περιέχουν πολλές εφαρμογές, αντικείμενα προσωπικών δεδομένων, αντικείμενα ασφαλείας, αρχεία χρήσης ή περιοχές ελεγχόμενες από τον εκδότη. Η εντολή SELECT FILE επιτρέπει σε μια εφαρμογή αναγνώστη να επιλέξει ένα αρχείο με αναγνωριστικό αρχείου, διαδρομή ή όνομα DF. Μετά την επιλογή, εντολές όπως READ BINARY, READ RECORD, UPDATE BINARY ή UPDATE RECORD μπορούν να λειτουργήσουν στα δεδομένα σύμφωνα με τους κανόνες πρόσβασης της κάρτας.

Αντικείμενα Δεδομένων, Κωδικοποίηση TLV και FCI

Το ISO 7816-4 περιγράφει επίσης πώς μπορούν να αναπαρασταθούν τα δεδομένα στη διασύνδεση της κάρτας. TLV σημαίνει Tag, Length και Value. Ένα tag προσδιορίζει το αντικείμενο, ένα μήκος δηλώνει πόσα byte ακολουθούν και η τιμή περιέχει τα δεδομένα. Το πρότυπο αναφέρεται σε δομές BER-TLV, COMPACT-TLV και SIMPLE-TLV, ανάλογα με το πλαίσιο. Αυτή η μέθοδος επιτρέπει σε μια κάρτα να επιστρέφει δομημένα δεδομένα χωρίς να αναγκάζει κάθε εφαρμογή να ερμηνεύει ακατέργαστα byte στην ίδια σταθερή διάταξη.

Το File Control Information, που συχνά ονομάζεται FCI, παρέχει στο τερματικό πληροφορίες σχετικά με ένα επιλεγμένο αρχείο. Μπορεί να περιλαμβάνει περιγραφείς αρχείων, αναγνωριστικά αρχείων, πληροφορίες μεγέθους αρχείου, ονόματα DF, ιδιόκτητα δεδομένα και χαρακτηριστικά ασφαλείας. Σε πραγματικά έργα, η κατανόηση του FCI βοηθά τους μηχανικούς να επιβεβαιώσουν ότι έχει επιλεγεί η σωστή εφαρμογή ή αρχείο πριν από την έκδοση εντολών ανάγνωσης, εγγραφής ή ελέγχου ταυτότητας.

Αρχιτεκτονική Ασφαλείας και Ασφαλής Ανταλλαγή Μηνυμάτων

Το ISO 7816-4 δεν ορίζει έναν καθολικό κρυπτογραφικό αλγόριθμο για κάθε κάρτα. Αντ' αυτού, ορίζει πώς μπορούν να αναπαρασταθούν και να χρησιμοποιηθούν η κατάσταση ασφαλείας, τα χαρακτηριστικά ασφαλείας, οι εντολές που σχετίζονται με τον έλεγχο ταυτότητας και η ασφαλής ανταλλαγή μηνυμάτων. Η κάρτα μπορεί να απαιτεί κωδικό πρόσβασης, PIN, έλεγχο ταυτότητας βάσει κλειδιού ή ασφαλή ανταλλαγή μηνυμάτων πριν επιτρέψει την πρόσβαση σε ένα αρχείο ή εντολή. Μια καλά διαμορφωμένη εντολή μπορεί ακόμη να απορριφθεί εάν δεν έχει επιτευχθεί η απαιτούμενη κατάσταση ασφαλείας.

Εντολές όπως VERIFY, GET CHALLENGE, INTERNAL AUTHENTICATE και EXTERNAL AUTHENTICATE υποστηρίζουν κοινές ροές εργασίας ασφαλείας. Η ασφαλής ανταλλαγή μηνυμάτων μπορεί να προστατεύσει τα δεδομένα εντολών και αποκρίσεων με μηχανισμούς ακεραιότητας, ελέγχου ταυτότητας και εμπιστευτικότητας, ανάλογα με την υλοποίηση. Για την εξατομίκευση καρτών, τον έλεγχο πρόσβασης και την έκδοση διαπιστευτηρίων, αυτοί οι κανόνες βοηθούν στον διαχωρισμό των λειτουργιών δημόσιων δεδομένων από τις προστατευόμενες λειτουργίες.

Γιατί το ISO 7816-4 Έχει Σημασία σε Έργα Καρτών και Αναγνωστών

Για ένα εργοστάσιο καρτών, το ISO 7816-4 δεν είναι μόνο μια αναφορά πρωτοκόλλου. Επηρεάζει τον τρόπο με τον οποίο εξατομικεύονται οι εφαρμογές, τον τρόπο με τον οποίο γράφονται τα σενάρια δοκιμών, τον τρόπο με τον οποίο ελέγχεται η συμβατότητα αναγνώστη και τον τρόπο με τον οποίο τα συστήματα των πελατών επικοινωνούν με τις εκδοθείσες κάρτες. Κατά την παραγωγή Καρτών Επαφής IC, οι μηχανικοί συχνά χρειάζεται να επιβεβαιώσουν τη δομή αρχείων, τη συμπεριφορά APDU, την αντιστοίχιση λέξεων κατάστασης και τις συνθήκες πρόσβασης πριν από τη μαζική παραγωγή.

Η ίδια λογική είναι χρήσιμη όταν τα chips επαφής ενσωματώνονται σε εκτυπωμένα διαπιστευτήρια, κάρτες μέλους ή ασφαλή μέσα ταυτότητας. Έργα που χρησιμοποιούν Κάρτες PVC με μονάδες IC επαφής χρειάζονται σταθερό χειρισμό εντολών μεταξύ του chip της κάρτας και του τερματικού. Οι προμηθευτές αναγνωστών και οι ολοκληρωτές συστημάτων πρέπει επίσης να επαληθεύσουν ότι οι Αναγνώστες Καρτών Διπλής Διασύνδεσης χειρίζονται σωστά την ανταλλαγή APDU, τα επιλεγμένα αρχεία, τα μήκη αποκρίσεων και τις λέξεις κατάστασης σε όλες τις εφαρμογές.

Μια πρακτική επισκόπηση του ISO 7816-4 θα πρέπει να εξετάζει και τις δύο πλευρές του συστήματος. Από την πλευρά της κάρτας, η ιεραρχία αρχείων, οι υποστηριζόμενες οδηγίες, οι απαιτήσεις ασφαλείας και οι αναμενόμενες λέξεις κατάστασης πρέπει να τεκμηριώνονται. Από την πλευρά του αναγνώστη, η εφαρμογή θα πρέπει να δημιουργεί έγκυρα APDUs, να χειρίζεται τα υποστηριζόμενα μήκη, να αναλύει σωστά τα δεδομένα TLV και να αποκρίνεται κατάλληλα σε λέξεις κατάστασης όπως επιτυχία, λανθασμένο μήκος, μη ικανοποιημένη κατάσταση ασφαλείας ή μη ευρεθέν αρχείο.

Συνήθεις Εντολές ISO 7816-4

Αρκετές εντολές εμφανίζονται συχνά στην πραγματική εργασία με έξυπνες κάρτες. Η SELECT FILE επιλέγει την εφαρμογή ή το αρχείο με το οποίο θα εργαστούμε. Οι READ BINARY και UPDATE BINARY χρησιμοποιούνται για διαφανή αρχεία. Οι READ RECORD, APPEND RECORD και UPDATE RECORD χρησιμοποιούνται με αρχεία προσανατολισμένα σε εγγραφές. Οι GET DATA και PUT DATA χειρίζονται αντικείμενα δεδομένων. Η VERIFY συνδέεται συνήθως με τον έλεγχο PIN ή κωδικού πρόσβασης. Οι GET CHALLENGE και οι εντολές ελέγχου ταυτότητας υποστηρίζουν κρυπτογραφικές διαδικασίες. Η MANAGE CHANNEL χρησιμοποιείται όπου τα λογικά κανάλια επιτρέπουν τη διατήρηση πολλών συνεδριών.

Συχνές Ερωτήσεις

Σε τι χρησιμοποιείται το ISO 7816-4;

Το ISO 7816-4 χρησιμοποιείται για να ορίσει τον τρόπο με τον οποίο μια έξυπνη κάρτα και ένα τερματικό ανταλλάσσουν εντολές και αποκρίσεις μεταξύ βιομηχανιών. Καλύπτει τη δομή APDU, την οργάνωση αρχείων, την πρόσβαση δεδομένων, τα byte κατάστασης, τις έννοιες ασφαλούς ανταλλαγής μηνυμάτων και τις υπηρεσίες ανεξάρτητες από την εφαρμογή. Αποτελεί θεμέλιο για πολλά συστήματα έξυπνων καρτών επαφής που απαιτούν αξιόπιστη επικοινωνία μεταξύ των chip των καρτών και του λογισμικού του αναγνώστη.

Είναι το ISO 7816-4 μόνο για έξυπνες κάρτες επαφής;

Το ISO 7816 συνδέεται κυρίως με κάρτες ολοκληρωμένου κυκλώματος με επαφές, και το ISO 7816-4 ανήκει σε αυτήν την οικογένεια. Ωστόσο, η επικοινωνία τύπου APDU είναι επίσης οικεία σε πολλά ευρύτερα περιβάλλοντα έξυπνων καρτών και ασφαλών στοιχείων. Οι μηχανικοί θα πρέπει ωστόσο να επιβεβαιώνουν τη φυσική διασύνδεση και το επίπεδο μεταφοράς ξεχωριστά, επειδή το ISO 7816-4 επικεντρώνεται στην οργάνωση εντολών και αποκρίσεων και όχι σε λεπτομέρειες κεραίας, ραδιοφώνου ή ηλεκτρικών χαρακτηριστικών.

Τι είναι ένα APDU στο ISO 7816-4;

Ένα APDU είναι ένα Application Protocol Data Unit. Ένα APDU εντολής μεταφέρει την οδηγία από τη συσκευή διασύνδεσης στην κάρτα, ενώ ένα APDU απόκρισης μεταφέρει τα δεδομένα που επιστρέφονται και τα byte κατάστασης από την κάρτα στη συσκευή διασύνδεσης. Τα APDUs είναι κεντρικής σημασίας για την επιλογή αρχείων, την ανάγνωση δεδομένων, την ενημέρωση δεδομένων, τον έλεγχο συνθηκών ασφαλείας και τον χειρισμό ροών εργασίας εφαρμογών καρτών.

Τι σημαίνουν τα SW1 και SW2;

Τα SW1 και SW2 είναι τα δύο byte κατάστασης στο τέλος ενός APDU απόκρισης. Περιγράφουν το αποτέλεσμα της επεξεργασίας της εντολής. Για παράδειγμα, μπορεί να υποδεικνύουν επιτυχή εκτέλεση, λανθασμένο μήκος, αρχείο που λείπει, μη υποστηριζόμενη οδηγία ή μη ικανοποιημένη κατάσταση ασφαλείας. Ο σωστός χειρισμός αυτών των byte είναι απαραίτητος για αξιόπιστο λογισμικό αναγνώστη και δοκιμές παραγωγής.

Πώς χειρίζεται το ISO 7816-4 τα αρχεία σε μια κάρτα;

Το πρότυπο περιγράφει μια λογική ιεραρχία με ένα Master File, προαιρετικά Dedicated Files και Elementary Files. Τα Elementary Files μπορεί να είναι διαφανή ή προσανατολισμένα σε εγγραφές. Ένα τερματικό συνήθως επιλέγει πρώτα ένα αρχείο και στη συνέχεια εκτελεί λειτουργίες αρχείου όπως ανάγνωση δυαδικών δεδομένων, ανάγνωση εγγραφών, ενημέρωση δεδομένων ή ανάκτηση πληροφοριών ελέγχου αρχείου, ανάλογα με τις υποστηριζόμενες εντολές και τα δικαιώματα.

Ορίζει το ISO 7816-4 αλγορίθμους κρυπτογράφησης;

Όχι. Το ISO 7816-4 ορίζει δομές εντολών, έννοιες κατάστασης ασφαλείας, μορφές ασφαλούς ανταλλαγής μηνυμάτων και υποστήριξη εντολών που σχετίζονται με τον έλεγχο ταυτότητας, αλλά δεν προδιαγράφει έναν συγκεκριμένο αλγόριθμο κρυπτογράφησης για όλες τις κάρτες. Ο πραγματικός αλγόριθμος, η μέθοδος διαχείρισης κλειδιών και η πολιτική εφαρμογής καθορίζονται συνήθως από το λειτουργικό σύστημα της κάρτας, τις προδιαγραφές του εκδότη ή το προφίλ ασφαλείας του έργου.

Γιατί το ISO 7816-4 είναι σημαντικό για την κατασκευή καρτών;

Βοηθά τους κατασκευαστές και τους ολοκληρωτές συστημάτων να επαληθεύσουν ότι ένα προϊόν κάρτας συμπεριφέρεται προβλέψιμα κατά την εξατομίκευση, τη δοκιμή αναγνώστη και την ανάπτυξη του συστήματος. Εάν η επιλογή αρχείου, ο χειρισμός μήκους APDU, οι λέξεις κατάστασης και οι συνθήκες ασφαλείας δεν είναι συνεπείς, ακόμη και μια φυσικά σωστή κάρτα μπορεί να αποτύχει σε ένα τερματικό πελάτη. Το ISO 7816-4 παρέχει μια κοινή τεχνική αναφορά για την αντιμετώπιση προβλημάτων και τις δοκιμές αποδοχής.