CN101000594A

CN101000594A - 一种智能卡和u盘复合设备及其与计算机通信的方法

Info

Publication number: CN101000594A
Application number: CN 200710000328
Authority: CN
Inventors: 吴世忠; 石超英
Original assignee: Beijing Mingyu Technology Co Ltd; CHINESE INFORMATION SAFETY PRODUCT TEST AUTHORIZATION CENTRE
Current assignee: Beijing Mingyu Technology Co Ltd; CHINESE INFORMATION SAFETY PRODUCT TEST AUTHORIZATION CENTRE
Priority date: 2007-01-08
Filing date: 2007-01-08
Publication date: 2007-07-18
Anticipated expiration: 2027-01-08
Also published as: CN100504830C

Abstract

本发明公开了一种智能卡和U盘复合设备及其与计算机通信的方法。通过定义承载了智能卡指令的第二种SCSI指令102的数据格式，即制定对智能卡和U盘复合设备的通信协议，来解决计算机与智能卡和U盘相结合的复合设备进行通信的问题。本方法首次完成了智能卡和U盘组成的复合设备的通信协议的定义，用于实现主机端与智能卡和U盘复合设备进行通信，使得利用智能卡技术控制U盘的访问成为可能。

Description

一种智能卡和U盘复合设备及其与计算机通信的方法

技术领域

本发明涉及计算机存储技术领域，特别涉及智能卡、USB存储技术领域。

背景技术

SCSI是英文Small Computer System Interface的简称。在计算机存储技术中，SCSI用于连接设备，如外部磁盘、扫描仪等。计算机与这些设备进行通信时，一般会采用SCSI规范定义的协议方式进行包装数据。

对于移动存储设备，如U盘，也是按照SCSI指令格式进行。SCSI指令的格式如下：

SCSI命令头

数据

操作结果

其中“SCSI命令头”是外界向设备传送的命令数据，“数据”部分可以是外界发送的数据，也可以是设备向外界返回的数据。该SCSI指令可称为第一种SCSI指令。

智能卡处理的指令是按照IS07816规范定义的，指令需要按照固定的格式来组织，否则不能被智能卡所接受。

智能卡指令格式如下：

CLA

INS

P1

P2

Lc

Data

Le

其中，“CLA”代表了命令类，“INS”代表了指令，“P1和P2”代表了参数，“Lc”是“Data”域数据长度，“Data”是“Lc”指示的数据，“Le”是期望智能卡返回的数据长度。

当一个智能卡和U盘相结合的复合设备，在实现与计算机进行通信时，需要智能卡技术控制对U盘资源的操作，如通过智能卡技术进行身份认证后再打开U盘读写通道。

要实现与这样的复合USB设备进行通信，需要解决如何在SCSI数据包中包含智能卡指令的问题。

发明内容：

本发明的目的在于：通过定义承载了智能卡指令的第二种SCSI指令102的数据格式，即制定对智能卡和U盘组成的复合设备的通信协议，来解决计算机与智能卡和U盘相结合的复合设备进行通信的问题。

本发明的技术方案如下：、一种智能卡和U盘复合设备装置，包括：主机端1，所述主机端1为具有USB接口的计算机、内存20、IO控制器30和闪存40，还包括：支持RSA、DH、ElGamal、ECC公钥密码算法、DES、3DES、AES对称算法和第三方加密算法的加密协处理器50、按照Java Card技术规范编制的智能卡操作系统203且加密协处理器完成加解密运算的Z32UF安全控制器60，加密协处理器50集成在所述Z32UF安全控制器60芯片上；所述内存20、IO控制器30、闪存40、加密协处理器50、Z32UF安全控制器(60构成智能卡与U盘复合设备2，所述主机端1与所述智能卡与U盘复合设备2通过两种SCSI指令传输数据相联系。

一种智能卡和U盘复合设备与计算机通信的方法，包括标准SCSI指令101和智能卡指令103，在所述智能卡与U盘复合设备2的所述Z32UF安全控制器60上安装有按照Java Card技术规范编制的智能卡操作系统203，其上运行有智能卡与U盘复合设备控制程序201，该程序201用于处理存储的标准SCSI指令101，所述主机端1与所述智能卡与U盘复合设备2间实现数据通信的第一种指令为所述标准SCSI指令101，所述主机端1与所述智能卡与U盘复合设备2间实现数据通信的第二种指令为SCSI指令102，所述主机端1与所述智能卡和U盘复合设备2进行数据通信的方法与步骤为：

①首先对所述智能卡和U盘复合设备2定义第二种SCSI指令102的数据格式，

②同时利用该第二种SCSI指令102，实现所述主机端1与所述智能卡和U盘复合设备2之间的数据通信。

定义所述第二种SCSI指令102数据格式的过程如下，

①、所述标准SCSI指令101的格式为：

SCSI命令头

数据

操作结果

其中“SCSI命令头”是外界向设备传送的命令数据，“数据”部分可以是外界发送的数据，也可以是设备向外界返回的数据，

②、所述智能卡指令103的格式为：

CLA

INS

P1

P2

Lc

Data

Le

③、所述第二种SCSI指令102的格式如下：

SCSI命令头

标记104+智能卡指令103＝102第二种SCSI指令

操作结果

其中“标记104”为智能卡指令标记104，定义其格式如下：

标记名称	标记	数据
标记名称	标记	数据	命令	{标记1}	智能卡的命令指令数据
响应	{标记2}	智能卡的响应指令数据	命令	{标记1}	智能卡的命令指令数据
响应	{标记2}	智能卡的响应指令数据	状态字	{标记3}	智能卡的状态字数据

利用该第二种SCSI指令102，实现所述主机端1与所述智能卡和U盘复合设备2之间数据通信的步骤如下：

①所述主机端1发送标记为“命令”的数据，

②所述主机端1发送标记为“响应”的数据，取回响应结果，

③所述主机端1发送标记为“状态字”的数据，取回状态字。

1)、所述主机端1发送标记为“命令”的数据，将所述智能卡命令指令103打包成所述第二种SCSI指令102的数据，按照所述智能卡指令标记104中“命令”标记处理，然后发送给所述智能卡和U盘复合设备2，

2)、所述主机端1向所述智能卡和U盘复合设备2发送标记为“响应”的数据，所述智能卡和U盘复合设备2响应结果的处理，由所述智能卡和U盘复合设备2上的所述Z32UF安全控制器60处理，其步骤为：

①标记响应数据，按照所述智能卡指令标记104中“响应″标记处理，

②标记状态字，按照所述智能卡指令标记104中“状态字”标记处理，

3)、所述主机端1向所述智能卡和U盘复合设备2发送标记为“状态字”的数据，所述主机端1通过所述第二种SCSI指令102取得响应数据，直到取完，其步骤为：

①如果存在，即获得响应数据

②获得状态字。

所述第二种SCSI指令102的数据格式，即对智能卡和U盘复合设备2的通信协议。

所述加解密运算用于验证和签名。

由于采用了以上技术方案，本发明具有以下积极效果：

(1)首次对智能卡和U盘组成的智能卡和U盘复合设备的通信协议进行了定义。

(2)实现了主机端与智能卡和U盘构成的复合设备间进行的通信，使得利用智能卡技术控制U盘的访问成为可能。

附图说明

图1—普通U盘的物理结构示意图

图2--智能卡和U盘复合设备2的物理结构示意图

图3--智能卡和U盘复合设备的软件层次结构示意图

图4--主机端1与普通U盘通信框图

图5--主机端1与智能卡通信框图

图6--主机端1与智能卡和U盘复合设备2通信框图。

图7--主机端1通过两种SCSI指令与智能卡和U盘复合设备2通信示意图。

图8--主机端1向智能卡和U盘复合设备2发送的三种数据示意图。

第一种标准SCSI指令101的格式如下：

SCSI命令头

数据

操作结果

智能卡指令103的格式如下：

CLA

INS

P1

P2

Lc

Data

Le

第二种SCSI指令(102)的格式如下：

SCSI命令头

标记104+智能卡指令103＝102第二种SCSI指令

操作结果

其中“标记104”为智能卡指令标记(104)，定义其格式如下：

附图中，1--主机端，代表具有USB接口的计算机，如PC，2--智能卡和U盘复合设备，20--内存，30--I0控制器，40--闪存，50--可支持RSA、DH、ElGamal、ECC公钥密码算法，DES、3DES、AES对称密码算法和第三方加密算法的加密协处理器的加密协处理器，60--Z32UF安全控制器，101—第一种标准SCSI指令，102—第二种SCSI指令，103--智能卡指令，104--智能卡指令标记，201--智能卡与U盘复合设备控制程序，203--按照Java Card技术规范编制的智能卡操作系统。

具体实施方式

附图1表示普通U盘主要由四个物理单元构成：Flash控制器10、内存20、IO控制器30和闪存40。

附图2是本发明智能卡与U盘复合设备的物理结构示意图。

和普通U盘类似，智能卡与U盘复合设备的物理组成也是由四个主要元素构成，除此之外还有一个可支持RSA、DH、ElGamal、ECC公钥密码算法、DES、3DES、AES对称算法和第三方加密算法的加密协处理器50，且Flash控制器10被32位Z32UF安全控制器60取代。

在Z32UF安全控制器60中运行的系统和普通U盘的完全不同，在保留了普通U盘使用的控制程序外，还包含一个按照Java Card技术规范编制的智能卡操作系统203，其在加密协处理器50的帮助下可以完成加解密运算(验证和签名)。该智能卡操作系统203上运行有智能卡与U盘复合设备控制程序201，该程序201可以用于处理存储的第一种标准SCSI指令101，也可以处理承载了智能卡指令的第二种SCSI指令102。

在PC系统中，主机和U盘的通信是按照标准SCSI(SmallComputer Serial Interface)指令101进行的，如附图4所示。

但是，智能卡和U盘复合设备除了接收操作系统的指令外，还接收应用程序发送的其他控制指令。这些指令是以智能卡数据格式APDU(应用协议数据单元：Application Protocol DataUnit)进行封装，附图5是主机端1与智能卡通信框图。

智能卡和U盘复合设备2中的Z32UF安全控制器60包括智能卡控制器和USB控制器，它也是一种智能卡控制器，所以需要在主机与Z32UF安全控制器60进行通信时，将智能卡通信数据(APDU)打包成第二种SCSI数据包格式，这样才能实现外部系统控制Z32UF安全控制器60的目的。

附图6是主机端1与智能卡和U盘复合设备2通信框图，附图7是主机端1与智能卡和U盘复合设备2通过两种SCSI指令通信示意图，附图8是主机端1向智能卡和U盘复合设备2发送的三种数据示意图。

定义第二种SCSI指令(102)数据格式的过程如下：

①、标准SCSI指令(101)数据格式如下：

SCSI命令头

数据

操作结果

②、智能卡指令103的格式如下：

CLA

INS

P1

P2

Lc

Data

Le

③、第二种SCSI指令(102)数据格式为：

SCSI命令头

{标记104}+{智能卡数据单元}＝第二种SCSI指令

操作结果

④、其中{标记104}定义如下：

标记名称	标记	数据
标记名称	标记	数据	命令	{标记1}	智能卡的命令指令数据
响应	(标记2}	智能卡的响应指令数据	命令	{标记1}	智能卡的命令指令数据
响应	(标记2}	智能卡的响应指令数据	状态字	{标记3}	智能卡的状态字数据

主机端1与智能卡复合设备2利用第二种SCSI指令102进行通信的方法与步骤为：

①主机端1向智能卡复合设备2发送标记为“命令”的数据，

②主机端1向智能卡复合设备2发送标记为“响应”的数据，取回响应结果，

③主机端1向智能卡复合设备2发送标记为“状态字”的数据。

智能卡与U盘复合设备是被动设备，即不能主动地向主机返回响应结果。只能由主机主动地发送标记为“响应”和“状态字”的指令取回结果。

具体步骤为：

1)、将智能卡命令指令103打包并置入标准SCSI指令101的 “数据”处，按照智能卡指令标记104中“命令”标记处理，然后发送给智能卡和U盘复合设备2，

2)、智能卡和U盘复合设备2响应结果的处理，由智能卡和U盘复合设备2上的Z32UF安全控制器60处理，其步骤为：

①标记响应数据，按照智能卡指令标记104中“响应″标记处理，

②标记状态字，按照智能卡指令标记104中“状态字”标记处理，

3)、通过第二种SCSI指令102取得响应数据，直到取完，其步骤为：

①获得响应数据，(如果存在)

②获得状态字。

下面以主机端1向智能卡和U盘复合设备2发送一个“选择文件”命令，并发送“响应”、“状态字”标识得到智能卡和U盘复合设备2的响应数据和状态字的过程为例，说明本发明的实施过程：

定义三个标记，分别对应“命令”、“响应”和“状态字”三个标记，它们是：

命令标记 0x01

响应标记 0x02

状态字标记 0x03

主机端1向智能卡和U盘复合设备2发送标识“命令”

对应标记为“命令”的数据是“选择文件”的APDU103指令如下：

CLA

INS

P1

P2

Lc

Data

Le

0x00

0xa4

0x04

0x00

0x02

0x3f01

无

其中Data部分代表智能卡和U盘复合设备中一个已有的文件标识(0x3f01)。

按照所述的第二种SCSI指令格式102定义发送的数据内容：0x0100a40400023f01，然后将此数据通过SCSI Passthrough方式发送给智能卡和U盘复合设备2。

主机端1向智能卡和U盘复合设备2发送标识“响应”，按照所述的第二种SCSI指令格式102定义发送的数据内容：0x02，然后将此数据通过SCSI Passthrough方式发送给智能卡和U盘复合设备2。得到智能卡和U盘复合设备2的响应0x00。

主机端1向智能卡和U盘复合设备2发送标识“状态字”按照所述的第二种SCSI指令格式定义发送的数据内容：0x03，然后将此数据通过SCSI Passthrough方式发送给智能卡和U盘复合设备2，得到智能卡和U盘复合设备2返回的状态字：0x9000。

本发明首次制定了将智能卡通信协议APDU打包成SCSI数据报格式，完成了对智能卡和U盘复合设备的通信协议进行了定义，制定了承载智能卡指令的SCSI指令，即第二种SCSI指令102数据格式，以实现主机端与智能卡和U盘复合设备进行的数据通讯，使得利用智能卡技术控制U盘的访问成为可能。

本发明中的硬件产品均为国产市售产品。与本发明内容相同或相似的技术方案，应在本专利的保护范围之内。

Claims

1、一种智能卡和U盘复合设备装置，包括：主机端(1)，所述主机端(1)为具有USB接口的计算机、内存(20)、IO控制器(30)和闪存(40)，其特征在于：还包括：支持RSA、DH、ElGamal、ECC公钥密码算法、DES、3DES、AES对称算法和第三方加密算法的加密协处理器(50)、按照Java Card技术规范编制的智能卡操作系统(203)且通过所述加密协处理器(50)完成加解密运算的Z32UF安全控制器(60)，所述加密协处理器(50)集成在所述Z32UF安全控制器(60)芯片上；所述内存(20)、IO控制器(30)、闪存(40)、加密协处理器(50)、Z32UF安全控制器(60)构成智能卡与U盘复合设备(2)，所述主机端(1)与所述智能卡与U盘复合设备(2)通过两种SCSI指令传输数据相联系。

2、一种智能卡和U盘复合设备与计算机通信的方法，包括标准SCSI指令(101)和智能卡指令(103)，在所述智能卡与U盘复合设备(2)的所述Z32UF安全控制器(60)上安装有按照JavaCard技术规范编制的智能卡操作系统(203)，其上运行有智能卡与U盘复合设备控制程序(201)，该程序(201)用于处理存储所述标准SCSI指令(101)，所述主机端(1)与所述智能卡与U盘复合设备(2)间实现数据通信的第一种指令为所述标准SCSI指令(101)，其特征在于：所述主机端(1)与所述智能卡与U盘复合设备(2)间实现数据通信的第二种指令为SCSI指令(102)，所述主机端(1)与所述智能卡和U盘复合设备(2)进行数据通信的方法与步骤为：

①首先对所述智能卡和U盘复合设备(2)定义第二种SCSI指令(102)的数据格式，

②同时利用该第二种SCSI指令(102)，实现所述主机端(1)与所述智能卡和U盘复合设备(2)之间的数据通信。

3、如权利要求2所述的一种智能卡和U盘复合设备与计算机通信的方法，其特征在于：定义所述第二种SCSI指令(102)数据格式的过程如下，

①、所述标准SCSI指令(101)的格式为：

SCSI命令头数据操作结果

②、所述智能卡指令(103)的格式为：

CLA INS P1 P2 Lc Data Le

③、所述第二种SCSI指令(102)的格式如下：

SCSI命令头标记104+智能卡指令103＝102第二种SCSI指令操作结果

其中“标记104”为智能卡指令标记(104)，定义其格式如下：

标记名称标记数据命令 {标记1} 智能卡的命令指令数据响应 {标记2} 智能卡的响应指令数据状态字 {标记3} 智能卡的状态字数据

4、如权利要求2所述的一种智能卡和U盘复合设备与计算机通信的方法，其特征在于：利用该第二种SCSI指令(102)，实现所述主机端(1)与所述智能卡和U盘复合设备(2)之间数据通信的步骤如下：

①所述主机端(1)发送标记为“命令”的数据，

②所述主机端(1)发送标记为“响应”的数据，取回响应结果，

③所述主机端(1)发送标记为“状态字”的数据，取回状态字。

5、如权利要求4所述的一种智能卡和U盘复合设备与计算机通信的方法，其特征在于：

1)、所述主机端(1)发送标记为“命令”的数据，将所述智能卡命令指令(103)打包成所述第二种SCSI指令(102)的数据，按照所述智能卡指令标记(104)中“命令”标记处理，然后发送给所述智能卡和U盘复合设备(2)，

2)、所述主机端(1)向所述智能卡和U盘复合设备(2)发送标记为“响应”的数据，所述智能卡和U盘复合设备(2)响应结果的处理，由所述智能卡和U盘复合设备(2)上的所述Z32UF安全控制器(60)处理，其步骤为：

①标记响应数据，按照所述智能卡指令标记(104)中“响应″标记处理，

②标记状态字，按照所述智能卡指令标记(104)中“状态字”标记处理，

3)、所述主机端(1)向所述智能卡和U盘复合设备(2)发送标记为“状态字”的数据，所述主机端(1)通过所述第二种SCSI指令(102)取得响应数据，直到取完，其步骤为：

①如果存在，即获得响应数据

②获得状态字。

6、如权利要求2所述的一种智能卡和U盘复合设备与计算机通信的方法，其特征在于：所述第二种SCSI指令(102)的数据格式，即对智能卡和U盘复合设备(2)的通信协议。

7、如权利要求1所述的一种智能卡与U盘复合设备，其特征在于：所述加解密运算用于验证和签名。