CN101055623A - 一种实现多业务软件智能卡芯片的方法与装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种实现多业务软件智能卡芯片的方法与装置，该方法包括：采用业务软件系统独立存储和彼此隔离，通过核心操作系统和多个业务软件代码间彼此独立存储并在硬件上实现隔离的新型存储，来实现不同来源业务软件间的安全保护和共存，并通过硬件电路实现核心操作系统和业务软件代码的合法性检查和非法操作处理；该装置包括：业务软件模块独立存储和硬件隔离区：由核心操作系统代码和每个业务软件模块代码独立存储并在硬件上实现隔离完成业务处理操作；操作合法性检查模块：判断当前运行的应用软件业务功能模块范围，并把超范围非法操作指示信号传输于非法操作处理模块；非法操作处理模块：把安全检查模块所传输的非法操作指示信号进行相应处理，并对智能卡芯片的部分控制信号进行优化处理。
Description
技术领域
本发明涉及一种实现多业务软件智能卡芯片的方法与装置，尤其涉及一种能够支持不同设计者来源业务软件模块的高兼容性智能卡芯片的方法与装置。
背景技术
智能芯片卡是一种基于集成电路芯片的卡片，目前被广泛的应用于个人身份识别、金融用户信息识别、移动电话用户识别、IC电话卡和广播电视信息授权接收等领域，也常被简称为智能卡，或者称为集成电路卡(IC卡)。
一般用户识别卡可以采用条形码、光电、磁条和智能芯片等方式记录用户信息，智能芯片卡是其中存储容量和安全性最高的一种解决方案，这是因为芯片具备更大的存储容量和更强的信息处理功能。最早的智能芯片卡只记录用户序列号和用户密码，后来为了提高所存储信息的安全性又集成了密码安全和电路安全保护等模块。目前带微处理器的智能芯片卡被更加广泛的使用。
在智能芯片卡中，用户的身份和信息识别一般通过微处理器的软件模块进行处理，部分运算量大的操作可以用专门的协处理器电路模块实现。智能芯片卡的芯片硬件实现方法都比较近似，主要集成了微处理器(Intel公司8031/32和8051/52系列，Motorola公司的6800系列等)、随机读写存储器RAM、非挥发存储器(EEPROM或FLASH)、密码模块(DES密码模块或RSA密码模块)等。智能芯片卡被用来实现不同的特定应用，目前这些特定应用的开发通常都被称为二次开发，即基于已有的芯片硬件结构，采用自行设计或由芯片厂家提供的卡上操作系统软件，有针对的开发智能芯片卡内的应用软件业务模块，如实现移动电话SIM卡、银行借记卡等。
传统的智能卡芯片在启动后首先引导片上核心操作系统，开始顺序执行由应用方案开发者设计的软件程序，执行相应的智能卡功能(例如读出卡内的移动电话帐号或移动电话号码)。当卡内具有多个应用业务功能时，以移动电话的“一卡双号”为例，目前的智能卡芯片把不同的号码存储在不同的数据区空间，由同一个应用业务功能模块通过读取不同的数据来实现相应的电话号码通话功能，与不同号码相关的不同具体功能则通过调用程序区中的不同子程序来完成，子程序之间通过软件代码可以相互调用，代码的安全性极大的影响了卡片的安全性。在核心操作系统和能够支持双号的应用业务功能模块层次，两个电话号码并不完全独立。在传统智能卡中，如果存在两个不同的应用业务功能模块，就通过更高层次的软件管理模块或卡上核心操作系统来进行软件执行过程的控制，应用业务功能模块之间不具备硬件方式实现的隔离措施。
集成了多个业务功能的智能芯片卡正在成为智能卡领域发展的下一个方向，比较典型的是移动电话SIM卡中的“一卡双号“。目前这些集成在一起的业务软件模块通常是由同一个发卡商家或机构提供，原因如前面提到，卡上应用业务软件模块之间的彼此隔离和安全保护还不足够的完善，目前还需要依靠卡上核心操作系统软件或底层应用管理软件来实现，这使得卡片的安全性和软件的可靠性密切相关，来自不同发卡商家的应用业务软件模块很难被信任的放在一起工作。
发明内容
鉴于上述现有技术的现状和存在的问题，本发明的目的是提供一种通过电路硬件保护实现的高兼容性多业务软件智能卡芯片方法与装置，特别针对来自不同开发者的应用业务功能软件模块彼此隔离和安全保护的需要，提出硬件实现的芯片内部操作合法性检查和处理方法，对软件模块执行过程中的信号进行检查和判决，并进行非法操作的设定处理，从而能够实现发布来源不同的多个应用业务软件模块之间的完全隔离和安全保护，具有更高的安全性和兼容性。
本发明的目的是通过以下技术方案实现的：
通过硬件结构实现业务软件系统的独立存储和彼此隔离，包括核心操作系统和多个业务软件代码间彼此独立存储，以及在硬件上实现的隔离，来实现不同来源业务软件间的安全保护和共存，并通过硬件电路实现核心操作系统和业务软件代码的合法性检查和非法操作处理；
核心操作系统代码根据读卡器传输的业务软件编号，进行查找对应的业务软件数据存储；业务软件通过业务软件数据共享存储区为后续业务软件提供数据，也可通过核心操作系统代码获得业务软件的数据。
核心操作系统代码获得的业务软件代码数据，来读取共享数据区中业务软件N代码(前一业务软件代码)写入的共享数据，也可通过核心操作系统代码将业务软件N代码所需要的数据写入共享数据区。
核心操作系统获得被调用的业务软件代码的返回信号后，重新启动业务软件N代码，并从共享数据区读取被调用的业务软件代码所提供的共享数据。
通过安全检查系统对智能卡芯片所执行的软件指令特征进行检查，并判断当前操作是否超出运行的应用业务范围，是，则传输非法操作指示信号于非法操作处理系统进行处理。
业务软件模块独立存储和硬件隔离模块：由核心操作系统代码和每个业务软件模块代码独立存储并在硬件上实现隔离完成业务处理操作；其模块包括芯片引导区、业务软件索引区、业务软件代码区、业务软件数据区及业务软件数据共享区。
操作合法性检查模块：判断当前运行的应用软件业务功能模块范围，并把超范围非法操作指示信号传输于非法操作处理模块；
非法操作处理模块：把安全检查模块所传输的非法操作指示信号进行相应处理，并对智能卡芯片的部分控制信号进行优化处理。
所述芯片引导区引导启动芯片操作系统区，然后操作系统代码根据读卡器传输的业务软件编号，从业务软件索引区查找对应的业务软件存储区位置，以调用相应的业务软件代码，再由业务软件代码将对应的数据区的数据进行改写。
业务软件代码区通过业务软件数据共享存储区为后续业务软件提供数据，也可通过核心操作系统代码区获得业务软件的数据；
核心操作系统代码调用获得的业务软件代码来读取共享数据区中业务软件N代码区(前一业务软件代码区)写入的共享数据，也可通过核心操作系统代码区将业务软件N代码区所需要的数据写入共享数据区，所述核心操作系统获得被调用的业务软件代码区的返回信号后，重新启动业务软件N代码区，并从共享数据区读取被调用的业务软件代码区所提供的共享数据。
通过安全检查模块对智能卡芯片所执行的软件指令特征进行检查，并判断当前操作是否超出运行的应用业务模块的安全范围，无，则完成业务处理操作；是，则传输非法操作指示信号于非法操作处理系统区进行处理。
非法操作指示信号有效时：非法操作处理模块将主动对芯片复位信号设置有效，整个芯片进入复位状态；微处理器模块传输指令读取的数据信号到非法操作处理模块，以使微处理器跳过非法操作指令，进入软件化非法操作处理。
本发明提出了一种能同时支持不同来源业务软件的高兼容性多业务软件智能卡芯片实现的方案，在硬件上采用核心操作系统代码和各个业务软件模块代码独立存储并在硬件上实现隔离的存储结构，具有更好的安全性和兼容性，并通过电路硬件实现的操作合法性检查模块对不同应用业务软件代码执行的合法性进行检查，并通过电路硬件实现的非法操作处理模块对超过允许范围的数据读取、程序调用进行保护处理，实现了来自不同机构和商业的业务软件模块的彼此独立和数据信息的安全保护，极大的扩展了基于芯片的智能卡的应用前景，具有很大的独创性。
附图说明
图1为本发明所述的软件智能卡芯片的结构流程图；
图2为本发明所述的具有硬件安全保护的智能卡芯片结构图。
具体实施例
本发明提供了一种通过电路硬件保护实现的高兼容性多业务软件智能卡芯片方法与装置，特别针对来自不同的应用业务功能模块彼此隔离和安全保护的需要，提出硬件实现的芯片内部操作合法性检查和处理方法，对软件模块执行过程中的信号进行检查和判决，并进行非法操作的设定处理，从而能够实现发布来源不同的多个应用业务软件模块之间的完全隔离和安全保护，具有更高的安全性和兼容性。
下面结合附图详细说明本发明的具体实施方式；
如图一所示为本发明所述的软件智能卡芯片的结构流程图；在业务模块独立存储区与硬件隔离区首先启动电源使智能卡芯片启动，由芯片引导区启动芯片核心操作系统代码步骤1；核心操作系统代码根据读卡器送来的业务软件编号，从业务软件索引区查找对应的业务软件存储区位置，来调用相应的业务软件代码步骤2；通过业务软件模块执行相应的操作，来改写相应的数据区步骤3；如果在需要调用其他业务软件模块和数据时，业务软件通过将共享数据写入共享数据区，为其它业务软件模块提供已知方的数据，如：可调用业务软件1数据区、业务软件2数据区、业务软件N数据区的数据步骤5；也可通过调用核心操作系统代码启动其它业务软件模块，以获得其它业务软件(业务软件1-N的数据)能提供的数据步骤4与步骤6；被核心操作系统调用的其它业务软件模块如N模块读取共享数据区读取共享数据中前一(1-N之一)业务软件模块写入的共享数据，进行相应的操作，或将前一业务软件模块需要的共享数据写入共享数据区步骤7；当核心操作系统获得被调用业务软件代码返回信号后，重新启动前一业务软件步骤8；当前一业务软件从共享数据区读取被调用的业务软件模块所提供的共享数据步骤7结果，则完成业务处理作业。
图2为本发明所述的具有硬件安全保护的智能卡芯片结构图；包括微处理器模块、地址选择和数据选通模块、指令和数据存储模块、随机读写存储模块、不同的协处理器模块(协处理器一和协处理器二)、还包括操作合法性检查模块与非法操作处理模块，且操作合法性检查模块与非法操作处理模块的一端与微处理器模块连接，另一端与地址映射和数据选通模块连接。针对特定应用业务开发的应用业务功能模块通常和卡上核心操作系统一起存储在指令和数据存储模块中。指令和数据存储模块和其他协处理器模块一起作为外部设备和存储空间访问的地址空间，由微处理器模块通过地址映射和数据选通模块进行操作。为了保证指令的正常运行，微处理器模块需要外挂随机读写存储模块以提供一定的直接数据读写容量，这部分存储器的地址寻址和前面提到的指令、数据存储模块和协处理器模块等彼此独立互不影响，因此不需要通过统一的地址映射和数据选通模块。
安全检查模块主要用于对目前智能卡芯片所执行的软件指令特征进行检查，判断当前的操作是否超出了当前所运行的应用业务功能模块的安全工作范围，如果发现当前的操作超出了模块的安全工作范围，安全检查模块发出非法操作指示信号给非法操作处理模块，由非法操作处理模块进行后续处理。
安全检查模块的具体采用但不限于以下方法：
检查指令操作中的指令存储区读写信号1、指令存储区读写地址2、数据存储区读写信号3和数据存储区读写地址4等，如果指令或数据存储区读写信号有效并且读写地址超出允许的范围，则认为当前的操作是非法操作，将非法操作指示信号设置为有效。
由于智能芯片卡集成的多种功能业务在某一特定时间段内只执行一个，本发明所提出的安全检查模块能够胜任对当前运行的软件模块的信号特征检查，不会出现处理能力不够的问题。
非法操作处理模块主要用于实现对安全检查模块所发出的非法操作指示信号进行处理。当非法操作指示信号有效时，非法操作处理模块接管智能卡芯片的一部分控制信号以达到预定的非法操作处理能力。该模块接管的控制信号和非法操作处理内容可以分别或全部采用如下可能方式：
1接管复位信号：非法操作处理模块从硬件实现上主动将芯片复位信号置为有效，整个芯片进入复位状态，从而避免了非法操作带来数据破坏和泄露等恶果；
2结果指令读取数据信号：非法操作处理模块可以接管微处理器的指令读取数据信号，根据微处理器的读取时序信号5，送入事先设置好的非法操作处理指令6，使微处理器跳过非法操作指令部分，进入软件化的非法操作处理过程。
综上所述，本发明提出的多业务软件模块高度兼容的智能芯片卡实现方法采用硬件安全保护结构来实现，和传统的智能芯片卡芯片结构相比，其存储区划分和设计将核心操作系统代码和各个业务软件模块代码独立存储，具有更好的兼容性和安全性，并新增加了相应的应用业务功能模块指令安全检查硬件，包括一个业务软件代码的操作合法性检查模块和一个非法操作处理模块。在同样实现移动电话的“一卡双号”的案例中，我们所提存储区划分方法将两个不同的应用业务功能模块放置在不同的代码存储区，在使用不同电话号码时将调用不同的应用业务功能模块，两个模块间彼此独立，并且通过硬件的方法来保护其安全性，这样不同的应用业务功能模块就可以来自不同的移动电话公司，而不用担心自己的应用业务软件代码被其他公司获取。基于本发明的隔离存储多业务软件模块高度兼容的智能卡芯片实现方法和结构，还可以在同一个基于智能卡芯片的U盾中存储来自不同银行的数字认证证书，解决目前一个U盾中只能存放一个银行的数字证书的问题。
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式和应用案例，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，以及将此方法应用于金融、公交等智能芯片卡常见的应用及交叉领域，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。
Claims (11)
1、一种实现多业务软件智能卡芯片的方法，其特征在于，包括：采用业务软件模块独立存储和彼此隔离，通过核心操作系统和多个业务软件代码间彼此独立存储并在硬件上实现隔离的新型存储，来实现不同来源业务软件间的安全保护和共存，并通过硬件电路实现核心操作系统和业务软件代码的合法性检查和非法操作处理。
2根据权利要求1所述方法，其特征在于，包括：核心操作系统代码根据读卡器传输的业务软件编号，进行查找对应的业务软件数据存储；
业务软件通过业务软件数据共享存储区为后续业务软件提供数据，也可通过核心操作系统代码获得业务软件的数据。
3根据权利要求2所述方法，其特征在于，还包括核心操作系统代码获得的业务软件代码数据，来读取共享数据区中业务软件N代码(前一业务软件代码)写入的共享数据，也可通过核心操作系统代码将业务软件N代码所需要的数据写入共享数据区。
4根据权利要求3所述方法，其特征在于，所述核心操作系统获得被调用的业务软件代码的返回信号后，重新启动业务软件N代码，并从共享数据区读取被调用的业务软件代码所提供的共享数据。
5根据权利要求1或4所述方法，其特征在于，包括安全检查系统对智能卡芯片所执行的软件指令特征进行检查，并判断当前操作是否超出运行的应用业务范围，是，则传输非法操作指示信号于非法操作处理系统进行处理。
6一种实现多业务软件智能卡芯片的装置，其特征在于，包括：
A业务软件模块独立存储和硬件隔离模块：由核心操作系统代码和每个业务软件模块代码独立存储并在硬件上实现隔离完成业务处理操作；
B操作合法性检查模块：判断当前运行的应用软件业务功能模块范围，并把超范围非法操作指示信号传输于非法操作处理模块；
C非法操作处理模块：把安全检查模块所传输的非法操作指示信号进行相应处理，并对智能卡芯片的部分控制信号进行优化处理。
7根据权利要求6所述装置，其特征在于，所述A包括：芯片引导区、业务软件索引区、业务软件代码区、业务软件数据区及业务软件数据共享区。
8根据权利要求6或7所述装置，其特征在于，包括由芯片引导区引导启动芯片操作系统区，然后操作系统代码根据读卡器传输的业务软件编号，从业务软件索引区查找对应的业务软件存储区位置，以调用相应的业务软件代码，再由业务软件代码将对应的数据区的数据进行改写。
9根据权利要求8所述装置，其特征在于，还包括：
业务软件代码区通过业务软件数据共享存储区为后续业务软件提供数据，也可通过核心操作系统代码区获得业务软件的数据；
核心操作系统代码调用获得的业务软件代码来读取共享数据区中业务软件N代码区(前一业务软件代码区)写入的共享数据，也可通过核心操作系统代码区将业务软件N代码区所需要的数据写入共享数据区，所述核心操作系统获得被调用的业务软件代码区的返回信号后，重新启动业务软件N代码区，并从共享数据区读取被调用的业务软件代码区所提供的共享数据。
10根据权利要求7所述装置，其特征在于，B还包括安全检查模块对智能卡芯片所执行的软件指令特征进行检查，并判断当前操作是否超出运行的应用业务模块的安全范围，无，则完成业务处理操作；是，则传输非法操作指示信号于非法操作处理系统区进行处理。
11根据权利要求7或10所述装置，其特征在于，C还包括：非法操作指示信号有效时：
C1非法操作处理模块将主动对芯片复位信号设置有效，整个芯片进入复位状态；
C2微处理器模块传输指令读取的数据信号到非法操作处理模块，以使微处理器跳过非法操作指令，进入软件化非法操作处理。
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