CN101853416A - 设有虚拟智能卡的物理智能卡及虚拟智能卡的配置方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种设有虚拟智能卡的物理智能卡以及虚拟智能卡的配置方法，该物理智能卡包括硬件层、操作系统层、虚拟智能卡管理层及多张虚拟智能卡，虚拟智能卡管理层包括硬件虚拟模块，对硬件设备虚拟化；虚拟智能卡管理器，对虚拟智能卡进行硬件资源的分配；配置服务模块，对虚拟智能卡的创建及维护提供控制信息；安全机制模块，设置虚拟智能卡的访问权限。该方法包括物理智能卡运行后，运行虚拟智能卡管理层，物理智能卡判断收的外部命令是否为创建新的虚拟智能卡的命令，如是则对安全信息进行校验，校验通过后在虚拟智能卡管理器中设置新的虚拟智能卡的配置信息。本发明可降低设置虚拟智能卡的物理智能卡生产成本，且便于多个发卡方并行发卡。

Description

设有虚拟智能卡的物理智能卡及虚拟智能卡的配置方法

技术领域

本发明涉及一种物理智能卡，尤其是其中配置有多张虚拟智能卡的物理智能卡以及在物理智能卡中配置虚拟智能卡的方法。

背景技术

智能卡已经广泛地应用在多个领域，如移动通讯系统中手机使用的SIM卡、银行存取款使用的借记卡或信用卡、乘坐公共交通工具使用的公交卡、记录社保信息的社保卡等。现有大多的上述智能卡只能作为单一卡种使用，如仅能作为SIM卡或公交卡使用，往往导致个人需要携带大量的智能卡，不但不利于人们携带，也不利于人们对多张智能卡的保存与管理，给人们的使用带来诸多不便。

因此，现有的一些智能卡内设置多个应用文件，每个应用文件存储有不同领域的应用，如一些应用文件对应的程序用于移动通讯，另一些应用文件对应的程序用于保存银行帐号信息等。但不同应用文件之间可能相互访问甚至一些应用文件会篡改其他应用文件的数据，导致智能卡所存储的信息安全无法得到保证，给智能卡的安全使用带来极大的隐患。

因此，公开号为CN1516052A的中国发明专利申请公开了一种名为“开放式功能动态集成的智能卡系统”的发明创造，该智能卡系统具有两个中央处理器(CPU)，其中一个中央处理器用作规则处理系统，处理智能卡的公共程序，包括运行智能卡的操作系统等，另一个中央处理器用作应用处理系统，该应用处理系统中设置多张虚拟智能卡，每一虚拟智能卡对应一个固定的功能区，在该功能区上运行虚拟智能卡的应用文件。

该种智能卡虽然在一张物理智能卡上实现多张虚拟智能卡的功能，但需要使用两个中央处理器运行来实现多张虚拟智能卡的数据相互隔离，以此确保多张虚拟智能卡的安全性，即每一虚拟智能卡的数据不易被篡改。这样，物理智能卡的硬件设备较多，大大增加了物理智能卡的生产成本。

同时，上述的智能卡每次只能运行一张虚拟智能卡，即物理智能卡用作SIM卡时不能同时用于公交卡，也就是使用者不能一边使用物理智能卡打电话一边在公交车上刷卡，给使用者的使用带来不便。

并且，该种智能卡是使用硬件方式对多张虚拟智能卡进行安全隔离，即使用两个不同用途的中央处理器来实现的，每一物理智能卡的硬件设备是固定的，其存在兼容性以及发卡标准的问题，多个不同的发卡方很难在同一张物理智能卡上设置自己的虚拟智能卡，上述智能卡无法解决多个不同的发卡方如何安全、平等、独立地发行自己的虚拟智能卡的问题。

发明内容

本发明的主要目的是提供一种可设置多张虚拟智能卡且生产成本较低的物理智能卡。

本发明的另一目的是提供一种便于不同发卡方独立发行自己虚拟智能卡的虚拟智能卡配置方法。

为实现上述的主要目的，本发明提供的物理智能卡包括有硬件层、操作系统层，硬件层包括物理智能卡的硬件设备，操作系统层运行在硬件层上，其包括多任务实时操作系统文件，其中，物理智能卡还包括运行在操作系统层上的虚拟智能卡管理层以及运行在虚拟智能卡管理层上的二张或二张以上的虚拟智能卡，每一虚拟智能卡具有自身的操作系统文件以及至少一个应用文件，虚拟智能卡管理层包括有硬件虚拟模块，用于对硬件层的硬件设备虚拟化；虚拟智能卡管理器，用于对每一虚拟智能卡进行硬件资源的分配及管理；配置服务模块，用于对每一虚拟智能卡的创建及维护提供控制信息；安全机制模块，用于设置每一虚拟智能卡以及配置信息的访问权限。

由上述方案可见，物理智能卡上设置多张虚拟智能卡，并且多张虚拟智能卡由虚拟智能卡管理层实现管理，并且通过安全机制模块设置每一虚拟智能卡的访问权限，即通过软件方式实现多张虚拟智能卡的数据隔离，从而确保每一虚拟智能卡的数据不会被其他虚拟智能卡篡改，保证虚拟智能卡的数据安全性。

这样，通过软件方法实现多张虚拟智能卡的数据安全隔离，不增加物理智能卡的硬件设备，本发明的物理智能卡硬件生产成本与现有的物理智能卡相当，可大大降低设置多张虚拟智能卡的物理智能卡生产成本，有利于虚拟智能卡的推广应用。

一个优选的方案是，虚拟智能卡管理器存储有虚拟智能卡控制信息，每一虚拟智能卡的配置信息包含在虚拟智能卡控制信息中。

由此可见，通过虚拟智能卡控制信息可对多张虚拟智能卡进行设置，包括设置每张虚拟智能卡的类型、单独分配的存储空间等，确保每张虚拟智能卡在各自独占的空间内运行，不受其他虚拟智能卡的干扰，从而确保虚拟智能卡运行的安全性。

进一步的方案是，硬件层具有二个或二个以上的输入输出端口，虚拟智能卡的配置信息包括每一虚拟智能卡单独占用的输入输出端口信息。

这样，每一虚拟智能卡均具有自己单独占用的输入输出端口，当外部数据通过某一输入输出端口输入至物理智能卡时，虚拟智能卡管理层即可通过输入数据的输入输出端口判断相关数据所需要传送的虚拟智能卡，便于虚拟智能卡的数据传送。

为实现上述的另一目的，本发明提供在物理智能卡上配置虚拟智能卡的方法，包括将物理智能卡划分为硬件层、操作系统层、虚拟智能卡管理层以及虚拟智能卡层，虚拟智能卡层可用于设置二张或二张以上的虚拟智能卡，在虚拟智能卡管理层中设置用于对物理智能卡硬件设备虚拟化的硬件虚拟模块、对每一虚拟智能卡进行硬件资源的分配及管理的虚拟智能卡管理器、对每一虚拟智能卡的创建及维护提供控制信息的配置服务模块以及设置每一虚拟智能卡以及配置信息的访问权限的安全机制模块。

物理智能卡运行后，运行虚拟智能卡管理层，物理智能卡判断收的外部命令是否为创建新的虚拟智能卡的命令，如是，则对外部输入的安全信息进行校验，校验通过后在虚拟智能卡管理器中设置新的虚拟智能卡的配置信息。

由上述方案可见，不同发卡方输入多方的安全信息后，可根据自己需要创建新的虚拟智能卡，即设置新的虚拟智能卡的配置信息，如新的虚拟智能卡单独占用的存储空间、单独占用的输入输出端口等，配置上述信息后即完成虚拟智能卡的创建。

这样，不同的发卡方可在一张物理智能卡上各自创造虚拟智能卡，并且通过设置虚拟智能卡的配置信息来自行分配虚拟智能卡的占用空间、独占输入输出端口等，满足不同发卡方实现多方并行发卡的需求。

一个优选的方案是，安全信息包括由不同发卡方使用的二个或二个以上的校验数据，安全信息校验方法包括对所有的校验数据进行逐一校验，只有每一校验数据校验正确后才判断所述安全信息校验成功。

由此可见，任一发卡方需要创建虚拟智能卡时，均需要输入多个发卡方的校验数据，从而确保物理智能卡不会被未经授权的其他发卡方创建新的虚拟智能卡，确保物理智能卡的安全性。

进一步的方案是，硬件层具有物理智能卡的中央处理器，中央处理器设有硬件内存管理单元，虚拟智能卡运行后，操作系统层通过硬件内存管理单元给每一虚拟智能卡的每一进程分配单独占用的内存空间。

由此可见，通过硬件内存管理单元给每一虚拟智能卡的每一进程分配单元的内存空间，确保每一虚拟智能卡的运行不受其他虚拟智能卡的影响，从而实现多张虚拟智能卡并行工作。

附图说明

图1是本发明物理智能卡实施例的层次结构框图。

图2是本发明物理智能卡实施例中虚拟智能卡控制信息表格示意图。

图3是本发明虚拟智能卡配置方法实施例中运行物理智能卡后的流程图。

以下结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

具体实施方式

物理智能卡实施例。

参见图1，本实施例的物理智能卡被划分为硬件层10、操作系统层20、虚拟智能卡管理层30以及虚拟智能卡层40，其中硬件层10包括物理智能卡的硬件设备，如中央处理器(CPU)11、存储器12以及输入输出端口组13等。虚拟智能卡层40中可以设置多张虚拟智能卡41、42、43，每一虚拟智能卡41、42、43分别具有与现有单一物理智能卡相同的功能，可实现各种应用，如通讯、公交计费等。

中央处理器11设有硬件内存管理单元(MMU)，可给每一虚拟智能卡41、42、43的每一进程分配单独占用的虚拟内存空间，并将虚拟内存地址线性地映射至物理内存地址上，从而实现不同虚拟智能卡41、42、43运行在不同的物理内存空间上，使得多张虚拟智能卡41、42、43运行时不同虚拟智能卡的数据之间相互隔离，确保每一虚拟智能卡的数据安全性。

存储器12包括非易失性存储器，如EEPROM，用于存储物理智能卡以及虚拟智能卡41、42、43的数据。存储器12还包括易失性存储器，如RAM，用于作为物理智能卡的内存使用，动态地存储物理智能卡以及虚拟智能卡41、42、43运行过程中的动态数据。

输入输出端口组13具有多个输入输出端口，如ISO7816接口、ISO14443接口、MMC接口、SWP接口等。本实施例的输入输出端口数量多于虚拟智能卡的数量，确保每一虚拟智能卡41、42、43能单独占用至少一个输入输出端口。

操作系统层20为运行在硬件层10上的操作系统文件，包括多任务实时操作系统文件(RTOS)21，能同时处理多张虚拟智能卡的多个进程文件，从而确保多张虚拟智能卡41、42、43能同时运行，且每一虚拟智能卡41、42、43均能同时运行多个应用程序。

操作系统层20还包括用于处理物理智能卡及虚拟智能卡41、42、43文件的文件系统处理模块22、控制物理智能卡与外部进行数据交换的通讯协议模块23以及多张虚拟智能卡41、42、43通用函数的通用函数模块24。

虚拟智能卡管理层30运行在操作系统层20上，用于对虚拟智能卡层40的多张虚拟智能卡41、42、43进行管理。虚拟智能卡管理层30包括虚拟智能卡管理器31、硬件虚拟模块32、配置服务模块33以及安全机制模块34。

硬件虚拟模块32对硬件层10的硬件设备进行虚拟化，包括将EEPROM以及RAM中的物理地址线性地转换成虚拟地址、对存储器12的存储空间分块处理、对每一输入输出端口编号等等。

虚拟智能卡管理器31对每一虚拟智能卡41、42、43所需要的硬件资源进行分配及管理，包括分配并管理每一虚拟智能卡41、42、43所使用的存储空间以及输入输出端口等。每一虚拟智能卡41、42、43运行时，只能在虚拟智能卡管理器31所分配的存储空间内运行，且每一虚拟智能卡41、42、43不能使用分配给其他虚拟智能卡单独占用的输入输出端口。

配置服务模块33提供每一虚拟智能卡的创建及维护所需的控制信息。虚拟智能卡管理器31中存储有一个虚拟智能卡控制信息表格，该表格存储的信息如图2所示。创建一张新的虚拟智能卡时，虚拟智能卡管理器31通过配置服务模块33给新建的虚拟智能卡创建配置信息，因此每一虚拟智能卡41、42、43均具有自身的配置信息。

如图2所示的，虚拟智能卡41的配置信息包括：智能卡的类型为Java卡，其单独占用EEPROM的存储空间起止地址为0x10000000-0x10002000，当然，该起止地址为虚拟地址，访问时需要将其映射成物理地址。虚拟智能卡41单独占用的RAM存储空间的起止地址为0x20000000-0x20000200，其单独占用的输入输出端口为ISO14443端口，其单独占用的端口号为1001等等。

类似地，虚拟智能卡42的配置信息包括：智能卡的类型为native卡，单独占用的EEPROM存储空间起止地址为0x10002000-0x10005000，单独占用的RAM存储空间起止地址为0x20000200-0x20000A00，单独占用的输入输出端口为IC-USB端口，端口号为1002等等。同理，虚拟智能卡43也具有其自身的配置信息。

每一虚拟智能卡41、42、43运行时，虚拟智能卡管理器31根据控制信息表格内的配置信息，让每一虚拟智能卡41、42、43仅在相应的存储空间内运行，从而确保虚拟智能卡41、42、43数据不被篡改，实现虚拟智能卡的数据安全性。

由于每一虚拟智能卡41、42、43均具有自己单独占用的输入输出端口，因此每一虚拟智能卡41、42、43均可通过相应的输入输出端口与外部进行数据交换，确保每一虚拟智能卡41、42、43与外部交换的数据也是相互隔离的。

同时，外部的数据通过某一输入输出端口传送至物理智能卡后，虚拟智能卡管理器31通过判断相关数据传送的输入输出端口即可判断接收该数据的虚拟智能卡，便于对虚拟智能卡所接收、发送的数据进行管理。

回看图1，虚拟智能卡管理层30还具有安全机制模块34，用于设置每一虚拟智能卡41、42、43以及配置信息的访问权限。同一物理智能卡内的多张虚拟智能卡41、42、43可以相互通讯，即可以相互访问，因此需要设置多张虚拟智能卡41、42、43的访问权限，防止虚拟智能卡41、42、43内的数据被随意访问。

虚拟智能卡41、42、43的访问权限可根据实际需要设置，如虚拟智能卡41在某些特定情况下可以访问虚拟智能卡42内的某些特定文件，并且需要经过相关验证等。

同时，虚拟智能卡管理器31中的虚拟智能卡控制信息表格35也是设有访问权限的，只有在特定的条件下才可以读取或更改虚拟智能卡41、42、43的配置信息。这样，可确保虚拟智能卡41、42、43的配置信息不易被更改，确保虚拟智能卡41、42、43的信息安全性。

虚拟智能卡层40运行在虚拟智能卡管理层30上，且每一虚拟智能卡41、42、43均具有自身的操作系统(COS)以及至少一个应用文件，每一虚拟智能卡41、42、43的操作系统和应用文件存储在其单独占用的EEPROM存储空间内。

每一虚拟智能卡41、42、43运行时所使用的内存空间均在所单独占用的RAM内，并且通过硬件内存管理单元将虚拟的内存地址映射成物理地址后，使用相应的物理内存空间工作。由于硬件内存管理单元自身具有良好的安全隔离性能，确保不同虚拟智能卡41、42、43的内存空间相互隔离。

由此可见，每一虚拟智能卡41、42、43均可以类似一张真实的物理智能卡地工作，具有单独占用的存储空间、内存空间以及单独占用的输入输出端口等，且每一虚拟智能卡41、42、43均具有自身的操作系统以及应用文件，能单独完成一张真实智能卡所实现的功能。

同时，每一虚拟智能卡41、42、43也设有访问权限，在确保虚拟智能卡41、42、43数据安全性的情况下相互通讯，每一虚拟智能卡41、42、43也能独立地与外部进行数据交换。

虚拟智能卡配置方法实施例。

本发明可由多个不同的发卡方共同在同一物理智能卡上配置多张虚拟智能卡。多个发卡方在配置虚拟智能卡前，通过协商设定每一发卡方所持有的初始密钥，即校验数据，任一发卡方在配置虚拟智能卡时需要输入所有的校验数据。

配置虚拟智能卡时，首先将物理智能卡划分为硬件层、操作系统层、虚拟智能卡管理层以及虚拟智能卡层，虚拟智能卡管理层上设置虚拟智能卡管理器、硬件虚拟模块、配置服务模块以及安全机制模块等。优选地，物理智能卡中设置一张初始虚拟智能卡。

参见图3，对虚拟智能卡进行个人化时，首先将物理智能卡上电复位，物理智能卡运行虚拟智能卡管理器，即执行步骤S1。然后，虚拟智能卡管理器执行步骤S2，检查虚拟智能卡的配置信息，并且运行虚拟智能卡。

接着，物理智能卡执行步骤S3，接收来自外部的命令，并且判断所接收的命令是否为创建新的虚拟智能卡的命令，即执行步骤S4，若不是，则根据接收外部命令的输入输出端口判断所接收的命令传送至哪一虚拟智能卡，并且将该命令传送至相应的虚拟智能卡中，即执行步骤S6。

若外部的命令是创建虚拟智能卡的命令，则执行步骤S5，对安全信息进行校验，也就是需要发卡方输入所有发卡方持有的校验数据，虚拟智能卡管理器对所输入的每一校验数据进行逐一校验，并执行步骤S7，判断是否所有的校验数据均正确，若所有的校验数据均正确，则虚拟智能卡管理器执行步骤S8，调用配置服务模块创建新的虚拟智能卡的配置信息，如图2所示的配置信息，包括虚拟智能卡的类型、单独占用的EEPROM、RAM以及输入输出端口等信息。

设置上述信息后，虚拟智能卡配置完毕，多张虚拟智能卡可并行运行。由于本实施例的中央处理器设有硬件内存管理单元，虚拟智能卡运行时，虚拟智能卡管理器为每一虚拟智能卡分配固定的虚拟内存地址，硬件内存管理单元将该虚拟内存地址线性地映射成物理地址后，在该物理内存空间内运行。由于每一虚拟智能卡单独占有一定的内存空间，其他虚拟智能卡无法占有该空间运行，这样能确保所有每一虚拟智能卡的运行得到安全隔离。

当然，每一虚拟智能卡的每一进程也应该通过硬件内存管理单元实现安全隔离，进一步提高虚拟智能卡的安全性能。

可见，不同的发卡方只需要协商并持有所有的校验数据后，可根据自己的需要配置自己的虚拟智能卡，并且虚拟智能卡的安全性能由安全机制模块设定的功能保证，不同发卡方可根据自己实际需要设置虚拟智能卡的类型、单独占用空间、单独占用端口等，实现一张智能卡在多个不同领域的应用。

由于物理智能卡的操作系统具有多任务实时操作系统文件，因此多张不同的虚拟智能卡能同时运行，并且每一虚拟智能卡又可以同时运行多个应用程序，并且互不干扰。这样，使用者使用集成有移动通信功能以及公交支付功能的智能卡时，可在打电话的过程中对所乘坐交通工具刷卡，两张虚拟智能卡分别单独运行各自的应用程序，互不干扰。

上述实施例中，物理智能卡的中央处理器设有硬件内存管理单元，对于没有设置硬件内存管理单元的智能卡，则需要在运行多张虚拟智能卡时，虚拟智能卡管理器给每一虚拟智能卡创建一个线程，并且在线程上运行虚拟机，然后在虚拟机上运行虚拟智能卡的应用程序。每一线程可以单独运行在一个虚拟机上，也可以多个线程共同运行在一个虚拟机上。由于虚拟机自身具有安全隔离的功能，不同线程共同运行在一个虚拟机上仍可以实现数据的安全隔离，从而确保每一虚拟智能卡的安全性能。

当然，上述实施例仅是本发明较佳的实施方案，实际应用时还可以有更多的变化，例如，为某些虚拟智能卡设置二个或二个以上的单独占有的输入输出端口；或者，使用pin码、电子证书、电子签名等作为安全校验的校验数据；又或者，每一发卡方持有多个安全校验的校验数据等，这些改变同样可以实现本发明的目的。

最后需要强调的是，本发明不限于上述实施方式，如虚拟智能卡分配的存储空间的改变、虚拟智能卡分配的输入输出端口的改变等变化也应该包括在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (10)

1.设有虚拟智能卡的物理智能卡，包括

硬件层，所述硬件层包括物理智能卡的硬件设备；

运行在所述硬件层上的操作系统层，所述操作系统层包括多任务实时操作系统文件；其特征在于：

运行在所述操作系统层上的虚拟智能卡管理层以及运行在所述虚拟智能卡管理层上的二张或二张以上的虚拟智能卡，所述每一虚拟智能卡具有自身的操作系统文件以及至少一个应用文件，所述虚拟智能卡管理层包括

硬件虚拟模块，用于对所述硬件层的硬件设备虚拟化；

虚拟智能卡管理器，用于对每一所述虚拟智能卡进行硬件资源的分配及管理；

配置服务模块，用于对每一所述虚拟智能卡的创建及维护提供控制信息；

安全机制模块，用于设置每一所述虚拟智能卡以及配置信息的访问权限。

2.根据权利要求1所述的设有虚拟智能卡的物理智能卡，其特征在于：

所述虚拟智能卡管理器存储有虚拟智能卡控制信息，每一所述虚拟智能卡的配置信息包含在所述虚拟智能卡控制信息中。

3.根据权利要求2所述的设有虚拟智能卡的物理智能卡，其特征在于：

所述配置信息包括每一所述虚拟智能卡单独占用的存储器中存储区域信息。

4.根据权利要求2所述的设有虚拟智能卡的物理智能卡，其特征在于：

所述硬件层具有二个或二个以上的输入输出端口；

所述配置信息包括每一所述虚拟智能卡单独占用的输入输出端口信息。

5.物理智能卡中虚拟智能卡的配置方法，包括

将物理智能卡划分为硬件层、操作系统层、虚拟智能卡管理层以及虚拟智能卡层，所述虚拟智能卡层可用于设置二张或二张以上的虚拟智能卡，在所述虚拟智能卡管理层中设置用于对物理智能卡硬件设备虚拟化的硬件虚拟模块、对每一所述虚拟智能卡进行硬件资源的分配及管理的虚拟智能卡管理器、对每一所述虚拟智能卡的创建及维护提供控制信息的配置服务模块以及设置每一所述虚拟智能卡以及配置信息的访问权限的安全机制模块；

所述物理智能卡运行后，运行所述虚拟智能卡管理层，所述物理智能卡判断所接收的外部命令是否为创建新的虚拟智能卡的命令，如是，则对外部输入的安全信息进行校验，校验通过后在所述虚拟智能卡管理器中设置新的虚拟智能卡的配置信息。

6.根据权利要求5所述的虚拟智能卡配置方法，其特征在于：

所述安全信息包括由不同发卡方使用的二个或二个以上的校验数据；

所述安全信息校验方法包括对所有的校验数据进行逐一校验，只有每一所述校验数据校验正确后才判断所述安全信息校验成功。

7.根据权利要求5或6所述的虚拟智能卡配置方法，其特征在于：

所述虚拟智能卡的配置信息包括每一所述虚拟智能卡单独占用的存储器中存储区域信息。

8.根据权利要求5或6所述的虚拟智能卡配置方法，其特征在于：

所述物理智能卡的硬件层具有二个或二个以上是输入输出端口；

所述虚拟智能卡的配置信息包括每一所述虚拟智能卡单独占用的输入输出端口信息。

9.根据权利要求5或6所述的虚拟智能卡配置方法，其特征在于：

所述硬件层具有物理智能卡的中央处理器，所述中央处理器设有硬件内存管理单元；

所述虚拟智能卡运行后，所述操作系统层通过所述硬件内存管理单元给每一所述虚拟智能卡的每一进程分配单独占用的内存空间。

10.根据权利要求5或6所述的虚拟智能卡配置方法，其特征在于：

所述虚拟智能卡运行后，所述虚拟智能卡管理器给每一所述虚拟智能卡创建一个线程，在所述线程上运行虚拟机，并在所述虚拟机上运行所述虚拟智能卡的应用程序。

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