CN102073634B - 一种智能卡文件系统及其文件选择方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出了一种智能卡文件系统及其文件选择方法，所述文件系统包括MF文件，以及在MF文件下的各种DF和EF文件，在MF文件下增加了应用根目录ADF，所述文件系统的ADF和DF以及EF文件属性都包括应用标识符AID，在HTTP协议访问时理解为长文件名。外部实体通过HTTP协议来访问所述文件系统，即通过URL定位CWS管理下的应用和文件，在URL中通过文件的应用标识符AID来标识其长文件名称，使得智能卡文件系统也可以支持长文件系统和URL的文件选择方式，这使得智能卡支持WEB服务更加容易和被用户接受。
Description
技术领域
本发明涉及智能卡应用领域，尤其涉及智能卡文件系统。
背景技术
智能卡的名称来源于英文名词“Smartcard”，又称集成电路卡，即IC卡(Integrated Circuit card)。它将一个集成电路芯片镶嵌于塑料基片中，封装成卡的形式，其外形与覆盖磁条的磁卡相似。智能卡的概念是70年代初提出来的，法国布尔(BULL)公司于1976年首先创造出智能卡产品，并将这项技术应用到金融、交通、医疗、身份证明等多个行业。智能卡芯片具有写入数据和存储数据的能力，智能卡存储器中的内容根据需要可以有条件地供外部读取和供内部信息处理和判定之用。
智能卡的文件系统类似DOS的树形文件系统。ISO7816支持两类文件：DF(Dedicated File)和EF(Elementary File)。DF文件有点类似DOS的目录，而EF文件则有点类似DOS的数据文件。DF文件之下的DF文件，类似DOS的子目录，当然DF之下还可以有DF文件。同DOS文件系统一样，智能卡的文件系统也必须有一个根文件，这个根文件是一个DF文件，我们把它称为MF(Master File)文件，MF文件类似DOS的根目录。
在智能卡的文件系统结构中，MF文件有且只能有一个；DF文件是可选的，这两种文件主要起管理和形成树形的文件系统结构的作用，真正存放数据的是EF文件。
MF文件是智能卡文件系统的根，在MF文件下可以建立各种DF和EF文件。虽然系统允许在根下直接生成各种EF应用文件，但最佳的文件组织方法是每一种应用均分配一个DF文件，在相应的DF文件下再具体组织各种EF应用数据。
DF文件含有文件控制信息和可分配的存储空间的信息，其下可以建立各种DF和EF文件。一般而言，一个DF文件将被用来存储某一应用的所有数据。DF文件在用户存储器中占据一块静态存储器，一DF文件建立，其存储器的大小就不能变动。但在该DF文件下的EF文件则可以重新分配所使用存储器大小，也可以被删除。该DF文件被删除之后，其下的DF和EF文件也同时被删除，释放的存储器块可由其它DF文件使用。
EF文件是智能卡树形文件系统的叶，其下不能再建立其他任何文件。
现在的智能卡文件系统遵循ISO7816-4的定义，如图1所示，其中MF，文件系统的逻辑跟目录，文件系统只有一个MF；DF，专用文件，通常是智能卡应用的根目录，类似子目录，存在与MF下或其他DF下；EF，数据文件，通常用于存储密钥或应用数据，存在与MF、DF下。
其中MF的属性：文件标识符FID，两个字节：3F00(十六进制，下同)；
DF的属性：文件标识符FID，2个字节，不可以是3F00或0000或FFFF；应用标识符AID，最多16个字节，最少5个字节；
EF的属性：文件标识符FID，2个字节；短文件标识符SID：一个字节。
限制：所有DF的FID必须唯一，所有EF的FID必须唯一，每个DF下最多只能有31个EF。
文件的选择方式如下：
通过文件标识符FID选择，MF、DF或EF都可以通过指定FID来选择；通过路径选择，通过DF或EF的路径来选择DF或EF，通常根目录在前，子目录在后，可以是相对路径(以当前DF为起点)，也可以是绝对路径(以MF为起点)；通过短文件标识符SID选择，这种方式只能选择EF，通过指定文件的SID来在当前MF或DF下来选择EF。
ISO7816-4定义了4种基础的EF文件的类型，分别是：
Transparent文件，透明文件，也叫二进制文件
Linear Fixed文件，定长线性文件，也叫定长记录文件
Linear variable文件，线性变长文件，也叫变长记录文件
Cyclic Fixed文件，循环定长文件，也叫循环记录文件
所有的文件物理上保存在卡片的非易失性存储区，通常是EEPROM或FLASH。
但是现有的文件系统具有如下缺点：
1.如果智能卡操作系统支持WEB服务器(WebServer)服务，则习惯上是使用类似FAT16或FAT32的文件系统，这种文件系统的显著特征是长文件名。而ISO7816-4的文件系统是不支持这个特性的，无法支持长文件名，而以后的智能卡发展趋势是支持Web服务，也意味着长文件名是一个必须考虑的事情。
2.由于所有的文件保存在非易失性存储区，不支持临时文件，应用内部共享信息必须通过全局的内存变量或永久文件。
由此可见，为了支持WEB服务，需要重新定义文件系统结构，使得文件系统可以支持WEB服务，即支持WEB服务需要定义新的目录结点，主要是指ISO7816-4定义的文件系统使用DF作为应用的根目录，DF可以嵌套，但没有突出应用根目录的特性；并且需要重新定义文件系统各个结点的属性，使得支持长文件名；增加文件选择方式，即由于智能卡需要支持WEB服务，文件选择方式需要支持URL的选择方式；支持创建临时文件。
本发明据此提出了一种新的智能卡文件系统。
发明内容
本发明的目的在于：提出了一种智能卡文件系统，以支持WEB服务及长文件名。
本发明提出了一种智能卡文件系统，包括MF文件，以及在MF文件下的各种DF和EF文件，在MF文件下增加了应用根目录ADF，所述的ADF是智能卡应用的主目录，下面可以有DF或EF文件。在MF文件下增加应用目录文件EFdir和WEB服务器配置信息目录DFcws，以及配置在DFcws下的WEB服务器基础配置信息文件EFcfg和WEB服务器授权用户信息文件EFuser，EFdir记录所有安装在文件系统里的应用及其相关信息，是个目录入口文件，记录了智能卡上安装的应用的入口，这些入口都指向某一个ADF。
进一步地，ADF和DF文件的属性文件标识符FID，为2个字节，不可以是3F00或0000或FFFF，以及应用标识符AID，最多16个字节，最少5个字节，在HTTP协议访问时理解为长文件名；EF文件属性包括存储类型，标识文件是易失性还是非易失性；应用标识符AID，最多16个字节，最少5个字节，在HTTP协议访问时理解为长文件名。如果文件的存储类型标识为非易失性，则其存储空间位于非易失性存储区，通常是EEPROM或FLASH；如果存储类型标识为易失性，则其存储空间位于易失性存储区，通常是RAM。
同时本发明还提出了一种智能卡文件系统中文件的选择方法，所述的智能卡文件系统包括MF文件，以及在MF文件下的各种DF和EF文件，在MF文件下还有应用根目录ADF，外部实体通过HTTP协议来访问所述文件系统，即通过URL定位CWS管理下的应用和文件，外部实体通过URL定位CWS管理下的应用和文件包括如下步骤：
步骤1、外部实体按照HTTP协议发送服务请求报文给CWS，报文内标识了路径和查询字符串两部分信息；
步骤2、CWS根据路径和查询字符串两部分的内容定位请求的应用和路径。
进一步地，URL的路径包含应用名称，应用名称是用应用标识符AID的十六进制的ASCII码表示，且前面冠以三个字符“AID/”，应用名称紧随主机名之后。
进一步地，目录/文件名通过其FID编码到URL中，两个字节的FID编码成4个字节ASCII字符串，字符串之间使用‘/’分隔。在HTTP协议下，目录或文件通过其AID来标识其长文件名称，这时用其十六进制的字符串表示长文件名，编码到URL中。
进一步地，如果URL中不包含AID，CWS在当前应用下解析文件路径，如果当前文件上下文中没有当前应用，在根目录MF下解析文件路径；如果URL使用了保留的FID：7FFF，在任何文件系统下，它标识引用当前应用，如果通道上没有当前应用，则返回错误状态；如果URL里没有AID或7FFF的标识，则CWS在当前目录下匹配请求的路径和文件，如果没有当前目录或当前应用，则返回错误状态。
进一步地，当通过HTTP协议访问卡片时，如果没有指明应用的路径，CWS(Card Web Server)将自动根据EFdir的内容形成应用列表作为返回结果。
本发明使得传统的智能卡文件系统也可以支持长文件系统和URL的文件选择方式，这使得智能卡支持WEB服务更加容易和被用户接受，新的智能卡文件系统像一个多面手，在不同的接口下展示出不同的特性和方法。
附图说明
图1为现有技术的文件系统；
图2为本发明智能卡文件系统；
图3为RFC1738的规定的URL结构；
图4为本发明一个URL结构实例；
图5为最简单的URL结构；
图6为本发明的当前应用下的URL结构；
图7为本发明智能卡文件系统在不同的接口使用的示意图。
具体实施方式
本提案提出一种新型的智能卡文件系统，其关键特点将传统的智能卡文件系统(由ISO7816-4定义)扩展，使之兼容长文件名系统(类似FAT16或FAT32)，适用于智能卡在支持WEB服务的情况下能更好的符合使用习惯。
根据背景技术中描述的待解决的问题，重新定义的文件系统结构如图2所示：
1、结点定义：
MF：文件系统的逻辑跟目录，文件系统只有一个MF；
ADF：应用根目录，是智能卡应用的主目录，下面可以有DF或EF；
DF：专用文件，类似子目录，存在与MF、ADF下或其他DF下。
EF：数据文件，通常用于存储密钥或应用数据，存在与MF、ADF或DF下。
2、属性定义：
MF的属性：文件标识符FID，两个字节：3F00；
ADF的属性：文件标识符FID，2个字节，不可以是3F00或0000或FFFF；应用标识符AID，最多16个字节，最少5个字节，在HTTP协议访问时理解为长文件名；
DF的属性：文件标识符FID，2个字节，不可以是3F00或0000或FFFF；应用标识符AID，最多16个字节，最少5个字节，在HTTP协议访问时理解为长文件名；
EF的属性：存储类型，标识文件是易失性还是非易失性；文件标识符FID，2个字节；短文件标识符SID，一个字节；应用标识符AID，最多16个字节，最少5个字节，在HTTP协议访问时理解为长文件名。
说明：如果文件的存储类型标识为非易失性，则其存储空间位于非易失性存储区，通常是EEPROM或FLASH；如果存储类型标识为易失性，则其存储空间位于易失性存储区，通常是RAM。
3、预定义文件说明：
由于重新定义文件系统主要的目的是支持WEB服务，所以这里预订了一些系统文件和目录用以支持该目标：
EFdir：应用目录文件，记录所有安装在文件系统里的应用及其相关信息，是个目录入口文件，记录了卡片上安装的应用的入口，这些入口都指向某一个ADF。应用安装的方式通过HTTP协议进行而不是传统的APDU协议，当应用安装到卡片时，将自动在EFdir中形成一条记录，该记录描述应用的名称、标识、类型、入口和相关属性包括域的归属等，当通过HTTP协议访问卡片时，如果没有指明应用的路径，CWS(Card WebServer)将自动根据EFdir的内容形成应用列表作为返回结果。
DFcws：卡片WEB服务器(CWS)配置信息目录，存放CWS的系统配置信息。
EFcfg：CWS基础配置信息。
CWS系统配置信息和基础配置信息包括卡片的硬件接口配置(7816、ISO14443、SWP、TCP等)、RAM、EEPROM大小，应用并发相关参数。
EFuser：CWS授权用户信息，CWS可以操作的用户列表，记录用户的权限和身份、域等属性。
4、文件的选择方式：
文件选择方式是多样的，通过APDU协议访问的话，支持传统的选择方式，如文件标识符FID选择和路径选择等，如果是HTTP协议，则增加支持通过URL的方式选择，当然也可以通过AOH协议使用其他的方式来选择文件。
本发明除上述支持ISO7816-4定义的选择方式之外，还定义了URL的选择方式，这种方式主要是针对文件系统支持外部实体(终端)通过HTTP协议来访问文件系统。
在HTTP协议中，终端通过URL定位CWS管理下的应用和文件。对于磁盘文件系统，URL的定义参看RFC1738，根据RFC1738的规定，URL由几个部分组成：协议名、主机名和文件路经，图三是一个典型的URL结构，包括协议名称，主机名和文件路径。
URL定义：
<protocol>://<host>{:<port>}/<path>？<searchpart>
说明：
<protocol>是协议标识，可以是`http`或`https`；
<host>标识网络主机的域名，或者它的以“.”分隔的四组十进制数字集合形式的IP地址。域名的形式在RFC1034[13]的3.5节和RFC1123[5]的2.1节中进行了描述，即用“.”分隔的域标志串，域标志以字母或者数字开头和结束，也可能包含“-”字符。最右边的域标志不能以数字开头，这样就在语法结构上将域名和IP地址区分开来了；
<port>指明链接的端口。用于给协议指定一个默认的端口。也可以任意指定一个十进制形式的端口，并用冒号与主机隔开。如果忽略端口，那么这个冒号也要忽略。
<path>是一个HTTP选择器，<searchpart>是查询字符串。
URL路径<path>，URL查询字符串<searchpart>和它前面的“？”都是可选择的。如果<path>和<searchpart>部分都没有，则“/”也可以省略。<path>和<searchpart>部分中的“/”，“；”和“？”都是保留字符。“/”字符可以在HTTP中用来表示层次结构。
外部实体(终端)通过HTTP协议来访问文件系统，外部实体在浏览器上通过URL来访问文件系统，浏览器通过本机的网络设备和远程服务器(智能卡上的CWS对浏览器而言也是远程的Web服务器)建立联接之后，就按照协议(比如http)发送服务请求报文(http请求报文)给远程服务器(CWS)，报文内标识了路径和查询字符串两部分信息，CWS根据路径和查询字符串两部分的内容定位请求的应用和路径；请求报文内除了路径和查询字符串两部分之外，前面的部分也可能存在，CWS可以做适当处理，也可能不处理。
本发明规定文件路径要使用全路径，且可能包含应用名称，应用名称是AID的十六进制的ASCII码表示，且前面冠以三个字符“AID/”。应用名称紧随主机名之后，图4是一个典型的URL结构，文件路径中包括应用AID。
如果URL中包含AID，经CWS处理后，会按照从前到后的顺序进行应用选择的操作，且设置当前文件上下文。
如果URL中不包含AID，CWS在当前应用下解析文件路径；如果当前文件上下文中没有当前应用，在根目录MF下解析文件路径。
图5是一个最简单的URL结构，它没有文件路径，CWS解析这个路径，送出应用列表网页，同时复位当前文件上下文。
图6使用了保留的FID：7FFF，在任何文件系统下，它标识引用当前应用，如果通道上没有当前应用，则返回错误状态。
如果URL里没有AID或7FFF的标识，则CWS在当前目录下匹配请求的路径和文件，如果没有当前目录或当前应用，则返回错误状态。
通常情况下，CWS只解析URL的文件路径部分，其他部分在卡外解析，如果CWS收到协议名称和主机名，可做必要检查。
ISO7816文件系统的目录和文件没有长文件名，只有两个字节FID。这种情况下，使用如下定义的URL编码格式：
1、AID的编码格式，AID是最长16字节的二进制数。在URL中，我们将其以十六进制的字符串的形式表达，字符串包含最长32个ASCII字符，字符串前添加“AID/”。
例如：
CWS应用：AID＝’A0000000871002FF86FF0000FFFFFFFF’的URL是：
http://hostname/AID/A0000000871002FF86FF0000FFFFFFFF/
2、文件路径编码格式，目录/文件名以FID十六进制的字符串的形式编码到CWS的URL中，两个字节的FID编码成4个字节ASCII字符串，字符串之间使用‘/’分隔。
例如应用AID＝’A0000000871002FF86FF0000FFFFFFFF’下的DF＝’5F30’，EF＝’4F01’，则URL是：
http://hostname/AID/A0000000871002FF86FF0000FFFFFFFF/5F30/4F01
如果CWS操作当前应用下的’5F30’|’4F01’文件，则URL是：
http://hostname/7FFF/5F30/4F01
如前所述，7FFF是保留的FID，用于引用当前应用。
在HTTP协议下，目录或文件的AID标识其长文件名称，这时用其十六进制的字符串表示长文件名。例如：
应用1：AID＝A0 00 00 03 33 01 00
子目录1：FID＝DF01，AID＝64 61 74 61 62 61 73 65
文件1：FID＝EF01，AID＝69 6E 64 65 78 2E 68 74 6D 6C
子目录1的AID的十进制串为“database”；
文件1的AID的十进制串为“index.html”
所以访问的URL为：
http://hostname/AID/A0000003330100/database/index.html
也可以是：http://hostname/AID/A0000003330100/DF01/EF01
在AID之后可能跟FID的十六进制编码，也可能跟AID内的长文件名(ASCII编码)，CWS可以根据FID的长度必须为2字节而AID必须至少6字节的特性自动区别。
图7展示了通过对ISO7816-4文件系统的重新定义，使得传统的智能卡文件系统也可以支持长文件系统和URL的文件选择方式，这使得智能卡支持WEB服务更加容易和被用户接受，新的智能卡文件系统像一个多面手，在不同的接口下展示出不同的特性和方法。
Claims (13)
1.一种智能卡文件系统，包括MF文件，以及在MF文件下的各种DF和EF文件，其特征在于：在MF文件下增加了应用根目录ADF，所述的ADF是智能卡应用的主目录，下面设有DF文件或EF文件，其中，在MF文件下增加应用目录文件EFdir和WEB服务器配置信息目录DFcws，以及配置在DFcws下的WEB服务器基础配置信息文件EFcfg和WEB服务器授权用户信息文件EFuser。
2.根据权利要求1所述的一种智能卡文件系统，其特征在于：所述EFdir记录所有安装在文件系统里的应用及其相关信息，是个目录入口文件，记录了智能卡上安装的应用的入口，这些入口都指向某一个ADF。
3.根据权利要求1所述的一种智能卡文件系统，其特征在于：所述ADF和DF文件的属性文件标识符FID，为2个字节，不可以是3F00或0000或FFFF，以及应用标识符AID，最多16个字节，最少5个字节，对于应用标识符AID，在HTTP协议访问时理解为长文件名。
4.根据权利要求1所述的一种智能卡文件系统，其特征在于：所述EF文件属性包括存储类型，标识文件是易失性还是非易失性；应用标识符AID，最多16个字节，最少5个字节，在HTTP协议访问时理解为长文件名。
5.根据权利要求4所述的一种智能卡文件系统，其特征在于：如果文件的存储类型标识为非易失性，则其存储空间位于非易失性存储区，EEPROM或FLASH；如果存储类型标识为易失性，则其存储空间位于易失性存储区，RAM。
6.一种智能卡文件系统中文件的选择方法，其特征在于：所述的智能卡文件系统包括MF文件，以及在MF文件下的各种DF和EF文件，在MF文件下还有应用根目录ADF，外部实体通过HTTP协议来访问所述文件系统，即通过URL定位WEB服务器CWS管理下的应用和文件，其中，外部实体通过URL定位CWS管理下的应用和文件包括如下步骤：
步骤1、外部实体按照HTTP协议发送服务请求报文给CWS，报文内标识了路径和查询字符串两部分信息；
步骤2、CWS根据路径和查询字符串两部分的内容定位请求的应用和路径。
7.根据权利要求6所述的一种智能卡文件系统中文件的选择方法，其特征在于：所述的URL的路径包含应用名称，应用名称是用应用标识符AID的十六进制的ASCII码表示，且前面冠以四个字符“AID/”，应用名称紧随主机名之后。
8.根据权利要求7所述的一种智能卡文件系统中文件的选择方法，其特征在于：目录/文件通过其FID编码到URL中，两个字节的FID编码成4个字节ASCII字符串，字符串之间使用‘/’分隔。
9.根据权利要求7所述的一种智能卡文件系统中文件的选择方法，其特征在于：目录或文件通过其AID来标识其长文件名称，这时用其十六进制的字符串表示长文件名，编码到URL中。
10.根据权利要求7所述的一种智能卡文件系统中文件的选择方法，其特征在于：如果URL中不包含AID，CWS在当前应用下解析文件路径，如果当前文件上下文中没有当前应用，在根目录MF下解析文件路径。
11.根据权利要求10所述的一种智能卡文件系统中文件的选择方法，其特征在于：如果URL使用了保留的FID取值“7FFF”，在任何文件系统下，它标识引用当前应用，如果通道上没有当前应用，则返回错误状态。
12.根据权利要求11所述的一种智能卡文件系统中文件的选择方法，其特征在于：如果URL里没有AID或7FFF的标识，则CWS在当前目录下匹配请求的路径和文件，如果没有当前目录或当前应用，则返回错误状态。
13.根据权利要求7-12任一项所述的一种智能卡文件系统中文件的选择方法，其特征在于：当通过HTTP协议访问卡片时，如果没有指明应用的路径，CWS将自动根据EFdir的内容形成应用列表作为返回结果，其中EFdir为MF文件下的应用目录文件。
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