java卡概述

文章出處：http://www.nyfzw.net 作者：概述   人氣： 發表時間：2011年09月09日

 早期的智能卡主要是以一種介質形式出現的，它可以在卡體內存儲金額，從而能在公共電話機或自動售貨機上被使用。它完成的是一種存儲信息的應用。這時卡的需求量并不大。同時卡的應用也不多。而近來，隨著智能卡地越來越“智能”,由于智能卡的優點越來越被人認可，它的應用范圍也越來越廣泛：從銀行的借貸卡，存放個人醫療信息的醫療卡，到有線和無線網絡的安全模塊卡等等。智能卡的應用可以說是涉及到了各個領域，幾乎每個人都要與智能卡打交道。市場的需求量急劇上升，同時越來越多的智能卡新應用也隨之誕生。

　 但與智能卡需求量急劇上升所矛盾的是：智能卡應用的研發是一個復雜漫長的過程。盡管對智能卡的結構大小和通信協議，國際規范 ISO7816 早已規定，但各個卡生產商對智能卡的研制都各不相同。各個卡生產商對自己的智能卡操作都有自己獨特的一套指令集。

　 此外，智能卡編程接口(APIs)非常復雜，用之編程，需要開發人員非常熟悉低層通信接口協議，內存管理和一些智能卡硬件的細節。因此，在開發智能卡應用之前，開發人員就需要花費大量時間來了解智能卡的復雜開發環境，而且在他們研究后會發現并不存在現代化的開發工具(象 Visual Studio 那樣工具)。更糟糕的是：對不同的智能卡并沒有一個通用的開發環境。每次你要開發一種新的應用，可能你都必須從新了解一種新的開發環境。

　 情況有可能還沒有這么簡單。由于所有的智能卡都是在專門的開發環境中開發出來的，不同的卡的生產商生產出來的相同應用的卡可能并不兼容，這使同一系統中使用不同生產商的卡變得很復雜。

　 據估計，2001 年，智能卡的需求量為 10-30 億片。而了解智能卡編程的人員少之又少。智能卡編程的復雜性，不統一性將嚴重阻礙智能卡的發展。市場的需求為智能卡的發展提出了新的要求。然而這一切將隨著 JAVA 卡的出現而改變。

　 JAVA卡的出現
　 JAVA 卡是一種可以運行 JAVA 程序的接觸式微處理器智能卡，在卡中運行的程序叫 Applet。Applet 可以動態裝載到 JAVA 卡上。JAVA 卡的 API(JAVA Card 2.1.1 Application Programming Interfaces Specification )為智能卡制定了一個 JAVA 語言的特殊子集。如今95%智能卡制造商已經支持了 JAVA 卡的 API。JAVA 卡和 JAVA 卡 API 的出現使智能卡的編程變得既快又簡單，同時這些卡的應用程序(Applet)可以在任何支持 JAVA 卡 API 的智能卡上運行。可以說 JAVA 卡的出現立刻解決了 JAVA 卡出現之前智能卡所遇到的問題。

　 JAVA 卡是如何完成這一巨大的功能的呢？原來在 JAVA 卡內有一個能執行 JAVA 字節碼(Applet)的 JAVA 虛擬機-它提供一整套標準的 JAVA 卡編程的 API，使得開發人員無需了解復雜的智能卡硬件和智能卡專用的技術，就可以進行智能卡應用的開發，從而大大減少開發時間和降低開發難度。據粗略的統計，用 JAVA 來編程可以比用 C 語言來編程節約 60% 的開發時間，如與智能卡特殊的匯編語言來比，這種優勢將更為明顯。同時由于 JAVA 虛擬機的使用，JAVA 卡的 Applet 能夠在不同卡片的 JCAE(JAVA Card Application Environment)上執行，即透過 JAVA 虛擬機的機制來達到跨平臺的能力。

　 JAVA 是一種面對對象的編程語言，智能卡的基于對象的 API 大大簡化了卡內 Applet 與終端或后臺服務器的通信。

　 JAVA 卡的另一巨大優勢是：開發人員可以任意選擇他們所熟悉和喜歡的開發工具。由于對 JAVA 卡的編程是用 JAVA 語言，所有幾乎當今所有流行的 JAVA 開發環境，如 VJ++,Vcafe 等,都可以被用來進行 JAVA 卡的開發。正因如此，快速完成和調試 JAVA 卡的應用程序也變為了可能。而在這之前，調試卡的應用程序是一個極復雜漫長的過程，因為應用程序首先要被裝載到卡的 ROM 中，而裝載到卡的 ROM 中的程序是無法更新的，所以對一個應用程序的調試將占用大量的時間。

　 同時由于任何 JAVA 開發人員都可以變為 JAVA 卡開發人員，這就為智能卡的發展提供了強有力的保證。

　 JAVA 卡還有兩大優點：支持一卡多用途和重用。支持一卡多用途是指 JAVA 卡上可以同時存在多個不同的應用。這些應用可以來自同一個卡供應商，也可以來自不同的卡供應商。這樣一張 JAVA 卡就可以完成不同的功能，例如，它可以有電子錢包功能，同時也可以有身份鑒別功能。重用是指 JAVA 卡上的應用可以根據需要進行刪除或重新添加新的應用，而無需更換新的智能卡，這樣大大增強智能卡的靈活性。

　 綜上所述，JAVA 卡的出現統一了智能卡的編程接口(API)，統一了智能卡的編程語言(JAVA 語言)，為智能卡的更大范圍的使用提供了基礎，真正使智能卡行業成為一個統一標準的產業。

　 JAVA卡的基本概念

　 JAVA卡的結構
　 可以說 JAVA 卡是 JAVA 平臺中最小的子集。JAVA 卡 2.1 的規范可以在 http://www.javasoft.com/javacard 這個網址得到。JAVA 卡 2.1 規范主要包括有：JAVA 卡虛擬機規范，JAVA 卡編程接口(API)和 JAVA 卡運行環境規范。
　 JAVA 卡有點象一部功能齊全，但規模較小的電腦，其硬件主要是為了保證 JAVA 卡的運行環境的需要，其最小的硬件配置要求為：

　 512 bytes RAM：主要用于存放程序執行時的堆棧、暫存資料以及做為I/O的緩沖區。
　 24 KB ROM：主要用于存放操作系統以及運行環境(Runtime Environment)，如 JAVA 虛擬機、Applet 等。
　 8 KB EEPROM：用于儲存我們開發并裝載至 JAVA 卡上的Applet。
　 8-bit processor： JAVA 卡需要至少8位的處理器支持。
　 那么 JAVA 卡的內部結構究竟是怎么樣的呢？根據上述的硬件介紹，基本上我們可以將 JAVA 卡想像為一部 PC 的縮影：JAVA 卡的內部結構由 OS、native functions、JAVA VM(JAVA 虛擬機)、JAVA Framework 以及架構在此上的應用程序(Applet)所構成。下圖即為 JAVA 卡內部結構：
　 在此結構中，最底層的 OS(操作系統) and Native Functions(基本函數)是負責低層的處理工作，如同 PC 的操作系統。

　 JAVA 虛擬機處于OS and Native Functions 之上，它的存在實現了卡接口的統一和編程語言的統一。并且也隱藏了卡底層各個卡供應商不同的技術。
　 JAVA 卡 Framework 為開發人員定義了一整套編程接口類,主要負責執行 JAVA 卡 Applet 以及提供 Applet 執行所需要的環境。
　 Industry Add-on Classes 則是服務方所提供的類，使得企業與公司能夠提供屬于自己的服務程序，例如，如果這張卡是 GSM 網絡的 SIM 卡，那么這一層就是 SIM 卡所需的接口類。

　 JAVA 卡的最上層就是所謂的 JAVA 卡 Applet，也就是我們要進行開發的應用。如圖所示，一個 JAVA 卡可以執行多個 JAVA 卡 Applet。每個 Applet 是靠 AID (應用ID號)來識別的。但是要特別注意，JAVA 卡的執行環境并不支援多線程，所以一次只能執行一個 Applet，并且 Applet 與 Applet 之間也有防火墻的阻隔。


　 JAVA 卡的生命期
　 當 JAVA 卡的 OS，虛擬機，編程接口(API)類庫裝載到卡的 ROM 之后，JAVA 卡即開始了它的工作使命。這個把 JAVA 卡的固定不變的組件放入芯片的不可重寫區域(ROM)的過程叫掩膜(MASK)。不過，要使 JAVA 卡真正能使用還要兩個必須的過程：初始化和個人化。初始化是指：在卡體內(一般在 EEPROM 中)創建文件結構。這個文件結構是大家都有的，它的具體內容是與你這張 JAVA 卡的功能有關。比如：你的卡是銀行卡，那么卡內結構就是由銀行業規定的結構；如卡是 SIM 卡，那么卡的結構就要根據 GSM 規范來定。初始化并沒有涉及到個人信息。如果卡要發行給指定的某個人，就要通過個人化過程來完成。個人化就是把個人信息附于卡。它可以是物理過程，如打印某人的照片；也可以是電子過程：把個人信息寫入卡中。如你的 ID 號，PIN 碼等等。初始化和個人化可以由制卡商或發行商來完成。當初始化和個人化完成后，這張 JAVA 卡就可以被使用了。你可以把卡插入讀卡器，對它發出 APDU 指令，或下載更多的 Applet。JAVA卡的生命期將一直持續到它被物理損害，被不正確的操作鎖死或卡的應用過期。

　 JAVA 卡虛擬機的生命期
　 與 PC 中的 JAVA 虛擬機不同，JAVA 卡中的虛擬機將永遠運行。那怕掉電后，卡上的信息也將被保存下來。所以 JAVA 卡虛擬機的生命期是與 JAVA 卡生命期一致的。當沒有電源時，虛擬機就象在一個無限大的時鐘頻率下運行。

　 JAVA 卡 Applet 的生命期
　 Applet 開始于 Applet 被安裝并在卡的注冊表中注冊，終止于 Applet 被從注冊表中注銷。一般 Applet 在卡中是沒有被激活的，只有當這個 Applet 被終端“選擇”(Select)到時，Applet 才被激活。