Java智能卡的安全性

第頁Java智能卡的平安性摘要：Java智能卡的應(yīng)用已日益廣泛，由于其中涉及到了身份認證、移動通信和電子支付等敏感信息，所以必須為Java智能卡制定完善的平安機制。針對此問題，對Java智能卡的構(gòu)造和各種平安機制進展了介紹和探討，分析了Java智能卡的平安性。關(guān)鍵詞：Java智能卡；事務(wù)處理；防火墻中圖分類號：TP393文獻標識碼：A文章編號：1009-3044(2021)24-6015-02TheSecurityofJavaSmartCardWANGMing-fei(DepartmentofComputerScienceandTechnology,ChinaUniversityofMiningandTechnology,Xuzhou221008,China)Abstract:Now,JavaCardareusingwidely,duetotheseappletsrelatestotheauthentication、mobilecommunications、electronicpaymentandothersensitiveinformation,soitisnecessarytoestablishcompletedsecuritymechanismsforJavaSmartCard.Forthisproblem,thestructureoftheJavaSmartCardandavarietyofsecuritymechanismsarediscussed,andanalyzedtheJavaCardsecurity.Keywords:Javasmartcard;transaction;firewall智能卡〔SmartCard〕是將集成電路芯片鑲嵌在塑料基片中，封裝成卡的形式，其外形和磁條卡相似，它里面所包含的集成電路芯片帶有微處理器和存儲器，具有存儲、加密和數(shù)據(jù)處理的能力，可被看作為微小型計算機，另外一般智能卡都加上了RFID模塊，可以與外界的讀卡器進展非接觸式通訊。與目前仍在廣泛使用的磁卡相比，智能卡具有平安性高、可靠性強、存儲量大等優(yōu)點。Java智能卡是在智能卡技術(shù)的根底上開展而來的，是目前世界上三大智能卡領(lǐng)先技術(shù)〔JavaCardTM、Windows??RPoweredSmartCards、MULTOSTM〕之一。Java智能卡是在智能卡的硬件系統(tǒng)根底之上在卡片內(nèi)通過軟件構(gòu)建的一個支持Java程序下載、安裝、運行和卸載的軟、硬件系統(tǒng)。它在有限資源的智能卡環(huán)境中支持Java語言的一個子集，成為Java嵌入式的一種新應(yīng)用。Java智能卡充分利用了Java的平臺無關(guān)性，使得Java技術(shù)“一次編寫，隨處運行〞的思想在智能卡上得以實現(xiàn)。國外對Java卡的研究較早，并已廣泛運用，而我們國內(nèi)的研究較晚，但開展很快。目前，Java卡主要運用于身份識別、交通、通信及金融等領(lǐng)域，其中涉及到了身份認證和電子支付等一些敏感和隱私信息，這就給Java智能卡的平安性提出了很高的要求。1Java卡概述Java智能卡系統(tǒng)由以下幾局部組成：1〕智能卡硬件系統(tǒng)，一個典型的JavaCard硬件設(shè)備由一個8位或16位的運行在3.7MHz的中央處理器、1K的RAM和多于16K的非易失性存儲器〔EEPROM或Flash〕構(gòu)成。2〕底層操作系統(tǒng)，完成根本的I/O通信、存儲、加密等根本操作。3〕Java智能卡虛擬機〔JCVM〕，是用來支持字節(jié)碼運行的虛擬機模型，解釋執(zhí)行Java語言，以實現(xiàn)智能卡平臺Java語言的硬件無關(guān)特性。由于智能卡的有限的空間，JCVM只支持Java語言的一個有限的子集。4〕Java智能卡類庫〔API〕，包括Java智能卡運行的核心類庫和應(yīng)用擴展類庫，為Applet的開發(fā)提供統(tǒng)一的應(yīng)用編程接口，是Java語言的一個子集。5〕Java智能卡運行環(huán)境〔JCRE〕，包括Java智能卡虛擬機、API類庫以及其他的支持效勞，如卡內(nèi)Applet間的平安隔離機制和對象共享機制、事務(wù)處理、邏輯通道等。6〕Java智能卡應(yīng)用〔Applet〕，運行于Java卡上的應(yīng)用程序，如GSM應(yīng)用、電子錢包應(yīng)用。Java智能卡可以安裝多個Applet，每個Applet被賦予一個唯一的AID，通過AID，JCRE可以分別激活或取消激活Java智能卡中的各個Applet，并且它們之間互不影響。2Java智能卡的平安機制由于Java智能卡支持多個Applet存在于一張智能卡中，并且允許用戶自主下載、安裝和卸載Applet。我們從兩個角度去考慮Java智能卡的平安，一是Applet本身，二是多個Applet之間。Applet本身的平安性，一局部基于java語言的平安性和編碼構(gòu)造的平安性，這更多的依靠于軟件開發(fā)人員的編碼能力，我們在此不考慮此因素。下面我們從三個方面來考慮Java智能卡的平安機制。2.1原子性和事務(wù)處理原子性指事務(wù)是一個完整的操作，事務(wù)的所有元素作為一個整體進展提交或回滾，如果事務(wù)中的任何元素操作失敗，那么整個事務(wù)將失敗。智能卡平臺的原子性是指在卡片運行過程中，當進展某些永久數(shù)據(jù)的更新操作，發(fā)生錯誤、中斷或掉電等異常時，卡片應(yīng)該保證這些永久數(shù)據(jù)的更新操作是一致的，即全做或者完全不做。事務(wù)處理就是邏輯上對一組數(shù)據(jù)的操作，例如乘坐公交車，將乘車費從卡上扣除。對于事務(wù)來說，關(guān)鍵在于如何保證該過程的原子性，即該事務(wù)的所有數(shù)據(jù)更改操作全部完成或者全部不進展，即保持原值。對于智能卡這種平安性要求系數(shù)較高的設(shè)備來說，完善的事務(wù)處理尤為重要。在某些情況下，智能卡用戶在使用過程中不小心在運行未完畢時移走了卡片或關(guān)閉了終端電源等，智能卡就必須保證敏感數(shù)據(jù)的操作完整性。Java智能卡平臺的事務(wù)處理機制由JCRE來完成，其提供了兩種等級的事務(wù)處理機制：一、JCRE保證對永久對象的某個成員或某個類成員的更新操作是原子性的；二、JCRE可以提供一個事務(wù)處理模式，在該模式下，Applet可以將一批要更新的數(shù)據(jù)放到一個事務(wù)中來，JCRE將會保證此事務(wù)中所有更新操作的原子性。2.2Applet防火墻智能卡支持在一張卡上同時存在多個Applet，那么Java智能卡平臺就要提供一種機制將Applet相隔離，以保證某一個Applet或者惡意程序不能隨便訪問其他Applet的對象或域。在Java智能卡中，Applet的隔離是通過Applet防火墻來實現(xiàn)的。如果一個對象是屬于一個被它自己的防火墻所保護的applet，那么其他的Applet要訪問這個對象時就必須滿足一定的平安規(guī)那么。JCVM運行時將會自動進展相關(guān)平安校驗，以防止不同Applet間的非法數(shù)據(jù)訪問。2.2.1上下文〔Context〕Java智能卡中的防火墻將Java智能卡對象系統(tǒng)分為不同的保護對象區(qū)域，稱為執(zhí)行上下文〔Context〕，而防火墻那么是一個執(zhí)行上下文和另一個執(zhí)行上下文之間的界限。每當產(chǎn)生一個應(yīng)用程序?qū)ο髮嵗?，系統(tǒng)都為之分配一個執(zhí)行上下文，且此執(zhí)行上下文實質(zhì)上為一組執(zhí)行上下文，同一Java包中的所有Applet對象實例都共享一樣的組執(zhí)行上下文，在同一組執(zhí)行上下文中，各Applet之間的對象訪問是允許的，而訪問另一組執(zhí)行上下文中的對象是被防火墻所制止的。Java智能卡運行環(huán)境〔JCRE〕擁有自己的執(zhí)行上下文，此執(zhí)行上下文擁有特殊的訪問權(quán)限，它可訪問任何執(zhí)行上下文中的應(yīng)用程序?qū)ο螅鴱腁pplet執(zhí)行上下文到JCRE執(zhí)行上下文是被防火墻制止的。2.2.2上下文切換通常情況下，對象的訪問都是在同一Applet內(nèi)完成的，也就不用進展上下文的切換，只有當不同上下文中的Applet通過共享接口調(diào)用時，上下文切換才會出現(xiàn)。在一個上下文切換過程中，前一個上下文和對象所有者信息將被壓入一個內(nèi)部的VM堆棧中，后面的那一個上下文成為當前激活的上下文，這個被調(diào)用的方法將在這個新的上下文中執(zhí)行，當這個方法調(diào)用完畢時，JCVM執(zhí)行一個恢復上下文的切換，原來的〔這個方法調(diào)用者的〕上下文從堆棧中彈出恢復為當前激活的上下文。上下文的切換是可以嵌套的，嵌套的最大深度依賴于可用的VM的堆?？臻g大小。2.3保證對象間訪問的平安機制Applet防火墻將一個Applet的運行限定在被指定的上下文中，為了允許Applet與其它的Applet或JCRE進展交互，以便一個上下文中的Applet可以訪問一個屬于另一個上下文的對象，Java卡提供了一些平安的訪問機制：一、JCRE入口點對象，為JCRE執(zhí)行上下文擁有的普通對象，Applet對象實例通過訪問JCRE入口點對象的公用方法來完成Applet對JCRE的訪問；二、全局數(shù)組，為JCRE入口點對象的特殊類型，能被所有Applet和JCRE執(zhí)行上下文所共享的全局數(shù)組；三、JCRE特權(quán)，為JCRE上下文擁有的特殊的訪問權(quán)限，它可以調(diào)用所有Applet中的對象的方法或訪問對象的實例域，而不受Applet防火墻限制；四、共享接口，需要一個對象實例去實現(xiàn)，以用來使其他對象實例通過此共享接口來實現(xiàn)跨上下文間的對象訪問。3總結(jié)由于Java智能卡廣泛應(yīng)用于身份認證和電子支付行業(yè)，所以其平安性是必須重點考慮的。Java智能卡的原子性和事務(wù)處理機制，可以使Applet的數(shù)據(jù)不會因誤操作或讀卡器的不正常中斷而受到破壞，在一定程度上保證了數(shù)據(jù)的平安性；Java智能卡中的防火墻機制保證了Applet的隔離，防止了某一Applet或惡意程序?qū)ζ渌鸄pplet的敏感信息進展訪問或破壞，同時Java智能卡也提供了跨上下文的Applet之間的對象訪問平安機制，保證了Applet間的必要的相互訪問的平安。由于Java智能卡的眾多優(yōu)點和其突出的平安性，相信將來Java智能卡的應(yīng)用將會越來越廣泛。參考文獻：[1]張大偉,靳偉.Java智能卡原理與應(yīng)用開發(fā)[M].北京:電子工業(yè)出版社,2021.[2]周捷,吳東輝,陳章龍.JAVA卡平臺平安性的涉及與實現(xiàn)[J].計算機工程與應(yīng)用,2019,21:114-117.[3]李阿芳.Java智能卡的平安性研究[J].電腦知識與技術(shù),2021,5(22):6