RF-SIM卡的多应用COS研究与设计

    由上述算法可知，每完成一次掉电保护操作至少要写一次备份区C，因此从整体来说备份区C的读写是频繁的，但是对存储介质的读写次数有严格限制（如flash 的擦写次数为100 000~1 000 000 次），所以备份区C不能静态分配，需要动态选择。更本质上说，由于对存储块的读写访问不均匀，导致出现了“冷”“热”数据块，因此有必要协调好两者之间的关系，也就是尽量使数据块擦写趋于均衡，即均衡磨损机制。综合考虑芯片的硬件环境及算法实现的难易程度，本系统采用“冷热置换”策略：首先把当前应用的数据块擦除次数表（Data-block Erase Table，DET）调入RAM，对数据块的擦除都要更新DET，当某块S 的擦除次数大于某一阈值时（如256 次），选择一擦除次数最少的数据块置换。当DET表所有记录的擦除项为“满”（所有都为256 次）或者DET总更新次数大于或等于某临界值时（如1 000 次），DET 记录的擦除次数项全部清零，并且把DET 从RAM 中保存至flash 存储器。显然，这种“冷热置换”方式能够很好地保证应用系统内部数据块的均衡磨损，但是在掉电保护算法中，因为备份区C不需要置换，只是覆盖即可，所以对于备份区C的选择采用“循环写空闲块”的方式：从未分配区域和系统文件区（如GSM文件区）中通过循环查找的方式选择空闲块充当备份区。

    3.2 多应用安全机制的设计

    具体的单应用系统平台中，一般都设计了规范的或者行业间私有的安全机制，所以本部分重点讨论多文件系统环境下的安全问题。

    3.2.1 数据内容安全管理：对文件中的数据进行加密来保证内容的安全，因为即使数据被非法读取，窃取的也只是密文，破解难度大。
    3.2.2 非法越界管理：多应用文件系统的最大威胁就是非法越界访问其他文件系统数据，所以必须设计防止多应用文件间非法越界访问的安全机制[5]：因为各文件系统的存储空间是连续分配的，物理地址的范围可表述为Addr[上界，下界]，所以可以通过Addr 中的上界和下界进行匹配隔离方式防止越界访问，这样就如同在文件系统的上界和下界处设置了一道坚固的隔离墙。
    3.2.3 交互行为安全：某些事务逻辑中，需要在一次原子性操作过程中访问两个或以上的文件系统，如用手机银行为公交IC 卡充值。在交互过程中，设置日志管理机制来保证事务逻辑的原子性。为保证多个应用系统间交互操作的行为安全，建立信任机制，采用双向鉴权方式来增强行为安全的可信度，同时使用数字签名认证方式来界定安全责任，因为这种方式具有不可抵赖性。

    3.3 双通道通信设计

    RF-SIM卡具有接触和非接触两个界面，因此它存在SCD（接触式7816 接口）和SCR（非接触式RF接口）两个逻辑传输通道。两个通道既能够独立地进行数据传输又需要相互协调工作，当然也跟智能卡芯片内核密切联系，它们之间的调用关系如图6 所示。 

    为方便移植和其他模块对SCD 与SCR 通道进行透明调用，分别设置如下通道命令处理接口[6]：Scd_RecvByte（7816 接口接收一个字节数据），Scd_SendByte（7816 接口发送一个字节数据），Scd_Mode（SCD 通道收发模式转换），Scd_Close（SCD通道关闭），Scd_Reset（SCD通道重设），Set_Timer（SCD通道发送60 函数）Scr_Send（RF 发数据），Scr_Recv（RF 收数据），Scr_Data（RF数据缓存），Scr_param（RF的参数），Scr_Star（启动射频功能）。

    4 实验测试

    经过对各功能模块进行认真研究、仔细分析和逐步细化的过程，最后设计出基于RF-SIM卡的多应用COS结构图（图7）。随后在此COS结构基础上设计实验方案：硬件平台是以AT90SC320288RCT 安全芯片为基础的RF-SIM芯片卡，编译工具使用的是IAR EWAVR4.3A 开发平台，应用层设计了GSM 应用和RF 应用。GSM 应用是以电信EVDO 卡为例设计，RF 应用则以公交IC卡为例，在EVDO卡部分，文件模块、安全模块、命令模块和通信模块遵守GSM11.11 系列规范和ISO 7816 规范。RF 应用方面，射频通信符合ISO/IEC 14443系列标准，文件系统采用MAFIRE I 格式结构。同时设计了STK菜单，支撑GSM应用和公交IC 卡的数据交互。最后经过编码、内部测试、仿真、卡片下载流程之后，基本实现了电信EVDO卡和公交IC 卡的功能与性能等方面的要求，从而验证了本设计方案的可行性。但是本方案只是在结构上预留了其他应用接口，而对应用的动态更新还有待研究。 

    5 总结

    在多应用环境下，重点对文件系统、安全机制和双通道通信管理进行了研究与设计，最后基于RF-SIM卡设计了一种多应用COS结构和实现了一个简单原型，具有较高的稳定性和安全性，对其他研究人员设计多应用COS有一定的借签价值。