基于USB接口和智能卡的PKI客户端设计

　　响应应用数据单元也包括两部分：可能存在的响应数据体(应答体)和两个状态字节(应答尾部)，其内容为

　　基于保密的原因，具体的命令代码和状态字节(SWl、SW2)的编码略。

　　(2)算法库的实现

　　算法库是一个根据不同需要可扩展的函数库。目前，算法库里有：

　　◆对称加密算法——DES算法、3DES算法、RC2、RC4算法；

　　◆摘要(散列值)算法——SHA一1算法、MD5算法；

　　◆非对称加密算法——RSA算法、DSA算法、ECC算法。

　　以上算法全部在设备内实现。

　　2.2.2 USB接口层的软件设计

　　USB接口层软件主要完成计算机主机和客户端设备之间的数据传输，完成主机与IC卡之间交互的命令及响应。一方面将主机来的USB信息包转换成符合IS07816--4标准的智能卡可识别的命令，另一方面，根据IS07816--4标准，将智能卡的响应数据转化成USB数据包，上传给主机。

　　在USB的初始化中，完成终端设备USB的自举过程。考虑到设备与计算机之间的数据交换具有数量少、传输速度不要求很高的特点，因而将其配置为HID类设备，实现在WIN2000、Win Me等环境下免安装驱动程序的特点。本设备使用了3个端点：端点0用于控制信息的传输，端点1用于接收主机发来的数据，端点3用于向主机发送数据。
USB的消息处理过程是：USB发出中断请求，单片机响应中断，首先查看各中断寄存器，找出产生中断的事件，然后处理。程序的设计主要集中在中断处理服务程序上，如图2所示。

　　上述2.2.1节和2.2.2节软件设计为PKI终端设备内软件设计，整个软件采用了Keil C51语言编写。与汇编相比，C语言在功能、结构、可读性、可维护性上有明显的优势。Keil C51提供了丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。最后生成标准的HEX文件，以直接写入程序存储器，如Flash中。

　　2.2.3应用层软件设计

　　应用层(计算机主机)软件开发主要是提供底层API库函数，在此基础上实现CSP[4](Cryptographic Service Provider，加密服务提供者)软件设计，为用户提供符合微软加密服务要求的中间件。应用层软件结构如图3所示。

　　应用程序不能直接与CSP进行通信。取而代之，应用程序通过调用由Advapi32．d11和Crypt32.dll模块所提供的一些CryptoAPI接口函数来与CSP进行通信，从而完成相应的功能。操作系统过滤这些函数调用，并把它们通过C2ryptoSPI(系统编程接口)传递给相应的CSP函数。

　　整个软件的实现过程为：首先，根据智能卡COS命令，完成底层API库函数CLlB。通过对库函数进行封装生成PKIKEY类，即PKIKEY．CPP，PKIKEY．H，进而生成CSP所需的DLL文件，最后通过向微软申请认证，通过后微软将进行签名。

　　本设计中，可以向客户提供底层API函数和CSP两种中间件接口，以支持客户的二次开发。

　　在应用软件方面，我们设计了客户端管理工具软件和管理端管理工具软件。

　　客户端管理工具实现的功能：证书的自动注册注销，修改用户密码等功能。

　　管理端管理工具实现的功能：除具有客户端管理工具的功能外，还提供了格式化设备、清空设备、解锁用户密码、修改管理员密码等功能。

　　2.3 主要技术指标

　　操作系统：Windows 98/Me/2000/XP，Mac OS 8/9，Linux．

　　证书及标准：PKCS#1l，MS CAPI，PC/SC，X．509 v3证书存储。

　　加密算法：MD5，SHA - l,DES/3DES，RC2，RC4，RSA，DSA，ECC等。

　　接口类型：USB V1.1 A型。

　　功耗：<250 mW。

　　3 总 结

　　本文提出的PKI客户端设备已经小批量生产。它是整个PKI体系的重要组成部分，可以实现密钥安全保管、证书管理、签名、验证签名、加/解密和身份认证等功能，具有高稳定性、高安全性、高可靠性、安装和携带方便、操作简便、运算速度快等特点；可广泛应用于要求个人身份认证、识别、数据加密、安全存储等领域，如电子商务、电子政务等，所提供的底层库函数和CSP软件以中间件方式极大地方便了客户的二次开发。总之，本设计思想先进，代表了当前该领域的发展方向，应用前景广泛。