第一部分CPU基础知识
一、为什么用CPU卡
IC卡从接口方式上分，可以分为接触式IC卡、非接触式IC卡及复合卡。从器件技术上分，可分为非加密存储卡、加密存储卡及CPU卡。非加密卡没有安全性，可以任意改写卡内的数据，加密存储卡在普通存储卡的基础上加了逻辑加密电路，成了加密存储卡。逻辑加密存储卡由于采用密码控制逻辑来控制对EEPROM 的访问和改写，在使用之前需要校验密码才可以进行写操作，所以对于芯片本身来说是安全的，但在应用上是不安全的。它有如下不安全性因素：
1、密码在线路上是明文传输的，易被截取；
2、对于系统商来说，密码及加密算法都是透明的。
3、逻辑加密卡是无法认证应用是否合法的。例如，假设有人伪造了ATM，你无法知道它的合法性，当您插入信用卡，输入PIN的时候，信用卡的密码就被截获了。再如INTENET网上购物，如果用逻辑加密卡，购物者同样无法确定网上商店的合法性。
正是由于逻辑加密卡使用上的不安全因素，促进了CPU卡的发展。CPU卡可以做到对人、对卡、对系统的三方的合法性认证。
二、CPU卡的三种认证
CPU卡具有三种认证方法：
持卡者合法性认证——PIN校验
卡合法性认证——内部认证
系统合法性认证——外部认证
持卡者合法性认证：
通过持卡人输入个人口令来进行验证的过程。
系统合法性认证（外部认证）过程：
系统卡，
送随机数X
[用指定算法、密钥]对随机数加密
[用指定算法、密钥]解密Y，得结果Z
比较X，Z，如果相同则表示系统是合法的；
卡的合法性认证（内部认证）过程：
系统卡
送随机数X
用指定算法、密钥]对随机数加密
[用指定算法、密钥]解密Y，得结果Z
比较X，Z，如果相同则表示卡是合法的；
在以上认证过程中，密钥是不在线路上以明文出现的，它每次的送出都是经过随机数加密的，而且因为有随机数的参加，确保每次传输的内容不同。如果截获了没有任何意义。这不单单是密码对密码的认证，是方法认证方法，就象早期在军队中使用的密码电报，发送方将报文按一定的方法加密成密文发送出去，然后接收方收到后又按一定的方法将密文解密。
通过这种认证方式，线路上就没有了攻击点，同时卡也可以验证应用的合法性；
但是因为系统方用于认证的密钥及算法是在应用程序中，还是不能去除系统商的攻击性。
在此，我们引进了SAM卡的概念。
SAM卡是一种具有特殊性能的CPU卡，用于存放密钥和加密算法，可完成交易中的相互认证、密码验证和加密、解密运算，一般用作身份标志。
由于SAM卡的出现，我们有了一种更完整的系统解决方案。
在发卡时，我们将主密钥存入SAM卡中，然后由SAM卡中的主密钥，对用户卡的特征字节（如：应用序列号）加密生成子密钥，将子密钥注入用户卡中。由于应用序列号的唯一性，使每张用户卡内的子密钥都不同。
密钥一旦注入卡中，则不会在卡外出现。在使用时，由SAM卡的主密钥生成子密钥存放在RAM区中，用于加密、解密数据。
上述的认证过程就成为如下形式：
系统合法性认证（外部认证）过程：
SAM卡系统卡
送随机数X
SAM卡生成子密钥对随机数加密
解密Y，得结果Z
比较X，Z，如果相同则表示系统是合法的；
卡的合法性认证（内部认证）过程：
SAM卡系统卡
送随机数X
用指定算法、密钥]对随机数加密
SAM卡解密Y，得结果Z
比较X，Z，如果相同则表示卡是合法的；
这样在应用程序中的密钥，就转移到了SAM卡中，认证成为卡——卡的认证，系统商不再存在责任。
三、线路保护
卡与外界进行数据传输时，若以明文方式传输，数据易被载获和分析。同时，也可以对传输的数据进行窜改，要解决这个问题，CPU卡提供了线路保护功能。
线路保护分为两种，一是将传输的数据进行DES加密，以密文形式传输，以防止截获分析。二是对传输的数据附加MAC（安全报文鉴别码），接收方收到后首先进行校验，校验正确后才予以接收，以保证数据的真实性与完整性。
四、硬件结构图
EEPROM用于存放用户数据；ROM中用于存放COS操作系统，而RAM区中用于存放COS运行时的中间变
量。
COS（chip operation system）,就是芯片操作系统，类似于DOS和WINDWOS，没有COS的CPU卡就象没有DOS和WINDOWS的PC机一样无法使用。
COS是在芯片出厂时由芯片供应商固化到ROM区的，这个过程就称之为掩膜。
COS是CPU卡的核心部分，它和硬件一起实现CPU卡的安全性。
第二部分SmartCOS简介
SmartCOS是由明华公司自主开发的芯片操作系统，于1999年6月通过了人行认证。
COS主要分为四部分：
一、SMARTCOS的文件系统
CPU卡是以文件方式来管理SmartCOS支持如下文件系统。
1、文件可分为MF文件、DF文件、EF文件
MF：主控文件，是整个文件系统的根，是唯一的，相当于根目录；
DF：专用文件，相当于子目录，可用于存储某个应用的所有文件，DF下不可再建立DF。一个DF可以是一个应用，也可以多个DF用于同一个应用。
EF：基本文件，用于存储各种应用数据和管理信息。
2、EF从存储内容上分为两种：
安全基本文件：用于存放密钥，每个目录下只能建立一个安全基本文件，密钥文件不能通过文件选择来选取，密钥内容不可以读出，但在满足条件时可使用和修改。
工作基本文件：用于存放应用的实际数据，个数及大小只受空间限制。在满足条件时可读写。
3、基本文件结构
基本文件的结构可分为以下四种：
二进制文件：
数据以字节为单位进行读写，每次读写的长度不能超过110字节；可用于存储无序的数据。
线性定长记录文件:
每条记录为固定长度，可以通过记录号访问记录，记录范围不超过254；
每条记录的长度不超过110字节，密钥文件就是线性定长记录文件，其每条记录长度固定为25外字节。可用于存放有规律定长的数据。
线性变长记录文件：
每条记录的长度可以各不相同，但最大长度不能超过110
字节，可以通过记录号来访问。
循环定长记录文件结构：
相当于一个环形记录队列，按照先进先出的原则存储，最新写入的记录号为1，上一次写入的记录号为2，以此类推，记录写满后自动覆盖最早的记录。
4、文件结构图
在MF下可建立EF和DF；
在DF下不可再建立DF，只能建立EF；
