VC中PC/SC智能卡接口的編程

文章出處：http://56733.cn 作者：蔣遂平   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年10月09日

     1 引言

    完整的智能卡應(yīng)用系統(tǒng)由后臺(tái)服務(wù)程序、主機(jī)或終端應(yīng)用程序和智能卡等組成，其中，后臺(tái)服務(wù)程序提供了支持智能卡的服務(wù)。例如，在一個(gè)電子付款系統(tǒng)中，后臺(tái)服務(wù)程序可以提供到信用卡和帳戶信息的訪問(wèn)；主機(jī)或終端應(yīng)用程序一般存在于臺(tái)式機(jī)或者終端、電子付款終端、手機(jī)或者一個(gè)安全子系統(tǒng)中，終端應(yīng)用程序要處理用戶、智能卡和后臺(tái)服務(wù)程序之間的通訊；智能卡則存儲(chǔ)用戶的一些信息。 

    終端應(yīng)用程序需要通過(guò)讀卡器來(lái)訪問(wèn)智能卡，在一個(gè)系統(tǒng)中，通常存在多家廠商提供的讀卡器，因此需要一個(gè)統(tǒng)一的讀卡器設(shè)備驅(qū)動(dòng)接口。 

    隨著智能卡的廣泛應(yīng)用，為解決計(jì)算機(jī)與各種讀卡器之間的互操作性問(wèn)題，人們提出了PC/SC（Personal Computer/Smart Card）規(guī)范，PC/SC規(guī)范作為讀卡器和卡與計(jì)算機(jī)之間有一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)接口，實(shí)現(xiàn)不同生產(chǎn)商的卡和讀卡器之間的互操作性，其獨(dú)立于設(shè)備的 API使得應(yīng)用程序開(kāi)發(fā)人員不必考慮當(dāng)前實(shí)現(xiàn)形式和將來(lái)實(shí)現(xiàn)形式之間的差異，并避免了由于基本硬件改變而引起的應(yīng)用程序變更，從而降低了軟件開(kāi)發(fā)成本。

    Microsoft在其Platform SDK中實(shí)現(xiàn)了PC/SC，作為連接智能卡讀卡器與計(jì)算機(jī)的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)模型，提供了獨(dú)立于設(shè)備的 API，并與Windows平臺(tái)集成。因此，我們可以用PC/SC接口來(lái)訪問(wèn)智能卡。

    2 PC/SC概述

    PC/SC接口包含30多個(gè)以Scard為前綴的函數(shù)，所有函數(shù)的原型都在winscard.h中聲明，應(yīng)用程序需要包含winscard.lib，所有函數(shù)的正常返回值都是SCARD_S_SUCCESS。在這30多個(gè)函數(shù)中，常用的函數(shù)只有幾個(gè)，與智能卡的訪問(wèn)流程（圖2）對(duì)應(yīng)，下面將詳細(xì)介紹這些常用函數(shù)。

    3 PC/SC的使用

    3.1建立資源管理器的上下文

    函數(shù)ScardEstablishContext()用于建立將在其中進(jìn)行設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)操作的資源管理器上下文（范圍）。 

    函數(shù)原型：LONG SCardEstablishContext(DWORD dwScope, LPCVOID pvReserved1, LPCVOID pvReserved2, LPSCARDCONTEXT phContext);
各個(gè)參數(shù)的含義：（1）dwScope：輸入類型；表示資源管理器上下文范圍，取值為：SCARD_SCOPE_USER（在用戶域中完成設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)操作）、SCARD_SCOPE_SYSTEM（在系統(tǒng)域中完成設(shè)備數(shù)據(jù)庫(kù)操作）。要求應(yīng)用程序具有相應(yīng)的操作權(quán)限。（2）pvReserved1：輸入類型；保留，必須為NULL。（3）pvReserved2：輸入類型；保留，必須為NULL。（4）phContext：輸出類型；建立的資源管理器上下文的句柄。 

    下面是建立資源管理器上下文的代碼：

    SCARDCONTEXT hSC; 
    LONG lReturn; 
    lReturn = SCardEstablishContext(SCARD_SCOPE_USER, NULL, NULL, &hSC); 
    if ( lReturn!=SCARD_S_SUCCESS ) 
    printf("Failed SCardEstablishContext\n");

    3.2 獲得系統(tǒng)中安裝的讀卡器列表

    函數(shù)ScardListReaders()可以列出系統(tǒng)中安裝的讀卡器的名字。 

    函數(shù)原型：LONG SCardListReaders(SCARDCONTEXT hContext, LPCTSTR mszGroups, LPTSTR mszReaders, LPDWORD pcchReaders);
各個(gè)參數(shù)的含義：（1）hContext：輸入類型；ScardEstablishContext()建立的資源管理器上下文的句柄，不能為NULL。（2）mszGroups：輸入類型；讀卡器組名，為NULL時(shí)，表示列出所有讀卡器。（3）mszReaders：輸出類型；系統(tǒng)中安裝的讀卡器的名字，各個(gè)名字之間用’\0’分隔，最后一個(gè)名字后面為兩個(gè)連續(xù)的’\0’。（4）pcchReaders：輸入輸出類型；mszReaders的長(zhǎng)度。

    系統(tǒng)中可能安裝多個(gè)讀卡器，因此，需要保存各個(gè)讀卡器的名字，以便以后與需要的讀卡器建立連接。

    下面是獲得系統(tǒng)中安裝的讀卡器列表的代碼：

    char mszReaders[1024];
    LPTSTR pReader, pReaderName[2]; 
    DWORD dwLen=sizeof(mzsReaders); 
    int nReaders=0; 
    lReturn = SCardListReaders(hSC, NULL, (LPTSTR)mszReaders, &dwLen); 
    if ( lReturn==SCARD_S_SUCCESS ) 
    { 
    pReader = (LPTSTR)pmszReaders; 
    while (*pReader !='\0' ) 
    { 
    if ( nReaders<2 ) //使用系統(tǒng)中前2個(gè)讀卡器 
    pReaderName[nReaders++]=pReader; 
    printf("Reader: %S\n", pReader ); 
    //下一個(gè)讀卡器名 
    pReader = pReader + strlen(pReader) + 1; 
    } 
    }

    3.3 與讀卡器（智能卡）連接 

    函數(shù)ScardConnect()在應(yīng)用程序與讀卡器上的智能卡之間建立一個(gè)連接。

     函數(shù)原型：LONG SCardConnect(SCARDCONTEXT hContext, LPCTSTR szReader, DWORD dwShareMode, DWORD dwPreferredProtocols, LPSCARDHANDLE phCard, LPDWORD pdwActiveProtocol);

    各個(gè)參數(shù)的含義：（1）hContext：輸入類型；ScardEstablishContext()建立的資源管理器上下文的句柄。（2）szReader：輸入類型；包含智能卡的讀卡器名稱（讀卡器名稱由ScardListReaders()給出）。（3）dwShareMode：輸入類型；應(yīng)用程序?qū)χ悄芸ǖ牟僮鞣绞?，SCARD_SHARE_SHARED（多個(gè)應(yīng)用共享同一個(gè)智能卡）、SCARD_SHARE_EXCLUSIVE（應(yīng)用獨(dú)占智能卡）、SCARD_SHARE_DIRECT（應(yīng)用將智能卡作為私有用途，直接操縱智能卡，不允許其它應(yīng)用訪問(wèn)智能卡）。（4）dwPreferredProtocols：輸入類型；連接使用的協(xié)議，SCARD_PROTOCOL_T0（使用T=0協(xié)議）、SCARD_PROTOCOL_T1（使用T=1協(xié)議）。（5）phCard：輸出類型；與智能卡連接的句柄。（6）PdwActiveProtocol：輸出類型；實(shí)際使用的協(xié)議。

    下面是與智能卡建立連接的代碼：

    SCARDHANDLE hCardHandle[2]; 
    DWORD dwAP; 
    lReturn = SCardConnect( hContext, pReaderName[0], SCARD_SHARE_SHARED, 
    SCARD_PROTOCOL_T0 | SCARD_PROTOCOL_T1, &hCardHandle[0], &dwAP ); 
    if ( lReturn!=SCARD_S_SUCCESS ) 
    { 
    printf("Failed SCardConnect\n"); 
    exit(1); 
    }

    與智能卡建立連接后，就可以向智能卡發(fā)送指令，與其交換數(shù)據(jù)了。

    3.4 向智能卡發(fā)送指令

    函數(shù)ScardTransmit()向智能卡發(fā)送指令，并接受返回的數(shù)據(jù)。

    函數(shù)原型：LONG SCardTransmit(SCARDHANDLE hCard, LPCSCARD_I0_REQUEST pioSendPci, LPCBYTE pbSendBuffer, DWORD cbSendLength, LPSCARD_IO_REQUEST pioRecvPci, LPBYTE pbRecvBuffer, LPDWORD pcbRecvLength);

    各個(gè)參數(shù)的含義：（1）hCard：輸入類型；與智能卡連接的句柄。（2）pioSendPci：輸入類型；指令的協(xié)議頭結(jié)構(gòu)的指針，由SCARD_IO_REQUEST結(jié)構(gòu)定義。后面是使用的協(xié)議的協(xié)議控制信息。一般使用系統(tǒng)定義的結(jié)構(gòu)，SCARD_PCI_T0（T=0協(xié)議）、 SCARD_PCI_T1（T=1協(xié)議）、SCARD_PCI_RAW（原始協(xié)議）。（3）pbSendBuffer：輸入類型；要發(fā)送到智能卡的數(shù)據(jù)的指針。（4）cbSendLength：輸入類型；pbSendBuffer的字節(jié)數(shù)目。（5）pioRecvPci：輸入輸出類型；指令協(xié)議頭結(jié)構(gòu)的指針，后面是使用的協(xié)議的協(xié)議控制信息，如果不返回協(xié)議控制信息，可以為NULL。（6）pbRecvBuffer：輸入輸出類型；從智能卡返回的數(shù)據(jù)的指針。（7）pcbRecvLength：輸入輸出類型；pbRecvBuffer的大小和實(shí)際大小。

    對(duì)于T=0協(xié)議，收發(fā)緩沖的用法如下： 

    （a）向智能卡發(fā)送數(shù)據(jù)：要向智能卡發(fā)送n>0字節(jié)數(shù)據(jù)時(shí)，pbSendBuffer 前4字節(jié)分別為T=0的CLA、INS、P1、P2，第5字節(jié)是n，隨后是n字節(jié)的數(shù)據(jù)；cbSendLength值為n+5（4字節(jié)頭+1字節(jié)Lc+n字節(jié)數(shù)據(jù)）。PbRecvBuffer將接收SW1、SW2狀態(tài)碼；pcbRecvLength值在調(diào)用時(shí)至少為2，返回后為2。 

    BYTE recvBuffer[260]; 
    int sendSize, recvSize; 
    BTYE sw1, sw2; 
    BYTE select_mf[]={0xC0, 0xA4, 0x00, 0x00, 0x02, 0x3F, 0x00}; 
    sendSize=7; 
    recvSize=sizeof(recvBuffer); 
    lReturn = SCardTransmit(hCardHandle[0], SCARD_PCI_T0, select_mf, sendSize, 
    NULL, recvBuffer, &recvSize); 
    if ( lReturn != SCARD_S_SUCCESS ) 
    { 
    printf("Failed SCardTransmit\n"); 
    exit(1); 
    } 
    //返回的數(shù)據(jù)，recvSize=2 
    sw1=recvBuffer[recvSize-2]; 
    sw2=recvBuffer[recvSize-1];

    （b）從智能卡接收數(shù)據(jù)：為從智能卡接收n>0字節(jié)數(shù)據(jù)，pbSendBuffer 前4字節(jié)分別為T=0的CLA、INS、P1、P2，第5字節(jié)是n（即Le），如果從智能卡接收256字節(jié)，則第5字節(jié)為0；cbSendLength值為5（4字節(jié)頭+1字節(jié)Le）。PbRecvBuffer將接收智能卡返回的n字節(jié)，隨后是SW1、SW2狀態(tài)碼；pcbRecvLength的值在調(diào)用時(shí)至少為 n+2，返回后為n+2。

    BYTE get_challenge[]={0x00, 0x84, 0x00, 0x00, 0x08}; 
    sendSize=5; 
    recvSize=sizeof(recvBuffer); 
    lReturn = SCardTransmit(hCardHandle[0], SCARD_PCI_T0, get_challenge, 
    sendSize, NULL, recvBuffer, &recvSize); 
    if ( lReturn != SCARD_S_SUCCESS ) 
    { 
    printf("Failed SCardTransmit\n"); 
    exit(1); 
    } 
    //返回的數(shù)據(jù), recvSize=10 
    sw1=recvBuffer[recvSize-2]; 
    sw2=recvBuffer[recvSize-1]; 
    //data=recvBuffer[0]----recvBuffer[7]

    （c）向智能卡發(fā)送沒(méi)有數(shù)據(jù)交換的命令：應(yīng)用程序既不向智能卡發(fā)送數(shù)據(jù)，也不從智能卡接收數(shù)據(jù)，pbSendBuffer 前4字節(jié)分別為T=0的CLA、INS、P1、P2，不發(fā)送P3；cbSendLength 值必須為4。PbRecvBuffer從智能卡接收SW1、SW2狀態(tài)碼；pcbRecvLength值在調(diào)用時(shí)至少為2，返回后為2。

    BYTE set_flag[]={0x80, 0xFE, 0x00, 0x00}; 
    sendSize=4; 
    recvSize=sizeof(recvBuffer); 
    lReturn = SCardTransmit(hCardHandle[0], SCARD_PCI_T0, set_flag, sendSize, 
    NULL, recvBuffer, &recvSize); 
    if ( lReturn != SCARD_S_SUCCESS ) 
    { 
    printf("Failed SCardTransmit\n"); 
    exit(1); 
    } 
    //返回的數(shù)據(jù)，recvSize=2 
    sw1=recvBuffer[recvSize-2]; 
    sw2=recvBuffer[recvSize-1];

    （d）向智能卡發(fā)送具有雙向數(shù)據(jù)交換的命令：T=0協(xié)議中，應(yīng)用程序不能同時(shí)向智能卡發(fā)送數(shù)據(jù)，并從智能卡接收數(shù)據(jù)，即發(fā)送到智能卡的指令中，不能同時(shí)有Lc和Le。這只能分兩步實(shí)現(xiàn)：向智能卡發(fā)送數(shù)據(jù)，接收智能卡返回的狀態(tài)碼，其中，SW2是智能卡將要返回的數(shù)據(jù)字節(jié)數(shù)目；從智能卡接收數(shù)據(jù)（指令為0x00、0xC0、0x00、0x00、Le）。

    BYTE get_response={0x00, 0xc0, 0x00, 0x00, 0x00}; 
    BYTE internal_auth[]={0x00, 0x88, 0x00, 0x00, 0x08, 0x01, 0x02, 0x03, 0x04, 0x05, 0x06, 0x07, 0x08}; 
    sendSize=13; 
    recvSize=sizeof(recvBuffer); 
    lReturn = SCardTransmit(hCardHandle[0], SCARD_PCI_T0, internal_auth, 
    sendSize, NULL, recvBuffer, &recvSize); 
    if ( lReturn != SCARD_S_SUCCESS ) 
    { 
    printf("Failed SCardTransmit\n"); 
    exit(1); 
    } 
    //返回的數(shù)據(jù)，recvSize=2 
    sw1=recvBuffer[recvSize-2]; 
    sw2=recvBuffer[recvSize-1]; 
    if ( sw1!=0x61 ) 
    { 
    printf("Failed Command\n"); 
    exit(1); 
    } 
    get_response[4]=sw2; 
    sendSize=5; 
    recvSize=sizeof(recvBuffer); 
    lReturn = SCardTransmit(hCardHandle[0], SCARD_PCI_T0, get_response, 
    sendSize, NULL, recvBuffer, &recvSize); 
    if ( lReturn != SCARD_S_SUCCESS ) 
    { 
    printf("Failed SCardTransmit\n"); 
    exit(1); 
    } 
    //返回的數(shù)據(jù)，recvSize=10 
    sw1=recvBuffer[recvSize-2]; 
    sw2=recvBuffer[recvSize-1]; 
    //data=recvBuffer[0]----recvBuffer[7]

    3.5 斷開(kāi)與讀卡器（智能卡）的連接

    在與智能卡的數(shù)據(jù)交換完成后，可以使用函數(shù)ScardDisconnect()終止應(yīng)用與智能卡之間的連接。 

    函數(shù)原型：LONG SCardDisconnect(SCARDHANDLE hCard, DWORD dwDisposition); 
    各個(gè)參數(shù)的含義：（1）hCard：輸入類型；與智能卡連接的句柄。（2）dwDisposition：輸入類型；斷開(kāi)連接時(shí)，對(duì)智能卡的操作，SCARD_LEAVE_CARD（不做任何操作）、SCARD_RESET_CARD（復(fù)位智能卡）、SCARD_UNPOWER_CARD（給智能卡掉電）、SCARD_EJECT_CARD（彈出智能卡）。 

    下面是斷開(kāi)與智能卡連接的代碼：

    lReturn = SCardDisconnect(hCardHandle[0], SCARD_LEAVE_CARD); 
    if ( lReturn != SCARD_S_SUCCESS ) 
    { 
    printf("Failed SCardDisconnect\n"); 
    exit(1); 
    }

    3.6 釋放資源管理上下文

    在應(yīng)用程序終止前時(shí)，應(yīng)該調(diào)用函數(shù)ScardReleaseContext()釋放資源管理器的上下文。 
    函數(shù)原型：LONG SCardReleaseContext(SCARDCONTEXT hContext); 
    各個(gè)參數(shù)含義：（1）hContext：輸入類型；ScardEstablishContext()建立的資源管理器上下文的句柄，不能為NULL。 
    下面是釋放資源管理上下文的代碼： 
    lReturn = SCardReleaseContext(hSC); 
    if ( lReturn!=SCARD_S_SUCCESS ) 
    printf("Failed SCardReleaseContext\n");

    4 小結(jié)

    以上介紹的通過(guò)PC/SC來(lái)操作智能卡的流程，可以封裝在一個(gè)類中。例如，我們可以設(shè)計(jì)一個(gè)類: 
    class CSmartReader 
    { 
    private: 
    SCARDCONTEXT hSC; 
    LONG lReturn; 
    char mszReaders[1024]; 
    LPTSTR pReader, pReaderName[2]; 
    DWORD dwLen; 
    int nReaders, nCurrentReader; 
    SCARDHANDLE hCardHandle[2]; 
    DWORD dwAP; 
    public: 
    CSmartReader(); //建立上下文、取讀卡器列表 
    ~CSmartReader(); //釋放上下文 
    void SetCurrentReader(int currentReader); 
    int GetReaders(); //獲得讀卡器數(shù)目 
    int ConnectReader(); //與當(dāng)前讀卡器建立連接 
    int DisConnectReader(); //與當(dāng)前讀卡器斷開(kāi)連接 
    int SendCommand(BYTE command[], int commandLength, BYTE result[], int *resultLength); //向讀卡器發(fā)送命令，并接收返回的數(shù)據(jù)。返回值為sw 
    };

    這樣，我們就可以方便地使用PC/SC接口了。