Как работает Java Card

chushpan · Thursday at 4:41 AM

Что такое Java Card?

Java Card — это технология, разработанная Sun Microsystems (ныне Oracle), которая позволяет выполнять приложения на основе Java на смарт-картах и других устройствах с ограниченными ресурсами (например, SIM-карты, банковские карты, электронные паспорта). Java Card предоставляет платформу для создания защищенных приложений, таких как платежные системы, системы аутентификации и управление цифровыми ключами.

Как работает Java Card?

Java Card работает как виртуальная машина (Java Card Virtual Machine, JCVM), которая выполняет программы на языке Java. Однако, в отличие от стандартной Java, Java Card адаптирована для работы на устройствах с ограниченными ресурсами (малый объем памяти, низкая производительность процессора).

Основные компоненты Java Card:

Каркас безопасности (Security Framework):
- Обеспечивает защиту данных и приложений.
- Поддерживает криптографические алгоритмы (например, AES, RSA, ECC).
- Разделяет доступ к данным между приложениями.
Виртуальная машина (JCVM):
- Выполняет байт-код Java, адаптированный для работы на смарт-картах.
- Оптимизирована для работы с ограниченными ресурсами.
Приложения (Applets):
- Приложения на Java Card называются апплетами.
- Каждый апплет выполняет определенную задачу, например, аутентификацию пользователя или обработку платежей.
Система файлов:
- Хранит данные в виде файлов (например, записи о транзакциях, ключи шифрования).

Принцип работы Java Card

1. Инициализация карты

Когда карта вставляется в терминал, терминал отправляет команду RESET.
Карта отвечает ATR (Answer To Reset), который содержит информацию о поддерживаемых протоколах и параметрах связи.

2. Выбор апплета

Терминал отправляет команду SELECT, чтобы выбрать конкретный апплет на карте.
Каждый апплет имеет уникальный идентификатор (AID — Application Identifier).

3. Выполнение команд

После выбора апплета терминал может отправлять команды для выполнения операций (например, чтение данных, запись данных, выполнение криптографических операций).
Апплет обрабатывает команды и возвращает ответ.

4. Безопасное взаимодействие

Все данные, передаваемые между терминалом и картой, могут быть зашифрованы.
Апплеты работают в изолированной среде (sandbox), что предотвращает доступ одного апплета к данным другого.

Пример использования Java Card

Сценарий: Платежная система

Клиент вставляет карту в POS-терминал.
Терминал отправляет команду SELECT для выбора платежного апплета.
Апплет генерирует ARQC (криптограмму для авторизации) и отправляет ее в банк.
Банк проверяет ARQC и отправляет ARPC (ответную криптограмму).
Терминал завершает транзакцию.

Особенности Java Card

Ограниченные ресурсы:
- Java Card работает на устройствах с малым объемом памяти (обычно несколько килобайт RAM и десятки килобайт ROM/EEPROM).
- Программы должны быть максимально оптимизированы.
Поддержка многозадачности:
- Несколько апплетов могут работать на одной карте одновременно.
- Каждый апплет изолирован от других.
Защита данных:
- Данные хранятся в защищенной памяти.
- Поддерживается шифрование и цифровая подпись.
Стандартизация:
- Java Card соответствует стандартам EMV, ISO/IEC 7816 и GlobalPlatform.

Как создать Java Card Applet?

Шаг 1: Написание кода

Используйте Java Development Kit (JDK) и специальные библиотеки для Java Card.
Пример простого апплета:

Java:

package com.example;

import javacard.framework.*;

public class HelloWorldApplet extends Applet {
    private static final byte[] helloMessage = { (byte) 'H', (byte) 'e', (byte) 'l', (byte) 'l', (byte) 'o' };

    public static void install(byte[] bArray, short bOffset, byte bLength) {
        new HelloWorldApplet().register(bArray, (short) (bOffset + 1), bArray[bOffset]);
    }

    public void process(APDU apdu) {
        if (selectingApplet()) {
            return;
        }
        apdu.setOutgoingAndSend((short) 0, (short) helloMessage.length);
    }
}

Шаг 2: Компиляция

Скомпилируйте код с помощью компилятора Java Card.

Шаг 3: Загрузка на карту

Используйте инструменты, такие как GlobalPlatformPro, для загрузки апплета на карту.

Шаг 4: Тестирование

Проверьте работу апплета с помощью терминала или программного обеспечения для тестирования карт.

Преимущества Java Card

Гибкость:
- Возможность создавать различные приложения для одной карты.
Безопасность:
- Встроенные механизмы защиты данных и изоляции приложений.
Стандартизация:
- Совместимость с международными стандартами.
Масштабируемость:
- Поддержка различных типов устройств (банковские карты, SIM-карты, электронные ID).

Заключение

Java Card — это мощная технология, которая позволяет создавать безопасные и гибкие приложения для смарт-карт. Она широко используется в платежных системах, аутентификации и других областях. Если вы хотите разработать собственное приложение для Java Card, важно понимать особенности работы с ограниченными ресурсами и использовать соответствующие инструменты.

Если у вас есть дополнительные вопросы о Java Card или примерах её использования, уточните их!

Man · Thursday at 4:51 AM

Java Card — это технология, позволяющая запускать Java-приложения (апплеты) на смарт-картах, SIM-картах и других устройствах с ограниченными ресурсами (мало памяти, слабый процессор). Она широко используется в:

Банковских EMV-чипах,
Мобильных SIM/eSIM,
Пропускных системах,
Защищенных идентификационных картах.

1. Архитектура Java Card

1.1. Основные компоненты

Компонент	Описание
Java Card VM	Урезанная JVM для работы на чипах (нет потоков, сборщика мусора, floats).
API Framework	Стандартные классы для криптографии, работы с APDU, файловой системой.
Апплеты	Java-программы, выполняемые на карте (например, платежное приложение Visa).
Система безопасности	Sandbox для изоляции апплетов, контроль доступа.

1.2. Отличия от обычной Java

Нет String, int (только short), multithreading.
Минимальная память: ~2–16 КБ RAM, ~32–384 КБ ROM.
Все данные сохраняются при отключении питания (NVMM).

2. Как Java Card общается с внешним миром?

Через APDU-команды (Application Protocol Data Unit) — бинарные сообщения по стандарту ISO 7816.

2.1. Формат APDU

Команда (от терминала к карте):
Code:
```
CLA INS P1 P2 Lc Data Le
```
- CLA – класс команды (например, 0x80 для платежей).
- INS – код инструкции (например, 0xA4 – выбрать приложение).
- P1, P2 – параметры.
- Lc – длина данных.
- Data – полезная нагрузка (например, номер транзакции).
- Le – ожидаемая длина ответа.
Ответ (от карты к терминалу):
Code:
```
Data SW1 SW2
```
- Data – возвращаемые данные.
- SW1 SW2 – статус (например, 0x90 0x00 – успех).

Пример: Выбор платежного приложения:

Code:

00 A4 04 00 07 A0 00 00 00 03 00 00 00

(Выбор приложения с AID A0 00 00 00 03 00 00).

3. Разработка под Java Card

3.1. Что нужно?

Java Card Development Kit (от Oracle).
Эмулятор (например, JCardSim) или реальная карта с поддержкой апплетов.
Среды разработки: Eclipse + JCIDE, VS Code с плагинами.

3.2. Пример простого апплета

Java:

package com.example;  

import javacard.framework.*;  

public class HelloWorld extends Applet {  
public static void install(byte[] bArray, short bOffset, byte bLength) {  
new HelloWorld().register();  
 }  

public void process(APDU apdu) {  
byte[] buffer = apdu.getBuffer();  
// Читаем команду  
if (buffer[ISO7816.OFFSET_CLA] == 0x80 && buffer[ISO7816.OFFSET_INS] == 0x01) {  
// Отправляем "Hello World!"  
byte[] response = {'H', 'e', 'l', 'l', 'o', ' ', 'W', 'o', 'r', 'l', 'd', '!'};  
apdu.setOutgoing();  
apdu.setOutgoingLength((short)response.length);  
apdu.sendBytesLong(response, (short)0, (short)response.length);  
 }  
 }  
}

3.3. Как загрузить апплет на карту?

Скомпилировать в CAP-файл (Converted Applet).
Загрузить через смарт-карт-ридер и утилиты типа gpj (GlobalPlatform).
Активировать через APDU-команды.

4. Безопасность Java Card

Sandboxing: Апплеты изолированы друг от друга.
Криптография: Поддержка AES, RSA, ECC, SHA.
Secure Element: Защита от физического взлома (атаки по питанию, fault-инъекции).

Уязвимости (редкие, но есть):

Logical Attacks – неправильная проверка APDU.
Side-Channel Attacks – анализ потребления энергии.

5. Где применяется?

Банковские карты (EMV).
SIM-карты (загрузка апплетов оператора).
Электронные паспорта (ePassport).
Защищенные токены (Google Titan, YubiKey).

Вывод

Java Card – это безопасная среда для выполнения кода на чипах. Основные особенности:
✔ Работает с APDU,
✔ Поддерживает криптографию,
✔ Запускает изолированные апплеты.

Для взлома/анализа требуются глубокие знания (обратная разработка, криптография). Если хотите изучить глубже – начните с эмулятора JCardSim и документации Oracle.

Нужны примеры APDU для EMV или подробности по криптографии? Спрашивайте!

Как работает Java Card

chushpan

Professional

Что такое Java Card?