若发送方检测到错误,就应在检测出错误以后至少延迟2个etu,并重复发送一次有错误嫌疑的字符,最多只发送3次。
2.4 块传输协议T=1
T=1协议中,在TAL和IC卡之间传送的命令、R-APDU和传输控制信息(例如确认信息)由块组成。
以下定义了数据链路层的块帧结构、协议的特殊选项和协议操作(包括错误处理)。
(1)块帧结构
字符帧的定义同前文的描述。T=1协议下,无须进行逐个字符的检验。块的结构如下所示,包括头域、数据域和尾域3个部分,都为可选项。
● 头域包括3个必选字节:
*用于标识数据块的源地址和目的地址以及提供VPP状态控制的1Byte节点地址(NAD)
*控制数据传输的1Byte协议控制字节(PCB)
*1Byte可选的数据域长度(LEN)
> 节点地址(NAD)
节点地址(Node Address,简称NAD)第1至第3位表明块的源节点地址(Source Address,简称SAD),而第5至第7位表明块的目的地址(Destination Address,简称DAD),第4位和第8位不用,设定为0。
终端使用的节点地址是可选的,但支持T=1协议的IC卡应支持按本节规定的节点地址方式。遵守如下规则。
* 若不使用节点地址,终端发往IC卡的第一个数据块的SAD和DAD值均应设为0。
* 若使用节点地址,由终端发送到IC卡的第一个数据块的SAD和DAD应设为不同的值(其中之一可以为0)。
* 若使用节点地址,在卡片操作过程中,IC卡收到的第一个有效I块和S块中的NAD,用于建立起整个卡片操作过程中的终端和IC卡的节点地址,在同一个过程中终端发送给IC卡的后续块使用同一个NAD,如此建立的节点地址适用于所有类型的块。
* 在卡片操作期间,从IC卡发往终端的任何数据块都将使用在此过程中由终端向IC卡发出的第一个块时所建立起的节点地址(终端发往IC卡和由IC卡发往终端所使用的源地址和目标地址正好相反)。
* 在卡片操作过程中,若IC卡接收到的数据块的NAD与交易开始时所建立的NAD不同,则IC卡应向交易开始所建立的DAD回复一个R块。
> 协议控制字节
协议控制字节(Protocol Control Byte,简称PCB)表明了传输块类型,有以下3种类型。
* 传送APDU的信息块(I块)。
* 用于传送确认ACK(Acknowledgment)或者NAK(Negative Acknowledge)的接收就绪块(R块)。
* 用于交换控制信息的管理模块(S块)。
不同类型PCB具有不同的编码格式。
I块的PCB编码
字节位 含义
b8 0
b7 序列号
b6 链接(多个数据)
b5~b1 保留
R块的PCB编码
字节位 含义
b8 1
b7 0
b6 0
b5 序列号
b4~b1 0=容错 1=EDC或者校验出错 2=其他错误 其他:保留
S块的PCB编码
字节位 含义
b8 1
b7 1
b6 0=请求 1=应答
b5~b1 0=在同步请求 1=信息域大小请求 2=放弃请求 3=BWT扩展请求 4=VPP错误 其他:保留
> 长度
长度(Length,简称LEN)指明块的INF部分的长度,取值范围从1~254。
● 数据域包括:0~254Byte的APDU或控制信息(INF)
信息域INF是有条件的,当出现在I块中时,它传送的是应用数据,当出现在S块中时,它传送的是控制信息。R块不会出现在IINF中。
● 尾域包括:1Byte的错误校验码(EDC)
尾域包含所传送块的错误检测代码(Error Detection Code,简称EDC),校验出错和(或)EDC出错时,块是无效的。通常采用冗余校验(Longitudinal Redundancy Check,简称LRC)作为EDC。LRC的长度是1Byte,其值由以NAD开始到INF(如果存在的话)的全部字节做异或运算得到。
● 块编号
I块采用在某一位上模2数字编码的方式进行编码,IC卡和终端作为发送方分别处理各自的编号系统。复位应答后,发送方发送的第一个I块的编号为零,以后每发送一个I块,编号值增加1。当再次同步时,发送方将编号值复位为零。
R块采用在某一位上模2数字编码的方式进行编号,当其在链接过程中,用来确认I块时,R块携带下一个期望的I块编号。当要求某块重发时,R块内携带的是已收到的I块编号。
S块不携带编号。
(2)特殊选项
本节定义了用于T=1传输协议的信息域大小和时段。
* 信息域大小
IFSC是指IC卡能收到的信息域的最大长度,其定义为:在复位应答期间,IC卡在TA3中回送的IFSI指明了IC卡能够容纳的IFSI的大小,IFSI的取值范围是0x10~0xFE,对应的IFSC大小为16~254Byte。因此IC卡能收到的最大数据长度是(IFSI+3+1)Byte,其中包括头域和尾域。复位应答期间建立起来的这个值在整个卡片操作过程中使用,或持续到由于IC卡向终端发送S块(IFS请求)而取得新的IFSC值为止。
终端报文域大小(Information Field Size for the Terminal,简称IFSD)是指终端能够接收到数据块的最大长度,紧接在复位应答后的初始大小为32Byte。该长度适用于整个卡片操作过程或者持续到由于终端向IC卡发送S块(IFS请求)而取得新的IFSC值为止。
为避免IC卡和终端之间的通信缓慢,通常终端支持254Byte的IFSD。
*T=1协议的时段
终端发往IC卡的两个连续字符的起始位上升沿之间最短时间间隔为11~266个etu,由复位应答后回送的TC1值决定。
由IC卡发往终端的两个字符的起始位上升沿之间最短时间间隔应是11个etu。同一块中两个连续字符起始位上升沿之间的最大时间间隔CWT不应超过(2的CWT次方+11)个etu,其中字节等待时间整数CWI取值在0~5之间,CWT的取值在12~43个etu。
终端发送给IC卡的最后一个字符的起始位上升沿与由IC卡发出的第一个字符起始位上升沿之间的最大时间间隔BWT不应超过[(2的CWT次方×960)+11]个etu。块等待时间整数BWI的取值范围是0~4,所以BWT的取值范围为971~15371个etu。
相反方向传输的两个连续字符的起始位上升沿之间最小时间间隔(块保护时间Block Guard Time,简称BGT)为22个etu。
(3)容错操作
先来看一下容错的规则定义。
* 复位应答后,第一个数据块是由终端发往IC卡的,而且只能是一个I块或S块。
* 若终端不希望使用长度为32Byte的IFSD初始值,则应向IC卡发送一个S块(IFS请求),S块(IFS请求)的PCB应具有值CI以表明是一个改变IFSD的请求。INF域包含一个字节,其值表示在所要求的IFSD的字节数,取值为0x20-0xFE。IC卡应向终端回送一个S块(IFS响应),确认终端更改IFSD的大小,其中S块(
IFS响应)的PCB应为0xE1,INF域应具有与请求改变S块的INF域相同的值。
* 若IC卡希望改变在复位应答后制定的IFSC的大小,应向终端发送一个S块(IFS请求),S块(IFS请求)的PCB应具有值CI以表明是一个改变IFSD的请求。INF域包含一个字节,其值表示在所要求的IFSD的字节数,取值为0x10-0xFE。终端应向IC卡回送一个S块(IFS响应),确认终端更改IFSD的大小,其中S块(
IFS响应)的PCB应为0xE1,INF域应具有与请求改变S块的INF域相同的值。
* 若要改变节点地址,由终端发出的第一个SAD和DAD将被设定为整个卡片操作过程中要使用的值。若不采用节点地址,则将其设为零。
* 卡片操作过程中,只有满足以上定义的块才能相互传送。半双工块传输协议包含了终端和IC卡之间传送的情况。当发送方传送完一个完整的数据块后,就应切换到接收状态。
* 当接收方所收到的字符数与LEN和EDC的值一致时,接收方取得发送权。
* 若接收方需要确认由发送方传来的I块,则应在回送给发送方的I块序列号中指明。若使用链接,则在R块的序列号中指明(链接的最后一个数据块除外)。
* 若响应中收到的I块序列号与前一个已收到的I块序列号不同,发送方即可认为I块已被确认。若前面没有收到过I块,响应中的I块序列号应该是0。
* 在链接情况下,当响应中收到的R块的序列号与已确认的I块序列号不同时,发送方即可认为I块已被确认。
* 若IC卡需要比BWT长的时间来处理已收到的I块,则应发送一个等待时间扩展请求S块(WTX请求),其中之一的INF域包含有1Byte的二进制整数,其值为所请求的BWT值的倍数。终端应发送一个INF中具有相同值的等待时间扩展请求S块(WTX响应),以表示对延时请求的确认。取得的时间从S块(WTX响应)的最后一个字符的上升沿开始算起。
* S块总是配对使用的,一个S请求总是对应一个S响应块。
如果出现不满足以上定义的情况,则终端和IC卡将检测到错误。
(4)链接
当发送方需要传送的数据长度超过IFSC和IFSD所定义的字符数时,就要将其分成几个连续的I块。传送多个I块数据时,使用链接功能。
I块的链接由PCB的b6位编码定义。
b6=0表示是块链的最后一块
b6=1表示后面还有后续的数据块
由此可知,b6=1的任何一个I块都需要被一个R块确认。
如果接收正确,对应b6=0的链上的最后一个数据块会被一个I块确认。否则,就会被一个R块确认。
* 链接规则
IC卡和TTL都支持链接,链接只能沿一个方向进行,其规则如下。
a.当终端是接收方时,只要来自IC卡的每个块的长度不大于IFSD字节,终端应能够接收一组链接的I块。
b.当终端是接收方时,如果IC卡发送的I块的长度大于IFSD,终端应通过发送一个R块来表示拒绝,R块的PCB的b1~b4位的值为2。
c.当IC卡为接收方时,只要来自终端的每个块的长度不大于IFSD字节,IC卡应能够接收一组链接的I块。
d.当IC卡是接收方时,如果终端发送的I块的长度大于IFSD,IC卡应通过发送一个R块来表示拒绝,R块的PCB的b1~b4位的值为2。
e.当IC卡是发送方时,IC卡应能发送每个块长度不大于IFSD字节的链接I块。
f.当终端是发送方时,终端应能发送每个块长度不大于IFSD字节的链接I块。
* 链接块的构造
C-APDU包含在I块的INF域中,并从TTL传送到IC卡。如果一个C-APDU因太长而不能放在一个数据块中时,可以通过如下的方法用几个链接块传送。
Block (1)
CLA INS P1 P2 LC Data Data
Block (2)- Block (n-1)
Data Data Data
Block (n)
Data Data Data LC
如果由 IC 卡回送的数据和状态码因太长而不能放在一个块中,可以按照下述方法通过几个I块来处理。
Block (1)- Block (n-1)
Data Data Data
Block (n)
Data Data Data SW1 SW2
示例只是针对命令一种情况,仅显示链接块的 INF 域。每个块还有一个头域和一个尾域。如果IC卡是发送方,全部链接块都应包含一个长度范围1到IFSD字节的INF域。如果终端是发送方,则包含一个长度范围1到IFSC字节的INF域。
2.5 T="1协议的错误检测与纠错"
TTL应能检测以下错误:
* 传输错误(非法的奇偶校验和EDC错误)或BWT超时;
* 同步失调(字符数目的超出或不足);
* 协议错误;
* 终止链接块请求。
按照下述方法进行错误恢复:
方法1:TTL以下列的次序按照下述技术方法进行纠错。
* 块的重发;
* 使IC卡触点处于静止状态。
方法2:IC卡以下列的次序按照下述技术方法进行纠错。
* 块的重发;
* 处于不响应状态。
错误处理和更正要满足如下规则。在任意一种情况下,当发送一个R块时,低半字节必须按照定义给定一个合适的值。
a.当IC卡在复位应答后接收到的第一个块无效时,就应回送一个R块给TTL,并置b5=0和NAD=0。
b.如果TTL发送的任何块在BWT时间内没有得到IC卡的响应,TTL将通过使IC卡的触点处于静止状态来结束卡片操作过程。
c.如果响应I块的无效块被收到,发送方应发送一个R块,其中的b5位设为期望I块的编号。
d. 如果响应R块的无效块被收到,发送方应重发R块。
e.如果响应 S 块(XX请求)的 S(XX响应)块没有收到,发送方应重发一个 S(XX请求)块。
f.如果响应 S(XX响应)块的应答中收到无效块,发送方应发出一个 R 块,b5 位设为下一个期望I块的编号。
g.如果TTL连续三次发送一个块,或IC卡连续两次发送一个块,而没有得到一个有效的响应,TTL将通过使IC卡的触点处于静止状态来结束卡片操作过程。如果对于某些终端需要支持同步,它可以在结束卡片操作过程前通过发送一个S块(再同步请求)从IC卡获得一个有效的响应S块(再请求响应)来实现同步。
h.在传输前,如接收方检测到传输不足或超出时,应等待一段时间(取 CWT 和BWT的最大值)。
i. IC卡最多连续三次发送一个S(IFS请求)块,以便从TTL上得到一个有效的S(IFS响应)块。三次尝试失败后,IC卡即进入接收状态。
j. TTL 一般主动发送一个 S(放弃请求)块。如果 TTL 从 IC 卡收到一个 S(放弃请求)块,TTL将通过使IC卡的触点处于静止状态来结束卡片操作过程。
特别注意,在具体的应用中,不一定要求终端和IC卡支持交易中止功能。如果终端或IC卡需要交易中止的话,可以通过发送一个S块(放弃请求)来进行,此时,如果接收方不支持交易中止功能的话,可能会收到一个无效的响应,但终端将仍然结束卡片的操作过程。
3、终端传输层
本节描述了在终端和 IC 卡之间传输的命令和响应 APDU 的机制。APDU 是命令或响应报文。由于命令和响应报文都可以包含数据,TTL应能处理应用层定义的4种命令格式。C-APDU和R-APDU的组成在应用层描述。
TAL传送C-APDU到TTL。在发送到IC卡之前,应将其变换成传输协议认可的形式。IC卡处理完命令后,以R-APDU的格式将数据(如果存在的话)和状态码回送给TTL。
3.1 T="0协议下" APDU的传送
本节描述了 C-APDU 和 R-APDU 的映射方式,TTL 和 IC 卡之间的数据交换机制以及在命令情况2或4中如何使用GET RESPONSE命令取回IC卡的数据。
(1)C-APDU和 R-APDU的映射方式和数据交换
如何将 C-APDU 映射到 T="0" 命令头取决于命令情况。如何将 IC 卡回送的数据(如果存在)和状态码映射到R-APDU的形式取决于回送数据的长度。
由IC卡回送的过程字节SW1 SW2=’61xx’和SW1 SW2=’6Cxx’用来控制IC卡和TTL之间的数据交换,它不会回送给 TAL。过程字节 SW1 SW2=’61xx’或 SW1 SW2=’6Cxx’表示命
令在IC卡中的处理没有完成。
如果 IC 卡回送给 TTL 的状态码是 SW1 SW2=’9000’,表示正常完成了命令的处理。任何其它的状态码都表明 IC 卡中断了命令的处理,处理失败的原因在状态码中指出。TTL 收到来自 IC 卡的任何状态码(但不包括过程字节’61xx’和’6Cxx’)时,都结束命令的处理,不论是正常、警告还是错误情况。
以下描述的是将IC卡回送的数据和状态字节构造成R-APDU格式的方法,仅适用于IC 卡已成功完成了命令处理或全部数据(如果存在)在过程字节’61xx’和’6Cxx’的控制下已被IC卡返回的情况。INS、INS和’60’过程字节的详细使用在此不作描述。
a.情况1
C-APDU头映射到T=0命令头的前四个字节,T=0命令头的P3置为’00’。
交换流程如下:
* TTL发送T=0的命令头到IC卡;
* IC卡回送状态码给TTL。
完成命令处理后,由IC卡向TTL回送的状态码原样映射到R-APDU必备的尾域。
注:IC卡应分析T=0命令头,判断是命令情况1还是命令情况2在请求最大长度的响应数据。
b. 情况2
C-APDU 头被映射到 T="0" 命令头的前四个字节,长度字节’Le’从 C-APDU 的条件体被映射到T=0命令头的P3。
交换流程如下:
* TTL发送T=0的命令头到IC卡。
* 在过程字节的控制下,IC 卡向 TTL 回送数据和状态(在非正常处理时只返回状态)。
完成命令处理后,由 IC 卡向 TTL 回送的数据(如果存在)和状态按照下述方法映射到R-APDU:
(i) 如果Le≥Licc,回送数据被映射到R-TPDU的条件体,返回的状态无变化地被映射到R-APDU必备的尾域。
(ii) 如果Le<Licc,回送数据的前Le字节被映射到R-TPDU的条件体中,返回的状态无变化地被映射到R-APDU必备的尾域。
c. 情况3
C-APDU头被映射到T=0命令头的前四个字节,C-APDU条件体的长度字节’Lc’被映射到T=0命令头的P3。
交换流程如下:
* TTL发送T=0的命令头到IC卡。
* 如果 IC 卡回送一个过程字节而不是状态码,则在此过程字节的控制下,TTL向IC卡发送C-APDU条件体的部分数据。如果IC卡回送状态码SW1 SW2,TTL将中断命令处理过程。
* 如果处理过程没有在步骤2处中断,则IC卡返回命令处理结束后的状态。
IC卡完成命令处理后回送给TTL的状态码,或由IC卡返回的引起TTL中断命令处理的状态码,都不加改变地映射到R-APDU。
d. 情况4
C-APDU头被映射到T=0命令头的前四个字节,C-APDU条件体的长度字节’Lc’被映射到T=0命令头的P3。
交换流程如下:
* TTL发送T=0命令头到IC卡。
* 如果IC卡回送一个过程字节而不是状态码,则在此过程字节控制下,TTL给IC 卡发送 C-APDU 条件体的部分数据。如果 IC 卡回送状态码 SW1 SW2,TTL将中断命令处理过程。
* 如果处理过程在步骤2中没有中断,IC卡应回送过程字节’61xx’给TTL,请求TTL发出GET RESPONSE命令从IC卡取回数据。在命令处理的这个阶段中,IC卡不应回送状态码SW1 SW2=‘9000’。TTL应发送GET RESPONSE命令到IC卡取回提及的数据,小于或等于IC卡回送的过程字节’61xx’中的’xx’字节值的数据指定为GET RESPONSE命令的长度字节。这样,GET RESPONSE命令可以同情况2的命令一样处理。在过程字节控制下,IC卡向TTL回送数据和状态码(或在非正常处理情况下,只有状态码)。
完成命令处理后,IC 卡回送给 TTL 的数据(如果存在)和状态码,或仅是引起 TTL终止命令处理过程的状态码,按照下述规则映射到R-APDU:
(i)如果 Le≥Licc,回送的数据被映射到 R-TPDU 的条件体,返回的状态不做改变地被映射到R-APDU必备的尾域。
(ii)如果 Le<Licc,回送数据的前 Le 个字节被映射到 R-TPDU 的条件体,返回的状态不做改变地被映射到R-APDU必备的尾域。
(2) 过程字节’61xx’和’6Cxx’的使用
由IC卡回送到TTL的过程字节’61xx’和’6Cxx’指明了TTL取回当前正在处理的命令请求数据的方式。在T=0协议下,这些过程字节仅仅用在命令情况2和4中。
过程字节’61xx’通知TTL发出GET RESPONSE命令到IC卡。GET RESPONSE命令头的P3置为≤’xx’。
过程字节’6Cxx’通知TTL立即重发前条命令,同时命令头置为P3=‘xx’。
命令情况2和4在容错处理过程中,使用过程字节的规定如下。在发生错误时,IC卡回送错误或警告状态码而不是’61xx’或’6Cxx’。
a. 命令情况 2
如果IC卡收到一个命令情况2的头并且Le≠Licc,应回送过程字节’6CLicc’(或状态码指出一个警告或错误情况,而非 SW1 SW2=‘9000’)通知 TTL 立即重发 P3=Licc 的命令头。
如果 IC 卡收到命令情况 2 的头并且 Le="Licc",IC 卡在过程字节控制下或者回送请求的数据和相关状态码,或者回送过程字节’61xx’(或表明警告或错误情况的状态码,而非SW1 SW2=‘9000’)通知TTL按最大长度’xx’发出GET RESPONSE命令。
b. 命令情况 4
如果IC卡收到一个命令情况4的命令,处理完随C-APDU一同发送来的数据之后,应回送过程字节’61xx’,(或表明警告或错误情况的状态码,而非 SW1 SW2=‘9000’)通知TTL按最大长度’xx’发出GET RESPONSE命令。
(3) GET RESPONSE命令
TTL发出GET RESPONSE命令,是为了从IC卡取得对应于命令情况2和4的C-APDU的Le字节的数据。GET RESPONSE仅适用于T=0协议类型。
命令报文的结构如下:
字节 值
CLA ‘00’
INS ‘C0’
P1 ‘00’
P2 ‘00’
Le 预期数据的最大长度
正常处理结束后,IC卡回送状态码SW1 SW2=‘9000’和Licc字节的数据。
在错误情况发生时,错误状态码(SW1 SW2)的编码如下:
SW1 SW2 含义
‘64’ ‘00’ GET RESPONSE失败
‘67’ ‘00’ 域长度错误
‘6A’ ‘86’ P1 P2≠’00’
3.2 T="1协议下" APDU的传送
C-APDU 从 TAL 传送到 TTL,TTL 将其不加变化地映射到 C-APDU 的一个 I 块的 INF域中,然后把这个I块发送到IC卡。IC卡在I块的INF域中向TTL回送响应数据(如果存在)和状态码,I块的INF域的内容不加变化地被映射到R-APDU,然后返回给TAL。
如果有必要,C-APDU和响应数据/状态码可以分成多个数据块的INF域的链接。
4、应用层
应用协议由TAL和TTL之间一组有序的数据交换组成,本节的后续部分定义了应用协议。
应用层交换的每一步由命令响应对组成,其中 TAL 通过 TTL 给 IC 卡发送命令,IC卡处理该命令后通过TTL返回一个响应给TAL。每一个特定的命令都与一个特定的响应相匹配。一个APDU就是一个命令报文或一个响应报文。 命令报文和响应报文都可以包含数据,传输协议通过TTL来管理四种命令情况的情 况,如下所示:
APDU中数据存在的情况:
情况 命令数据 响应数据
1 无 无
2 无 有
3 有 无
4 有 有
需要注意的是,应用层中有一种特殊的报文叫安全报文,它在原有命令的基础上添加了安全数据MAC,所以安全报文传送总有数据要送往IC卡,因此仅适用于命令情况3和4的情况。当使用安全报文传送时,情况1的命令就变为情况3,情况2的命令就变为情况4。
4.1 C-APDU
C-APDU 包含一个必备的连续四字节的命令头,用 CLA、INS、P1 和 P2 表示,同时包括一个可变长度的条件体。
命令头定义如下:
* CLA:指令类型,1Byte;除’FF’外可赋任何值。
* INS:指令类型的指令码,1Byte。只有在低半字节为0,且高半字节既不是‘6’也不是’9’时,INS才有效。
* P1 P2:参数字节,分别1Byte,根据不同的INS来定义。
条件体定义如下:
* Lc 占一个字节,定义了在 C-APDU 中发送数据的字节数。Lc 的取值范围从 1到255。
* Le 占一个字节,指出 R-APDU 中期望返回的最大字节数。Le 的取值范围从 0到255;如果Le=0,期望返回数据的字节数的最大长度是256。
可能的C-APDU结构的四种情况如下:
情况 结构
1 CLA INS P1 P2
2 CLA INS P1 P2 Le
3 CLA INS P1 P2 Lc Data
4 CLA INS P1 P2 Lc Data Le
4.2 R-APDU
R-APDU 是一串字节,这一串字节由一个条件体以及必备的两字节状态码 SW1 SW2组成。条件体是一串数据字节,其最大长度在C-APDU中的Le中定义。 必备的状态码标明IC卡在处理完命令后的状态。
SW1 SW2的编码遵循下述规定:
* SW1的高半字节是’6’或’9’;
* 禁止SW1的值为’60’;
* SW1的值为’61’或’6C’时,应作为一个错误来处理;
* 命令正常结束时,SW1 SW2的取值为’9000’;
* 当SW1的高半字节为’9’,且低半字节不为’0’时,其含义依赖于相关的应用;
* 当SW1的高半字节为’6’,且低半字节不为’0’时,SW1的含义与应用无关。