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J2EE概述节能

来源:杭州星座网 时间:2020年11月20日

一、前言

Java的技术,因为 computing resource的不同,而区分为不同性质的Java平台,如 Enterprise Java、 Embedded Java与 Java Card等。若是以Embedded Java来说,因为功能上的要求有限,并且受限於硬体资源大小(如呼叫器),所以在硬体与Java执行环境上必须有所妥协。Java Card也是基於硬体与应用的 求所开发的技术,目的是使得 Java的技术能够在如同smart card晶片般大小的有限资源下执行。所以,目前Java Card可以说是最小的Java平台。

二、简介

Java Card是Java 平台中最小的 subset,其设定的执行环境为smart card上的晶片或是有严格硬体限制的环境。Java Card的问世,一方面是为了推展Java的应用层次,一方面也是为了将Java平台的特性以及Java Card 的好处带到smart card上,这些好处主要有:

Platform-Indep endent:使得 Java Card applets (在Java Card上执行的程式)能够在不同卡片的JCAE( Java Card Application Environment)上执行,即透过Java VM 的机制来达到跨平台的能力。

Multi-Applicat ion Capable:在同一个Java Card 中能够存放多个 Java Card applets ,并且也能够透过 download的方式来下载必要的applets 而达到一卡多用途的好处,使得卡的使用能够更有弹性。

Compatible with Existing Smart Card Standards: Java Card能与国№ 标准ISO 7816( Smart Card标准)以及工业界标准如 Europay/Master Card/Visa (EMV)相容。

所以,在未来Java Card不但能够取代今日Smart Card的功能,更能够发展出多样化的应用,如身份识别、医疗资讯记录、电子钱包、门禁管控等,甚至能将许多不同的应用程式集合於一张卡上,使得这些随身的软体能够更小更实用。

JavaCard现行的版本有2.0与2.1版,其中2.0版是在1997 年底所释出,而2.1 版则是在今年刚释出。

三、运作逻辑

如图1所示Java Card实№运作的模式,主要分为二个部分。

图1、 JavaCard运作模式图

第一个部分就是 Java Card这一端,配合CAD(Card Acceptance Device 写在最后的话),也就是图1中的Card Reader来传输、读取Card中的资料,并且供给 Card所 的电源。而JavaCard本身则可以执行applet程式,使得一些敏感的资料与行为能够安全执行而不受外部程式影响。第二部分则是图1右方的 Terminal端,负责提供服务程式及操作介面,并透过CAD 与JavaCard沟通。

另外,在图1中所表示的 APDU(Application Protocol Data Units)即双箭头的部分,则是 terminal与Java Card沟通的格式与协定。由terminal 端传送给Java Card 的APDU称为Command APDU,主要适用来下达指令以及传输资料给Java Card。图2即Command APDU的格式。

图2、 Command APDU格式

其栏位所表示的意义分别为:

CLA - Class Byte,用於识别applet

INS - Instruction Byte ,下达给applet之指令

P1 - 第一个指令参数

P2 - 第二个指令参数

Lc - Data Field之长度

Data Field - 资料栏位

Le - 回传资料之长度

例如,terminal要下达两个byte相加的加法指令(INS= 0x01)给applet( CLA=0x80)时, Command APDU的写法可能为:

而当Java Card applet接收到此一指令时则会先判断 CLA byte是否为 0x80,接著再根据 terminal端所下达的指令来执行,并将Data Field依指令性质取出两个独立的byte来相加。

而由Java Card端回传给terminal端的 APDU则称为 Response APDU,图3则为此APDU之格式。

图4

其栏位所表示的意义分别为:

Data Field - return之资料栏位

SW1 - 执行状态参数1

SW2 - 执行状态参数2

所以,利用上述的加法为例,Java Card applet执行後所return的值若为 short value(16-bit integer),则 Response APDU的表示法可能为:

其中Data Field为一short integer(以两个bytes表示),而SW1与SW2所表示的意义(0x9000 )即"success"或是 "no error"的意思。

根据图1的运作模式,若以电子钱包为例,我们一开始会在Java Card上 install一个applet ,负责提款、付帐与维护帐目,当我们 要提款时,必须Java Card放入提款机(Terminal)的Card Reader中,透过提款机的服务程式与介面来提出我们 要的款项,并且通知Java Card 上的applet将这笔款项存入Java Card 的帐目中。如此我们所持有的Java Card就成为一个行动的卡片钱包。若我们 要消费的话(如搭公车、路购物等),就可以透过相同的逻辑来扣除款项。所以,在诸如此类的消费行为里,我们就可以透过这种简单的读卡动作来达到消费的目的。不同於一般信用卡的是,我们不但能做小额的消费,也省去了付帐的繁杂手续与携带零钱的麻烦。

四、Java Card硬体需求

Java Card有如一部具体而微的电脑,其硬体的规格主要是在於维护Java Card runtime environment的 求,其最小的规格要求为:

512 bytes RAM:主要用於存放程式执行时的 stack、暂存资料以及做为I/O的缓冲区。

24 KB ROM :主要用於存放系统的程式以及 Runtime Environment,如 JVM、applets、 native functions 等。

8 KB EEPROM:用於储存我们所下载至 Java Card的 applets,并且做为 object heap存放之处。

8-bit processor: Java Card必须至少支援8位元的处理器。

五、Java Card软体架构

在上述的硬体架构中,基本上我们可以将Java Card想像为一部PC的缩影,而Java Card的软体架构则具有OS、 native functions 、JCRE(Java Card Runtime Environment)以及架构在此JCRE上的应用程式(Java Card applets),事实上Java Card的软体架构也是与今日的软体架构相仿,图5即为Java Card之软体架构。

图5 Java Card之软体架构图

在此软体架构中,最底层的OS and Na法国外贸银行(Natixis)预计2015年黄金均价1140美元/盎司。tive Functions 是负责低阶的处理工作,如同今日的作业系统。而在上面两层Java Card Interpreter与Java Card APIs and Framework就是我们所谓的JCRE,主要负责执行Java Card applets以及提供 applet执行所 要的环境。而 Industry Add-on Classes则是 service provider 所提供的classes,使得企业与公司能够提供属於自己的服务程式。

Java Card的最上层就是所谓的Java Card applets,就如图所示,一个 Java Card可以执行多个Java Card applets,但是要特别注意,Java Card 的执行环境并无支援Multi-thread,所以一次只能执行一个applet,并且 applet与applet之间也有firewall的阻隔。尽管如此,在Java Card的设计之中亦有让不同的 applets相互沟通的机制,我们只 要让applet implement amewor areable interface就能够分享applet 的 resource。

因为受限於体积与 resource,所以 Java Card在执行环境上的支援是相当有限的,表即 Java Card执行环境的支援现况,其他详细内容请参考 references。

六、Java Ring

Java Ring又名 Java-Powered iButton,是Dallas Semiconductor公司的产品,事实上 Java Ring只是Java Card的另外一种型态,Dallas公司将它制作成为钮扣的形状,进而镶嵌在戒指之上,成为一个Java Ring。

因为Java Ring是沿袭Java Card的规格,所以在软体的架构上是相同的。而 Java Ring在Java Card的原有的硬体架构下加强了其原有的结构,并且发展出与Java Card不同的应用层面。

七、Java Card API

Java Card的2.1版总共分为四个 packages,而其内容与重要的物件分述如下:

ng package:提供 Java language重要的classes,如 Object物件,因为所有的Java物件皆继承其下。

Object class - root of class hierarchy

Throwable class - 为所有 error及exception 的superclass,这亦表示Java Card支援exception

ame work package :是Java Card API 主要的core package,提供了实做Java Card applet基本的物件与工具。

IOS7816 abstract interface - 提供了ISO7816所使用的常数值

PIN abstract interface - 使其 subclass能透过此一介面能够做check PIN number及验证 PIN是否为validate 等功能

Shareable abstract interface - 使得不同的applets能够透过implement此介面来达到互相沟通的功能

AID class - AID(Application Identifier)是用来唯一表示Java Card applet的number,使得JCRE能够透过一个AID table来识别或选择我们所要执行的applet

APDU class - 是属於 JCRE的物件,是藉由maintain一个 byte array buffer 来接收与传送 terminal端的指令与回传applet执行的结果与状态的标准格式

Applet class - 每一个 Java Card applet 都必须继承在此 class之下。其中在 implement时要特别注意几个methods,如select、 deselect是当 terminal端跟据 applet的AID下达 select或deselect 此applet的指令时,由JCRE来启动的 methods。而 install与register 则是applet下载至 Java Card安装并向 JCRE注册之methods 。查看本文来源

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