SCWS技术在图形化界面卡的接口与安全中的应用

      1 引言

　　随着移动通信技术 3G 时代的到来，三大电信运营商相继推出了全新的3G 业务，其中 增值业务将取代语音业务成为电信运营商的主要收入。但如何利用3G 网络优势采用与2G 时代不同的市场推销手段，三大电信运营商不约而同地采用了多媒体技术作为主要推介手 段，确保用户获悉并使用3G 新业务。

　　图形化界面 SIM 卡不同于原来的仅借用SMS 短信技术[1]，而是使用户可以通过手机上 的浏览器，访问储存在SIM 卡上的数据信息，发现并选择运营商的数据业务；同时运营商 可以利用后台服务器，及时更新数据业务，也可将用户群体细分，达到个性化业务推介和体 验。图形化界面SIM 卡采用SCWS（Smart Card Web Server，智能卡网络服务器）技术，将 Internet、移动网络、移动服务器平台结合起来，依靠3G 网络的数据传输速度，将各类应用 放在SIM 卡中，用户只需更换手机的SIM 卡达到使用这些应用的目的，使运营商掌握新增 值业务推介的主动权。 本文介绍基于 SCWS 技术的图形化界面SIM 卡的系统应用环境、接口技术、安全协议。

　　2 图形化界面卡

　　早期的手机SIM 卡主要作为个人的身份认证与识别信息的载体，随着芯片技术的快速 发展和移动技术的发展，手机SIM 卡已日益成为增值业务、电子商务等移动业务的载体， 目前运营商在现有的SIM 卡中，已经置入了品牌服务、超级号码本、地图、目录等本地服 务，也采用短信方式对其进行更新，但其可视性及速度不尽人意。

　　图形化界面 SIM 卡使得用户利用手机上的浏览器，以图形方式浏览预储存在图形化界 面SIM 卡中的音乐、铃声、视频等，在离线媒体库中试用感兴趣的数据业务，引导用户选 择并购买该项业务；运营商在闲时可以根据业务推广情况，细分用户群，及时更新图形化界 面SIM 卡中的离线媒体库，确保运营商快速推广新业务、提高数字服务的收入。

　　3 系统应用环境

　　图形化界面 SIM 卡系统应用环境[2]如图1 所示。

　　1) 远端管理服务器：该服务器是定位于 SCWS 的OTA（Over-The-Air 空中下载）服 务器，用来实现SIM 卡上内容的及时更新、管理、统计等；

　　2) 支持 SCWS 的手机终端：用于手机终端与SIM 卡间的通信，实现手机终端对卡片 的内容访问，符合OMA-Smart_Card_Web_Server-V1_0-20080421-A [2]规范中的 SCWS Gateway（SCWS 门户）软件的所有必须功能要求；同时符合该规范要求， 对外提供一个3516(HTTP)，4116(HTTPS)端口，并代理SCWS 卡作为HTTP-server 的服务；

　　3) 图形化界面 SIM 卡：预置由开放移动联盟（OMA）定义的SCWS 应用，该应用定 位于SIM 卡端的HTTP/1.1 的WEB 服务器，向手机终端HTTP 客户端软件提供静 态（xHTML 和相关文件）和动态（由servlets 生成）的数据信息，实现了手机终 端与图形化界面SIM 卡的通信，实现了逻辑分离而不必依赖于目前基于电信的通 信；同时允许开放移动联盟（OMA）定义的完全管理协议（Full Admin Protocol） 来管理图形化界面SIM 卡的内容。

　　图 1 SCWS 应用环境

　　SCWS 工作模式有两类，即服务器模式和客户端模式：

　　1) 服务器端模式：当终端浏览器对图形化界面SIM 卡作本地浏览时，SCWS 处于BIP （Bearer Independent Protocol，承载无关协议）服务器模式；通过BIP 协议，手机 终端允许图形化界面SIM 卡和远程服务器之间进行透明的数据传输，更有利于实 现高速移动数据业务的传输。此时，SCWS 为手机浏览器提供静态（xHTML 和相 关文件）和动态（由Servlets 生成）的内容。Servlet 是一个标准Java 卡小应用 （JavaCard Applet），它允许图形化界面SIM 卡提供使用追踪、广告横幅管理、动 态页面生成等服务；

　　2) 客户端模式：运营商/服务提供商通过远程服务器对图形化界面SIM 卡进行更新时， SCWS 处于BIP 客户端模式。此时，移动运营商可以定期更新SIM 卡的本地化内 容。手机终端用户也可以主动向服务器发起更新请求，从服务器上获取数据，此时SCWS 同样也工作在客户端模式。

　　4 系统通信接口

　　在本系统应用环境中有两种通信：图形化界面 SIM 卡与远端管理服务器；图形化界面 SIM 卡与手机终端[3]。

　　4.1 图形化界面SIM 卡与远端管理服务器的通信接口

　　即 SCWS 与远端管理服务器的通信接口，用来实现管理SCWS 内容，或更新SCWS 的 配置。使用HTTP 协议或BIP 客户端模式，遵循OMA 定义的完全管理协议（Full Admin Protocol）来打开SCWS 和远端管理服务器间的通道，也可使用HTTPs 定义的安全通道。

　　4.2 图形化界面SIM 卡与手机终端的通信接口

　　即 SCWS 与手机终端的通信接口，用来实现手机终端浏览器对图形化界面SIM 卡作本 地浏览。使用HTTP 协议或BIP 服务器端模式。

　　SCWS 与手机终端的接口运行在一个逻辑独立的通信通道上，该通道独立于电信通道， 使手机应用程序可与智能卡内运营商部署的SCWS 通信。

　　SCWS 与手机终端使用HTTP 协议通信。手机终端浏览器不需要任*增功能来呈现 SCWS 内容。手机终端上的应用程序可以通过IP 地址连接SCWS。SCWS 采用开放式体系 结构，允许选用多种“智能卡-手机”协议作为传输HTTP 请求与应答的本地承载。SCWS 响应来自手机终端内置的HTTP 应用程序（如，浏览器）的HTTP 请求。

　　手机终端通过内置的网关访问SCWS，该网关将TCP/IP 协议转化为手机终端和智能卡 间的本地传输协议，HTTP 的请求与应答是通过手机终端与智能卡间的本地传输协议直接送 至SCWS。由终端内部传递给SCWS 的本地访问URL 被分配了两个TCP 端口：HTTP 端口 3516 和HTTP 端口4116。

        SCWS 与移动手机HTTP 应用通信使用两种协议：BIP 服务器模式；TCP/IP 传输协议。

　　1) BIP 服务器模式 如果智能卡没有自己的 IP 地址并且不直接支持TCP/IP 协议，终端内的BIP 网关可被用 作协议转换器。TCP/IP 协议用于实现终端内的HTTP 应用程序与BIP 网关间的通信；BIP 协议用于BIP 网关和智能卡间的通信。

　　移动手机中的 HTTP 应用程序（如，浏览器）将回送的IP 地址用作BIP 网关寻址。BIP 网关*SCWS，必须打开两个端口：为来自手机的HTTP 应用程序的HTTP 请求打开端口； 为HTTP over TLS（HTTPs）请求打开端口。 当一个手机中的HTTP应用程序经BIP 网关连接到SCWS并开始进行数据交换时，SCWS 可以打开另外的BIP 通道（使用Open Channel 命令），以允许手机中其他HTTP 应用程序连 接到SCWS，实现多个应用程序的同时连接。

　　2) TCP/IP 传输协议 如果智能卡拥有自己的 IP 地址并直接支持TCP/IP，而且手机终端支持来自智能卡的直 接IP 访问，TCP/IP 则被视作手机上HTTP 应用程序和卡上SCWS 间通信的首选协议。

　　有一组预先设置的端口：用于 HTTP 通信的80 端口和用于HTTPS 通信的443 端口是 默认端口。这种情况下终端中的HTTP 应用程序可以不依赖手机内置BIP 网关而直接与 SCWS 通信。因此，SCWS 将*默认端口和安全端口，以响应来自手机的HTTP 请求和 HTTP over TLS 请求。

　　5 安全协议

　　为保证传输的安全性，采用传输层安全TLS（Transport Layer Security）为通信的双方提 供一种安全可靠的传输机制，以保证传输的私密性和完整性，也可根据要求采用单向或双向 认证。TLS 工作于客户端-服务器方式，其中发起认证的一端称为客户端，响应的一端称为服务器。大多数情况下，TLS 客户端使用公共密钥证书方式来认证服务器，而双向认证可以 使用公共密钥证书方式，或者是预共享密钥PSK-TLS 方式。

　　SCWS 作为本地的HTTPS 服务器时，必须能够采用公共密钥实现HTTP over TLS，也可以采用PSK-TLS 实现HTTP over TLS。

　　1) 采用 PSK-TLS 方式的HTTP over TLS

　　在SCWS 和已连接的主机（如远程管理服务器）间共享一个对称密钥时，采用PSK-TLS。

　　SCWS 必须支持下列加密算法：

　　TLS_PSK_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA [PSK-TLS]

　　TLS_PSK_WITH_AES_128_CBC_SHA [PSK-TLS]

　　2) 公共密钥对和设备证书

　　SCWS 应该能使用一个公共钥密钥对，并把它们保存在安全的区域，这些密钥只能用于 TLS 的实现或卡应用的验证，这是由卡发行者的内部安全策略决定的。SCWS 也应该为公共 密钥嵌入一个设备证书，该设备证书由卡发行者提供并由权威发行者签署。

　　公共密钥对和设 备证书应该用于服务器在TLS 上的认证（如TLS 二级认证）。 如果 SCWS 采用公共密钥对和设备证书，则必须支持下列所有的加密算法：

　　TLS_RSA_WITH_3DES_EDE_CBC_SHA

　　TLS_RSA_WITH_AES_128_CBC_SHA

　　SCWS 必须支持采用TLS1.0 的服务器认证，并且应该能采用WAP profiled X.509 服务器证书[WAPCert]。

　　3) 支持 TLS 扩展

　　由于容量限制或者带宽限制， SCWS 必须确定一个较小的最大片段长度，扩展允许使用以下定义的片段长度（默认值是2^14）：

　　2^9(1), 2^10(2), 2^11(3), 2^12(4), (255)

　　卡管理代理可以使用[RFC3546]定义协商的最大片段长度，管理服务器需要支持 [RFC3546]定义协商的最大片段长度，连接到SCWS 的HTTP 客户端可以使用[RFC3546]定 义协商的最大片段长度，SCWS 需要支持[RFC3546]定义协商的最大片段长度，也可以支持 最小到512byte 的最大片段长度。如果客户端没有协商定义，SCWS 需要接受预先定义的16K 作为TLS 片段长度。

　　4) 会话恢复

　　SCWS 应该支持TLS 定义的会话恢复，能够使用更长的会话周期（如12 小时）。会话 恢复流程应该遵守TLS1.0 中的相关定义。

　　6 总结

　　图形化界面 SIM 卡技术的使用突破了以往SIM 卡只能支持SMS 短信类业务的局限， 将图形界面引入到SIM 卡中，支持GPRS、EDGE、UMTS 类数据网络业务的推广，使用户 不必连接网络，即使在网络无法覆盖的区域也可使用，并且不产生任何费用；同时运营商可 按需定制SIM 卡，及时更新智能卡网络服务器SCWS 内容，可跟踪、统计用户的使用行为， 定期发送到服务器统计分析，以实时调整业务推广策略，为运营商创造了展示最佳服务和解 决方案的可控平台，助推3G 业务的快速发展。