St

1
Carte à puce et Java

• Stéphane AMATO
• Julien CHABANON
• Novembre 2001

2
Sommaire

• Historique
• Partie I Carte à puce
• Partie II JavaCard
• Conclusion

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Sommaire
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Historique (1/6)
Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Historique
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Historique (2/6)

• 1974 - Roland Moreno crée la carte à puce à
  circuit intégré

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Historique
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Historique (3/6)

• 1980 - La carte à puce comme un nouveau moyen de
  paiement

• 1983 - La carte à puce dans le secteur sanitaire
  et social

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Historique
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Historique (4/6)

• 1984 - La télécarte

• 1986 2 millions de cartes vendues par an
• 1991 6 millions de cartes vendues par mois

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Historique
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Historique (5/6)

• Novembre 1996 - Schlumberger simplifie la
  programmation des SmartCards ? Spécification
  JavaCard 1.0

• Février 1997 - Bull, Sun et Gemplus se joignent
  à Schlumberger pour fonder le JavaCard forum

• Novembre 1997 - Sun présente les spécifications
  de JavaCard 2.0

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Historique
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Historique (6/6)

• Mars 1999 - La version 2.1 des spécifications de
  la JavaCard sort
• The JavaCard 2.1 API Specification
• The JavaCard 2.1 Runtime Environment
  Specification
• The JavaCard 2.1 Virtual Machine Specification

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Historique
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Carte à puce

• Les différents types de cartes
• Le système informatique
• La normalisation
• Cycle de vie dune carte

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard
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Types de cartes (1/3)

• Carte à mémoire
• Mémoire simple (sans processeur) accessible en
  lecture sans protection, mais lécriture peut
  être rendue impossible
• Programmation impossible
• Carte porte-jetons pour applications de
  prépaiement (carte téléphonique)

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Cartes à puce et Java - Type de carte
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Types de cartes (2/3)

• Carte à logique câblée
• Mémoire accessible via des circuits
  préprogrammés et figés pour une application
  particulière
• Carte sécuritaire pouvant effectuer des
  calculs figés (accès à un local )

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Type de carte
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Types de cartes (3/3)

• Carte à puce ou SmartCard
• Microcontrôleur encarté (processeur mémoires)
• Carte programmable pouvant effectuer tout
  type de traitements

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Type de carte
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Carte à puce

• Les différents types de cartes
• Le système informatique
• La normalisation
• Cycle de vie dune carte

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard
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Système informatique (1/2)

• Processeur, mémoire, interface de communications
• Un véritable ordinateur mais
• Communiquant environ 300 fois moins vite
  (de 3,58 à 4,92 MHz)
• Possédant 200 000 fois moins de mémoire
  (64 Ko de ROM)

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Système informatique
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Système informatique (2/2)

• Une application carte une carte un
  terminal
• Traitement conjoint des données présentes sur la
  carte ET sur le terminal
• ? Communication entre la carte et le terminal

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Système informatique
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Carte à puce

• Les différents types de cartes
• Le système informatique
• La normalisation
• Cycle de vie dune carte

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard
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Normalisation (1/7)

• ISO 7816
• Format carte de crédit
• Définition des contraintes
  physiques supportables (chaleur, humidité...)

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Normalisation
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Normalisation (2/7)

• La puce
• Seule interface de communication avec
  lextérieur
• Lecteur de cartes CAD (Card Acceptance Device)
• Surface ? 25 mm²
• Épaisseur ? 0,3 mm
• Composée de 8 contacts métalliques

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Normalisation
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Normalisation (3/7)

• Protocoles de communication
• ISO 7816-3
• Protocoles de communication asynchrones et
  half-duplex

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Normalisation
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Normalisation (4/7)

• Format de commandes
• Protocole APDU Application Protocol Data Unit
• Communication entre le lecteur de cartes (CAD)
  et la SmartCard
• Message de commande du lecteur vers la carte ou
  ...
• ... message de réponse de la carte au lecteur

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Normalisation
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Normalisation (5/7)

• Commandes applicatives
• ISO 7816-4 Manipulation des données au travers
  dune structure hiérarchique de fichiers
• ISO 7816-5 Identification des applications
• ISO 7816-6 Éléments de données référencées
  (accès direct)
• ISO 1816-7 Manipulation des données au travers
  dun schéma relationnel
• ETSI GSM 11.11 Commandes des cartes S.I.M.
• E.M.V. Commandes de paiement
• ...

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Normalisation
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Normalisation (6/7)

• Le microcontrôleur (1/2)
• Technologie M.A.M. 
• Substrat de silicium (0,35 à 0,7 microns)
  contenant microprocesseur bus mémoires
• Mémoire non volatile reprogrammable
• Sécurité 
• Composant inaccessible (seule la puce lest)
• Détecteurs de conditions anormales

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Normalisation
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Normalisation (7/7)

• Le microcontrôleur (2/2)
• Types de microprocesseurs utilisés 
• 8, 16 ou 32 bits coprocesseur cryptographique
• Hitachi, Motorola, NEC, SGS-Thomson, Siemens...
• Types de mémoires 
• ROM  jusquà 64 Ko (mémoire non volatile en
  lecture seule)
• RAM  jusqu'à 2 Ko (mémoire volatile)
• Flash EEPROM  jusqu'à 32 Ko (mémoire non
  volatile réinscriptible)

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Normalisation
24
Carte à puce

• Les différents types de cartes
• Le système informatique
• La normalisation
• Cycle de vie dune carte

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard
25
Cycle de vie (1/2)

• Fabrication
• ROM  inscription dun programme définissant les
  fonctions de base de la carte
• Initialisation
• EEPROM (Electrical Erasable Programmable ROM)
  inscription des données communes à lapplication
• Personnalisation
• EEPROM  inscription des données personnelles de
  lutilisateur

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Cycle de vie
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Cycle de vie (2/2)

• Utilisation
• Envoi dAPDU de commandes à la carte via le
  lecteur (CAD)
• Traitement des commandes effectué par le masque
  de la carte Sinon renvoi dun code derreur
• Mort
• Invalidation logique (volontaire ou lors dune
  tentative dintrusion), saturation mémoire, vol,
  perte, bris ...

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Cycle de vie
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Résumé

• La carte à puce est un véritable serveur
  embarqué
• Elle gère des données personnelles et les
  sécurise
• Cependant 
• Le code applicatif est figé en ROM
• Pas de protocole standard de communication entre
  le lecteur et son hôte
• Communications de bas niveaux (APDUs) ?
  nécessite des compétences spécifiques

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Résumé
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JavaCard

• Présentation
• Architecture
• Les outils commerciaux adaptés à la JavaCard
• Quelques applications

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard
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Présentation (1/3)

• JavaCard un sous-ensemble du langage Java
• Une applet est une application JavaCard
• Possibilité de charger dynamiquement une
  nouvelle applet
• JavaCard lié aux spécificités des SmartCard

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Présentation
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Présentation (2/3)
Supportés Non supportés
Boolean, byte, short, int Object Tableau à une dimension Méthodes virtuelles Allocation dynamique Paquetages Exceptions Interface Méthodes natives Float, double, long Char, String Tableau à n dimensions Class et ClassLoader Ramasse-miettes SecurityManager Threads
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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Présentation
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Présentation (3/3)

• API java.lang de JavaCard réduite à
• Object public Object ()
• public boolean equals (Object obj)
• Throwable public Throwable ()
• -- Exception
• -- RuntimeException
• -- Arthmetic Exception
• -- ClassCastException
• -- NullPointerException
• -- SecurityException
• -- ArrayStoreException
• -- NegativeArraySizeException
• -- IdexOutOfBoundsException
• -- ArrayIndexOutOfBoundsException

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Présentation
32
Machine virtuelle

• Implémentation en deux parties
• La partie on-card (SmartCard)
• La partie off-card (JavaCard)

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JCVM
33
Librairies standard

• JavaCard.lang
• JavaCard.framework
• JavaCard.security
• JavaCardx.crypto

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Les standards Class
Librairies
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JCRE

• JCRE JavaCard Runtime Environment

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JCRE
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Compiler en Java (1/3)

• Obtention dun code JavaCard

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Compiler en Java
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Compiler en Java (2/3)
... Method public static int fact(int) gtgt
max_stack2, max_locals3 ltlt 0 iconst_1 1
istore_2 2 iconst_1 3 istore_1 4 goto 14 7
iload_2 8 iload_1 9 imul 10 istore_2 11 iinc_1
by 1 14 iload_1 15 iload_0 16 if_icmplt 7 19
iload_2 20 ireturn ...
... public static int fact(int n) int i,j
j1 for(i1iltni) ji return
j ...
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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Compiler en Java
37
Compiler en Java (3/3)

• Récapitulatif des opérations

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Compiler en Java
38
JavaCard

• Présentation
• Architecture
• Les outils commerciaux adaptés à la JavaCard
• Quelques applications

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard
39
Architecture (1/8)
Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Architecture
40
Architecture (2/8)

• Méthodes natives
• Fonctions de bas niveaux gérant
• Les E/S
• La mémoire
• Le coprocesseur cryptographique

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Architecture
41
Architecture (3/8)

• Machine virtuelle Java
• Exécute le bytecode (obtenu après compilation et
  édition de liens)
• Offre le support du langage
• Gère le partage des données entre applications
• Implantée au dessus du circuit intégré (OS
  méthodes natives)
• ? Indépendance totale par rapport à la
  plate-forme de la carte

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Architecture
42
Architecture (4/8)

• Librairies standard
• Ensemble dAPIs
• Cache les détails de linfrastructure
• Interface facile à manipuler
• Définition des conventions utilisées par les
  applets pour accéder aux méthodes natives

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Architecture
43
Architecture (5/8)

• Applets
• Programmes écrits en JavaCard puis compilés
• Exécution en réponse à des demandes du terminal

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Architecture
44
Architecture (6/8)

• Installation dune applet
• Réalisé lors de la fabrication de la carte ou de
  sa mise à jour à partir dun terminal
• Chargement lapplet en mémoire (ROM ou EEPROM)
• Appel automatique de la méthode install () par
  le JCRE  phase de connaissance
• Applet définitivement connue par le JCRE

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Architecture
45
Architecture (7/8)

• Sélection, activation et désactivation dune
  applet
• Une Applet est inactive tant quelle nest pas
  sélectionnée pour être exécutée
• Identification dune Applet par une clé unique
• Sélection réalisée par le terminal
• Suspension de lexécution de lApplet active 
  deselect()
• Activation de lApplet sélectionnée  select()
• Le JCRE redirige tous les APDUs de commande vers
  cette Applet

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Architecture
46
Architecture (8/8)

• Communication avec les applets
• Le JCRE appelle process() lorsquil reçoit un
  APDU de commande pour cette applet

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Architecture
47
JavaCard

• Présentation
• Architecture
• Les outils commerciaux adaptés à la JavaCard
• Quelques applications

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard
48
Outils commerciaux

• Odissey-Lab de Bull
• GemXpresso Rapid Applet Development (RAD) de
  Gemplus
• Cyberflex 2.0 Multi8K de Schlumberger

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Les outils commerciaux
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Odissey-Lab de Bull

• Conforme aux spécifications JavaCard API 2.0
• Sa JVM est lune des plus performantes du marché
  selon Bull
• A été conçu pour les besoins des plate-formes
  ouvertes
• Est adaptée à de nouveaux mécanismes de sécurité

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Odissey-Lab de Bull
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GemXpresso RAD de Gemplus

• Plate-forme de développement basée sur les
  spécifications de JavaCard 2.0 et sur un
  processeur RISC 32 bits
• Supporte les API JavaCard 2.0 pour 8 ou 32 bits
• Accélère le développement et les tests
• Simulateur pour tester les programmes
  directement sur une station de travail

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - GemXpresso RAD de Gemplus
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Cyberflex de Schlumberger

• Conforme aux spécifications de JavaCard 2.0
• Pas denvironnement de développement car très
  facile de lintégrer dans un environnement de
  développement Java existant
• Simulateur qui vérifie le code

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Cyberflex de Schlumberger
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JavaCard

• Présentation
• Architecture
• Les outils commerciaux adaptés à la JavaCard
• Quelques applications

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard
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Applications (1/2)

• Télévision
• Santé

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Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Applications
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Applications (2/2)

• Carte détudiant
• Fidélité

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - Applications
55
Conclusion

• Carte à puce vs JavaCard

Stéphane AMATO / Julien CHABANON
Novembre 2001
Cartes à puce et Java - JavaCard