Эта статья является уже третьей в серии об использовании смарт-карт. Первая — Смарт-карты и программирование — была написана в 2017 году и все примеры в ней были на языках C и C++. Вторая — Смарт-карты и программирование (java) — в 2019 и в качестве базового использовался язык Java. И вот пришло время для очередной переработки, на этот раз всё на примере python3, код на котором получается компактным, выразительным и понятным. Кроме нового языка за эти годы накопились отзывы, замечания и предложения, появился опыт использования других устройств (криптографических USB-токенов, других типов бесконтактных карт), всё это отражено в тексте, который значительно отличается от предыдущих статей в структуре и формулировках.

Если вы только знакомитесь с этими технологиями, рекомендую читать именно эту статью, я постарался в ней учесть все недостатки прошлых, уточнить и прояснить терминологию, а также более детально раскрыть некоторые моменты. Ещё я добавил несколько новых разделов, которых не было в прошлых статьях: чипы Mifare Ultralight, NFC-метки и NDEF, прямое обращение к радиомодулю считывателя для выполнения произвольных команд NFC, банковские карты МИР, SIM-карты.

Мы все активно пользуемся смарт-картами, даже не зная этого, чиповые банковские карты, NFC-метки, бесконтактные пропуски-ключи, USB-ключ для электронной подписи, сим-карты в телефонах — это всё смарт-карты. В этом очень большом тексте я детально расскажу об использовании смарт-карт на уровне прикладного ПО. Здесь будет много теории, много ссылок на стандарты и спецификации, много кода. Я не ставил цель написать энциклопедию, для этого формата статьи не хватит, но дать обзорное представление о предметной области вполне можно. В конце есть список книг, в которых тема смарт-карт раскрыта детально и системно.

Я выбрал Python за его простоту, доступность, удобство использования и богатую библиотеку модулей. От вас не требуется никаких дополнительных знаний, кроме Python и операционной системы, на которой вы будете запускать код. Изначально всё программное окружение ориентировано на Unix-подобные системы — разнообразные варианты Linux и macOS, однако всё должно работать и в Windows (однако я не проверял). Все демонстрационные программы используют консоль (терминал), поэтому должны работать примерно одинаково везде, я не использую никаких GUI-библиотек, только командную строку.

В тексте статьи нет разделения на отдельный блок с теорией и примерами, вместо этого теория и примеры чередуются, поэтому вы увидите первый код практически в самом начале.

Практически все доступные сторонние материалы (стандарты, спецификации, книги) написаны по-английски, поэтому вам нужно его знать, если хотите самостоятельно изучить тему более глубоко.

Если у вас есть предложения по содержимому, можете писать прямо в комментариях или напрямую на мой email: [email protected]

СКУД (система контроля и управления доступом, Physical Access Control System, PACS) — это набор программно-аппаратных средств контроля и управления физическим доступом к дверям, воротам, турникетам и другим технологическим отверстиями. В систему входит множество датчиков, замков, камер и другое оборудование, но в данной статье меня будут интересовать только физические электронные ключи доступа, их типы, особенности, характеристики, проблемы и недостатки.

Эта статья — нечто вроде инструкции по использованию USB криптотокенов в терминале (консоли) линукса и макоси. Ориентирована она прежде всего на российские реалии и рассматривает доступные у нас устройства и программное обеспечение.

Здесь не рассматриваются подробно детали устройства сертификатов и ключей, для этого я рекомендую прочитать статью Ещё больше и лучше о цифровых сертификатах: X.509, PKI, PKCS, где я подробно рассматриваю прикладную криптографию, сертификаты, ключи, а также консольные инструменты для работы с ними.

Базовая операционная система: ubuntu/debian на архитектуре amd64, однако многие сценарии также применимы к макоси версии Catalina или выше (только intel, на arm не проверял), а также для линуксов на другой архитектуре, если для неё существуют подходящие драйверы устройств.

Для работы в макоси вам необходимо сначала поставить homebrew.

❈ ❈ ❈

В рамках этой статьи я рассматриваю прежде всего штатные инструменты, которые применимы к любым токенам, поэтому все проприетарные криптопровайдеры типа Криптопро тут не описаны. Я настоятельно рекомендую сначала прочитать статью, прежде чем покупать криптотокен, для экспериментов вы можете использовать программный эмулятор SoftHSM (он описан ниже). К сожалению, на российском рынке очень много откровенно мусорных устройств, которые я советую игнорировать, про это я тоже отдельно напишу, поэтому экспериментируйте только с SoftHSM, для понимания принципов работы инфраструктуры он подходит идеально.

В 2017 году я написал статью Смарт-карты и программирование с примерами кода C/C++. Однако для обучения этот язык подходит плохо, поскольку предполагает достаточно низкоуровневое и многословное использование функций и данных, поэтому я решил сначала переписать все примеры на Java, однако в процессе пришлось значительно переосмыслить старый текст, обновить и переработать с учётом накопившегося опыта, ошибок и замечаний.

Статья 2017 «заморожена» и я не планирую её больше обновлять, однако вы можете её читать, если хотите понять, как всё работает на сравнительно низком уровне, где вручную нужно выделять и освобождать ресурсы, инициализировать буферы и так далее.

Это очень большой текст о смарт-картах и о том, как писать клиентский софт на Java для их использования. От вас требуется только знание Java, понимание базовых алгоритмов, структур данных и, собственно, смарткарты с терминалами. Все примеры ориентированы на unix-окружение, в первую очередь это linux и mac os x. Мобильные операционные системы не рассматриваются. Код, вероятно, работает в windows-окружении, однако я это не тестировал. Все примеры полностью независимы друг от друга и не используют никакие сторонние библиотеки или общие файлы.

Язык Java я выбрал по нескольким причинам. Во-первых, он достаточно высокого уровня и вы избавлены от ручного управления памятью. Во-вторых, в Java очень богатая стандартная библиотека. В третьих, Java как платформа работает на разных операционных системах практически одинаково, что очень упрощает процесс обучения. И самое главное, в штатной поставке платформы уже есть поддержка библиотеки для работы со смарт-картами. Я выбрал современную базовую версию SDK — 11 — и все примеры кода написаны с учётом работающих в этой версии фич (типа использования ключевого слова var для автоматического вывода типов).

❈ ❈ ❈

Для выполнения всех примеров кода вам нужен USB-терминал (ридер) для смарт-карт. В некоторых примерах можно использовать USB крипто-токен (eToken, yubico и т.п.), они используют тот же программный интерфейс.

Ещё в статье очень много новых англоязычных терминов, сокращений, ссылок на международные стандарты и спецификации. Слишком глубоко в детали я вдаваться не стану, но буду ссылаться на внешние документы. Очень желательно как минимум понимать английский, так как все оригинальные стандарты и спецификации написаны на нём.

Для более глубокого понимания вам нужно обязательно иметь под рукой упоминаемые стандарты. К сожалению, стандарты ISO/IEC недоступны для свободного скачивания, однако их при желании можно найти в интернете. Их официальные русские переводы (ГОСТ), однако, свободно доступны и ссылки на них вы найдёте в тексте.

Другие стандарты доступны для свободного скачивания и я тоже дам ссылки на них.

Внимание. Данный текст — устарел, я написал новую статью Смарт-карты и программирование (java), где в качестве языка примеров используется Java, а не C/C++. Если вы хотите просто узнать о смарт-картах, то читайте новую статью.

В новом тексте исправлены ошибки, уточнены формулировки, а также добавлены новые примеры, например, работа с контактными картами памяти SLE5542. Кроме того, там теперь есть оглавление.

Это статья о смарт-картах и о том, как писать софт для работы с ними. Никакого опыта в предметной области от вас не требуется, только знание C и C++ для понимания примеров кода, а также базовых структур данных, битов, байтов, указателей, malloc/new/free/delete и так далее. Все примеры ориентированы на unix-окружение, в первую очередь это linux и mac os x. Windows и мобильные операционные системы не рассматриваются.

Для всех примеров кода вам нужен десктопный терминал-ридер для смарт-карт. Для некоторых примеров подойдёт USB-крипто-токен — они работают через тот же интерфейс, что и смарт-карты.

Ещё в этом тексте будет очень много новых англоязычных терминов, сокращений, ссылок на международные стандарты и спецификации. Слишком глубоко в детали я вдаваться не стану, но буду ссылаться на внешние документы.

Очень желательно знать английский язык, так как все оригинальные стандарты и спецификации написаны на нём.

Первые примеры будут на С — это язык библиотеки pcsc, а затем переключусь на C++11 и собственную библиотеку-обёртку над pcsc.

Примерный план статьи:

• как подключиться к библиотеке;
• как подключиться к терминалу;
• базовые сведения об архитектуре PC/SC, терминология;
• базовые сведения о коммуникации с картой;
• несколько простейших примеров с картами;
• работа с «тупыми» бесконтактными картами памяти Mifare;
• более подробно о работе с микропроцессорными картами;
• пример работы с банковской картой.