1. 引言
APDU 可类比为：
智能卡被广泛应用于银行、交通和访问控制系统等各种场景。这些卡片存储敏感信息，并配备微控制器，可执行加密操作。为了与智能卡通信，需要使用一种特定的通信协议，称为应用协议数据单元（Application Protocol Data Unit，APDU）。
APDU 是一种用于智能卡和读卡器之间通信的二进制格式。它定义了两者之间交换的数据结构，包括从读卡器发送到智能卡的命令，以及从智能卡发送到读卡器的响应。对于希望开发与智能卡交互的应用程序的软件开发者而言，理解 APDU 至关重要。
本文将解释 APDU 消息的结构、不同类型的命令以及智能卡可能返回的响应类型。此外，本文还将提供使用不同编程语言实现 APDU 命令的示例。阅读本文后，开发者将清楚了解 APDU，并能够构建安全、高效的应用程序，与智能卡进行交互。
2. 什么是 APDU？
APDU（Application Protocol Data Unit，应用协议数据单元）是一种用于智能卡和读卡器之间通信的协议。它是一种简单且标准化的格式，用于在两个设备之间发送和接收数据。APDU 消息包含两个部分：命令 APDU（Command APDU）和响应 APDU（Response APDU）。
命令 APDU 包含一个头部（Header），用于指定发送的命令类型，如读取或写入数据、用户身份验证或选择智能卡上的特定应用程序。头部还包括关于所发送数据长度的信息，以及该特定命令所需的其他参数。命令 APDU 由读卡器发送至智能卡。
响应 APDU 由智能卡返回给读卡器，并包含一个头部，用于指定命令的执行状态以及命令 APDU 请求的任何数据。头部还包括返回数据的长度信息，以及该特定响应所需的其他参数。响应 APDU 可以包含任何类型的数据，包括文本、二进制数据或错误代码。
APDU 协议广泛应用于银行、身份认证和安全领域。它是一种简单且高效的智能卡通信方式，标准化确保了不同制造商的设备可以无缝通信。对于从事智能卡技术或涉及设备间安全通信的开发者和工程师而言，理解 APDU 至关重要。
2.1 APDU示例
本小节将更详细地解析 “Select Application” 命令及其 CLA、INS、P1、P2 和 Data 字段的组成。
示例命令 APDU：
00 A4 04 00 07 D2 76 00 00 85 01 01
-
CLA（Class，类别字节）：00
CLA 指定发送到智能卡的命令类型。对于 APDU 命令，CLA 字节通常设为00。 -
INS（Instruction，指令字节）：A4
INS 指定所发送的具体命令。在本例中，A4表示 “Select File”（选择文件）命令。请注意，还有其他指令，可在 EMV 规范 中找到。 -
P1（参数 1 字节）：04
P1 提供有关所发送命令的附加信息。在本例中，04表示数据字段包含要选择的应用程序的 AID（Application Identifier，应用程序标识符）。 -
P2（参数 2 字节）：00
P2 也是一个附加参数字节，在本例中，其值设为00。 -
数据字段（Data Field）：07 D2 76 00 00 85 01 01
数据字段包含所选择应用程序的 AID。在本示例中，该 AID 长度为 7 字节，对应十六进制值07 D2 76 00 00 85 01 01。
总而言之，“Select Application” 命令使用 A4 指令来选择智能卡上的特定文件（即应用程序）。要选择的文件的 AID 被放入命令的数据字段，并由 P1 和 P2 参数字节作为前缀。对于 APDU 命令，CLA 字节通常设为 00。
需要注意的是，CLA、INS、P1、P2 和数据字段的具体值取决于所使用的智能卡和应用程序。尽管 ISO/IEC 7816 规范提供了 APDU 命令的通用指南和要求，但各个字段的实际值可能因具体实现而异。
2.2 Kotlin APDU代码示例
使用 Kotlin 发送 APDU 命令到智能卡的示例（不使用任何库）：
fun selectByname(isoDep: IsoDep): SelectPPSEData {
val data = HexUtil.convertStringToHex("2PAY.SYS.DDF01")
console.log("select application data", data)
val command = "00A404000E${
data}00"
console.log("select application", command)
val result = isoDep.transceive(Conversions.HexStringToByteArray(command))
console.log("select application isoResult", HexUtil.toHexString(result))
var bertlvs = Conversions.parseBERTLV(result)
val selectPPSEData = SelectPPSEData(
APPLICATION_IDENTIFIER = TAGHelper.getTagFromTlv(bertlvs, SelectApplicationData.APPLICATION_IDENTIFIER.tag),
APPLICATION_PRIORITY_INDICATOR = TAGHelper.getTagFromTlv(bertlvs, SelectApplicationData.APPLICATION_PRIORITY_INDICATOR.tag)
)
return selectPPSEData
}
该示例执行 PSE（Payment System Environment，支付系统环境）的 “Select Application” 操作，后续文章中将详细解释。
- 首先，将要发送的数据转换为十六进制（HEX）格式，
- 然后构造 APDU 命令并转换为
ByteArray， - 接着使用
ISODEP（一种 NFC 通信协议）发送 APDU 命令，并接收响应数据。 - 接收到的响应数据会解析为 BERTLV 格式（将在下一篇文章中讨论）。
- 最后，从 TLV（标签-长度-值）数据中提取必要的标签信息。
3. 总结
APDU 是智能卡的重要通信协议，允许在卡片与读卡器之间进行安全高效的数据交换。理解 APDU 消息的结构、不同类型的命令以及可能的响应，对于希望开发智能卡交互应用的开发者来说至关重要。
通过遵循本文提供的指南，开发者可以使用 Java、Python、C# 和 Kotlin 等多种编程语言，构建安全高效的智能卡应用程序。随着智能卡技术在各类应用中的需求不断增长，开发者必须理解 APDU，以确保其应用程序的安全性和可靠性。
希望本文能帮助软件开发者深入理解 APDU 及其在不同编程语言中的实现。掌握这些知识后，开发者将能够自信地构建与智能卡交互的应用程序，并促进该技术的发展和进步。