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摘 要 UKey在Linux下被枚举成Mass Storage类的SCSICD-ROM，通过发送SCSI指令进行设备操作。UKey的功能指令遵从ISO7816-4规范在SCSI中以APDU方式与设备通讯。Linux下采用基于libusb的无驱设计，以此与设备进行数据传输。文章基于MSC Bulk-Only协议，研究并实现一套与UKey通讯的封装库。
关键词 MSC Bulk-Only；SCSI；APDU；libusb库；无驱设计
中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0077-02
在Linux系统下，并没有实现与UKey通讯协议的封装并提供简易的API接口。在此背景下，本文研究如何在Linux下实现与UKey的通讯，作为Linux系统下的对协议的封装库，并提供简易的接口以供上层应用调用。
1 研究内容
1.1 MSC Bulk-Only
1.1.1 主机/设备包传输顺序
主机先发送CBW包，再传输相关的输出数据；设备在接受到CBW包后，先发送输入数据，再发送CSW包。主机可以在发送CBW包之前，请求输入数据或者CSW包。
1.1.2 命令块封装包
依据协议对CBW的定义（协议5.1），实现CBW的结构体定义如下。
structcommand_block_wrapper
{
uint8_t dCBWSignature[4]；
uint32_t dCBWTag；
uint32_t dCBWDataTransferLength；
uint8_t bmCBWFlags；
uint8_t bCBWLUN；
uint8_t bCBWCBLength；
uint8_t CBWCB[16]；
}；
其中CBWCB字段就是SCSI指令部分。
1.1.3 命令狀态封装包
依据协议[0]关于CSW的定义（协议5.2），实现CSW结构体的定义如下：
structcommand_status_wrapper
{
uint8_t dCSWSignature[4]；
uint32_t dCSWTag；
uint32_t dCSWDataResidue；
uint8_t bCSWStatus；
}；
1.2 SCSI指令
USBBulk-Only协议中规定的CBW中的SCSI指令集字段CBWCB中的内容即为命令块描述符。
本项目将主要用到Write指令向设备发送信息；Read指令接收设备的信息。下面是将用到的指令。
1）自定义Write： 0XE2h。
2）自定义Read： 0XE1h。
1.3 ISO7816-4规范
该规范定义了数据传输的命令格式和响应格式，本文将按照该格式组织报文。
1.4 libusb库
libusb设计了一系列的API，通过这些API应用程序可以操作硬件，libusb更加接近USB规范。使得libusb的使用也比开发内核驱动相对容易的多。关于libusb请参看该项目的网站。
2 结果展示
综合以上内容，本项目实现了一套Linux下通用的与Ukey通讯的封装库。下面将介绍接口提供的数据结构与API，以及调用方法。
2.1 数据结构
//最顶层的包结构
//对应于接口send_receive_data
structdata_send_receive
{
uint8_t buffer[1024]；//1K数据缓冲区
uint32_t data_length；//数据长度
uint32_t time_out；//超时时间
}；
//用于SCSI封装
//封装与协议有关的内容
structcommand_packet
{
structdata_send_receivedsr；//数据
uint8_tcdb[16]；//命令描述块
uint8_t cdb_length；/实际长度
uint32_t ret_tag；//CBW和CSW的对应关系标签
uint8_t expected_endpoint；//传输方向
uint8_tlun；//为0
uint32_tactual；//实际长度
}；
2.2 通用API接口
int
inquiry（libusb_device_handle* handle，
structdata_send_receive* dsr）；
返回值：0 成功；非0 失败，错误号参见libusb库
参数：@handlelibusb打开设备获得到的句柄；
@dsr数据包，参见2.1
int
send_receive_data（libusb_device_handle* handle，
structdata_send_receive* dsr）
返回值：0成功；非0失败，具体错误号请参见libusb库
参数：@handle通过libusb库打开设备获得到的设备句柄；
@dsr用户封装的数据包，具体参见2.1
用户封装好要发送的数据后，直接调用该结构，返回结果将包含在dsr包中，原有的数据将被清空。
int
transfer_command（libusb_device_handle* handle，
structcommand_packet* pComPkt）；
返回值：0成功；非0失败，错误号参见libusb库
参数：@handle设备句柄；
@pComPkt用户数据、指令和传输方向
该接口为通讯库的中间层调用，上层功能接口都基于该方法实现。该方法封装了libusb库的libusb_bulk_transfer接口，具体实现了传输流程，给上层用户提供了更多的控制。
3 总结
在Linux下允许用户空间的程序与设备进行通讯，使得UKey开发人员无需被底层的USB协议和Linux下通讯机制所困扰，完成UKey上层应用的密钥管理及加解密等功能；使得上层应用开发人员能更加专注于业务逻辑的实现，更加高效的开发信息安全方面的应用。
参考文献
[1]Universal Serial Bus-Mass Storage Class-BulkOnlyTransport，Revision 1.0[S].
[2]SCSI Commands Reference Manual， Rev. A[S].
[3]ISO 7816-4： Interindustry Commands for Interchange [S].
[4]http：//libusb.org/[DB/OL].2013-07-11.
关键词 MSC Bulk-Only；SCSI；APDU；libusb库；无驱设计
中图分类号：TN918 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）20-0077-02
在Linux系统下，并没有实现与UKey通讯协议的封装并提供简易的API接口。在此背景下，本文研究如何在Linux下实现与UKey的通讯，作为Linux系统下的对协议的封装库，并提供简易的接口以供上层应用调用。
1 研究内容
1.1 MSC Bulk-Only
1.1.1 主机/设备包传输顺序
主机先发送CBW包，再传输相关的输出数据；设备在接受到CBW包后，先发送输入数据，再发送CSW包。主机可以在发送CBW包之前，请求输入数据或者CSW包。
1.1.2 命令块封装包
依据协议对CBW的定义（协议5.1），实现CBW的结构体定义如下。
structcommand_block_wrapper
{
uint8_t dCBWSignature[4]；
uint32_t dCBWTag；
uint32_t dCBWDataTransferLength；
uint8_t bmCBWFlags；
uint8_t bCBWLUN；
uint8_t bCBWCBLength；
uint8_t CBWCB[16]；
}；
其中CBWCB字段就是SCSI指令部分。
1.1.3 命令狀态封装包
依据协议[0]关于CSW的定义（协议5.2），实现CSW结构体的定义如下：
structcommand_status_wrapper
{
uint8_t dCSWSignature[4]；
uint32_t dCSWTag；
uint32_t dCSWDataResidue；
uint8_t bCSWStatus；
}；
1.2 SCSI指令
USBBulk-Only协议中规定的CBW中的SCSI指令集字段CBWCB中的内容即为命令块描述符。
本项目将主要用到Write指令向设备发送信息；Read指令接收设备的信息。下面是将用到的指令。
1）自定义Write： 0XE2h。
2）自定义Read： 0XE1h。
1.3 ISO7816-4规范
该规范定义了数据传输的命令格式和响应格式，本文将按照该格式组织报文。
1.4 libusb库
libusb设计了一系列的API，通过这些API应用程序可以操作硬件，libusb更加接近USB规范。使得libusb的使用也比开发内核驱动相对容易的多。关于libusb请参看该项目的网站。
2 结果展示
综合以上内容，本项目实现了一套Linux下通用的与Ukey通讯的封装库。下面将介绍接口提供的数据结构与API，以及调用方法。
2.1 数据结构
//最顶层的包结构
//对应于接口send_receive_data
structdata_send_receive
{
uint8_t buffer[1024]；//1K数据缓冲区
uint32_t data_length；//数据长度
uint32_t time_out；//超时时间
}；
//用于SCSI封装
//封装与协议有关的内容
structcommand_packet
{
structdata_send_receivedsr；//数据
uint8_tcdb[16]；//命令描述块
uint8_t cdb_length；/实际长度
uint32_t ret_tag；//CBW和CSW的对应关系标签
uint8_t expected_endpoint；//传输方向
uint8_tlun；//为0
uint32_tactual；//实际长度
}；
2.2 通用API接口
int
inquiry（libusb_device_handle* handle，
structdata_send_receive* dsr）；
返回值：0 成功；非0 失败，错误号参见libusb库
参数：@handlelibusb打开设备获得到的句柄；
@dsr数据包，参见2.1
int
send_receive_data（libusb_device_handle* handle，
structdata_send_receive* dsr）
返回值：0成功；非0失败，具体错误号请参见libusb库
参数：@handle通过libusb库打开设备获得到的设备句柄；
@dsr用户封装的数据包，具体参见2.1
用户封装好要发送的数据后，直接调用该结构，返回结果将包含在dsr包中，原有的数据将被清空。
int
transfer_command（libusb_device_handle* handle，
structcommand_packet* pComPkt）；
返回值：0成功；非0失败，错误号参见libusb库
参数：@handle设备句柄；
@pComPkt用户数据、指令和传输方向
该接口为通讯库的中间层调用，上层功能接口都基于该方法实现。该方法封装了libusb库的libusb_bulk_transfer接口，具体实现了传输流程，给上层用户提供了更多的控制。
3 总结
在Linux下允许用户空间的程序与设备进行通讯，使得UKey开发人员无需被底层的USB协议和Linux下通讯机制所困扰，完成UKey上层应用的密钥管理及加解密等功能；使得上层应用开发人员能更加专注于业务逻辑的实现，更加高效的开发信息安全方面的应用。
参考文献
[1]Universal Serial Bus-Mass Storage Class-BulkOnlyTransport，Revision 1.0[S].
[2]SCSI Commands Reference Manual， Rev. A[S].
[3]ISO 7816-4： Interindustry Commands for Interchange [S].
[4]http：//libusb.org/[DB/OL].2013-07-11.