摘要：为了提高终端上数字货币、数字识别等行业应用的适应性，集成在移动通信卡上BLE（Bluetooth Low Energy）蓝牙模块允许手机通信卡有蓝牙通信接口，终端可以通过蓝牙通信接口或ISO/IEC 7816机卡通道接口访问手机通信卡，加快数字货币、数字身份等行业的应用G网络下的发展。

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在今天的日常生活和工作中，人们不会离开手机，结合2021年 年5G 大规模商业、数字货币、数字身份应用等行业的应用发展正在全面展开[2]，以及社区门禁、公司门禁、乘坐公交车、地铁、医院健康卡等应用场景，想象在移动通信卡上加载上述应用场景，但是部分Android（基于Linux 智能操作系统)苹果终端和苹果终端无法通过ISO/IEC7816 为了解决部分问题，机卡通道访问手机通信卡[3]Android 苹果终端和苹果终端无法通过ISO/IEC7816 机卡通道访问手机通信卡的问题，集成在手机通信卡上BLE（bluetooth low energy，低功耗蓝牙技术)蓝牙模块，使手机通信卡具备BLE 手机终端可以通过蓝牙通信接口或蓝牙通信接口ISO/IEC 7816 访问手机通信卡的机卡通道接口。

BLE 低功耗蓝牙技术具有低成本、短距离等技术特点.4GHz ISM 射频频段。BLE 蓝牙技术采用非常快的连接方式，通常可以处于非连接状态（节省功耗）。此时，链路两端只相互了解，必要时只打开链路，然后在尽可能短的时间内关闭链路。包装在手机通信卡上BLE 蓝牙模块，让手机通信卡有BLE 蓝牙通道，通过BLE 蓝牙通道实现了手机终端与卡通通信模块的数据交互，解决了部分手机终端无法通过ISO/IEC 7816 访问手机通信卡的机卡通道，从而提高用户的使用体验，满足用户的各种需求。

1 BLE蓝牙通信卡组成架构

BLE 蓝牙通信卡的硬件组成包括通信卡SE 芯片模块和BLE 低功耗蓝牙芯片模块两部分[4]。采用SIP（System In a Package 系统级包装)包装工艺，通信卡SE 芯片和BLE蓝牙芯片包装在手机通信卡上，形成不仅具有通信功能，而且满足各行业非接触应用场景BLE 蓝牙通信卡，BLE 蓝牙通信卡的形状与当前运营商发行的手机通信卡相同。其中BLE 低功耗蓝牙芯片支持Bluetooth Specification Version 4.1 [5]标准规范及以上版本。

BLE 蓝牙通信卡生态系统包括移动终端蓝牙应用。BLE 低功耗蓝牙芯片模块，通信卡SE 由系统架构组成的芯片模块。

蓝牙应用和移动终端BLE 蓝牙通信卡之间的所有数据交互过程都是由移动终端蓝牙应用程序主动启动的。移动终端应用程序根据蓝牙接口应用层协议包装所需的数据，然后通过蓝牙接口发送BLE 蓝牙通信卡，BLE 收到手机终端消息后，蓝牙通信卡执行的内部逻辑处理流程如下：

1）BLE 蓝牙模块根据蓝牙接口应用层协议分析收到的信息；

2)如果分析后的数据不需要发送到通信卡SE 由模块处理BLE 直接处理蓝牙模块，按照蓝牙接口应用层协议将处理结果交给移动终端响应。

如果需要后的数据需要发送到通信卡SE 由模块处理BLE 蓝牙模块通过其与通信卡分析数据SE 模块之间的硬件链路传输到通信卡SE 模块处理，通信卡SE 模块处理后，通过硬件链路返回处理结果BLE 最后，蓝牙模块，BLE 蓝牙模块将来自通信卡SE 根据蓝牙接口应用层协议，将模块获得的数据处理结果包装到手机终端。

2 BLE蓝牙模块接口要求

BLE 支持蓝牙接口Paring/Bonding 模式，BLE 成功连接蓝牙通信卡和手机终端后，BLE 保存蓝牙通信卡LTK（Long Term Key，保证长期密钥)BLE 蓝牙通信卡不修改蓝牙配对码，BLE 当蓝牙通信卡再次连接到移动终端时，无需输入蓝牙配对码[6-7]。

2.1 蓝牙广播参数

蓝牙通信中BLE 蓝牙通信卡由设备制成，负责蓝牙广播。上电启动后蓝牙未连接时，BLE 蓝牙通信卡继续发送广播数据包，直到蓝牙连接到约定的广播间隔。

蓝牙广播参数取值范围如表1所示。

表1 蓝牙广播参数的值范围

2.4 蓝牙配对过程

BLE 蓝牙通信卡作为一种设备，继续发送蓝牙广播，手机终端作为主要设备，在收到蓝牙广播后，用户在连接超时期内输入正确的蓝牙配对码，BLE 蓝牙通信卡蓝牙模块将向通信卡发送蓝牙配对码SE 模块，通信卡SE 该模块将与通信卡一起存储SE比较中蓝牙配对码的值，并将比较结果返回蓝牙模块。如果比较结果完全一致，配对成功，建立蓝牙连接。如果比较结果不一致，则配对失败，以前的连接将自动断开，BLE 蓝牙配对蓝牙通信卡。

2.5 蓝牙配对过程和蓝牙配对码修改测试

在测试终端蓝牙中搜索蓝牙设备，搜索图3CT蓝牙卡设备名称02000108，点击蓝牙卡设备名称，蓝牙卡和测试终端蓝牙配对连接，测试终端蓝牙测试工具界面弹出图4蓝牙配对请求弹出窗口，输入正确的蓝牙卡蓝牙配对码和测试终端蓝牙配对，蓝牙卡和测试终端蓝牙功能配对连接成功。

3 BLE蓝牙模块蓝牙接口通信协议

蓝牙接口通信协议是手机终端和BLE 蓝牙通信卡之间的应用层通信协议定义了层通信协议BLE 蓝牙通信卡通过蓝牙接口进行数据交互的蓝牙接口通信协议可以通过蓝牙接口进行APDU 发布指令或终端管理数据报告，实现数据读写[8-10]。

定义蓝牙接口通信协议的主要内容如下：

(1)卡外实体和BLE 蓝牙通信卡通过蓝牙接口APDU 指令交互时发送和接收的报纸格式；

(2)设置和检查卡外实体的蓝牙接口BLE 蓝牙通信卡相关蓝牙参数的报纸格式；

(3)新闻交换方式。

蓝牙接口通信协议结构。

手机终端和BLE 蓝牙通信卡之间的协议报告交互。数据传输时，数据发送端根据消息长度将消息数据分成几个包，交给通信链路层完成发送。接收端根据协议将收到的数据包合并成消息，完成单次数据交互。

本协议在会话层传递的会话信息由消息数据和2 bytes 新闻验证和组成、验证和使用CRC16 算法。新闻分包应严格遵循以下原则：

(1)每包协议字节和数据字节的总长度不得超过20 bytes；

（2）4bits 当前包装位置从0表示x00 开始编号，最大序号为0x0E；

(3)多包发送，除尾包外，其余包必须填满20个 bytes。

图7 蓝牙接口通信协议结构

3.1 蓝牙接口通信协议消息格式

信息数据包是手机终端和BLE 数据交互载体在蓝牙通信卡之间，传输方向为双向传输。信息数据包按实际长度分包，每包协议字节和数据字节总长度不超过20 bytes，多包发送，除尾包外，其余包必须填满20个 bytes。每个消息数据包分为包头和数据两部分，数据包定义如表5所示 和表6所示。

3.2 蓝牙接口通信协议信息数据包示例

3.2.1 单包发送单包接收情况

3.3 蓝牙接口通信协议消息传输

通信双方的消息传输遵循一问一答的通信方式，即发送方发送消息后，需要等待消息的回复，否则不会发送下一条消息。第一包序号为0，发送人从第一包开始按照包序号的增加顺序逐包发送，接收人收到消息数据包后按顺序重新组合成完整消息。如果发送方发送的数据包返回错误，发送方需要从第一包重新发送此消息。

3.3.1 蓝牙接口信息发送流程

蓝牙卡与手机终端配对，连接成功后，发送指令信息。

指令信息有效数据字节长度> 16 byte(一个包的最大长度是20 byte），分包数据时，计算数据包的数量≤ 15 (除最终数据包外，其他数据包内容必须填写20 byte），若计算出数据包总数大于最大数据包总数的限制，则返回错误码，结束数据包的发送；如果计算数据包总数在最大数据包总数内，检查每个数据包的数据字节是否≤ 20 byte，如果没有，返回错码，结束数据包的发送，如果每个数据包的数据字节≤ 20 byte，数据包依次分包发送，所有数据包发送完成后，当指令信息有效数据字节长度结束时，发送指令信息； 16 byte(一个包的最大长度是20 byte），发送一个单数据包，发送成功后，发送指令信息。

发送蓝牙接口信息的过程。

3.3.2 蓝牙接口信息接收流程

蓝牙卡与手机终端配对连接。连接成功后，接收指令信息。

在开始接收指令信息数据包后，判断当前数据包是否为最后一个数据包。如果不是最后一个数据包，请继续发送数据包（检查数据包的大小≤ 20 byte，如果没有，返回错误代码)；如果是最后一个数据包，检查最后一个数据包是否≤ 20 byte，如果不是，如果最后一个数据包最后一个数据包数据字节≤ 20 byte，判断信息的总长度是否等于第一个数据包显示的数据包的总长度。如果是，则表示接收指令信息数据包。如果没有，请返回错误代码。

蓝牙接口信息接收流程。

图9 蓝牙接口信息接收流程

3.4 蓝牙接口通信协议测试

蓝牙接口通信协议测试包括蓝牙协议通信功能测试和蓝牙协议通信功能异常测试。

蓝牙协议传输功能测试包括大小数据包的传输测试。

蓝牙协议传输功能异常测试包括数据包总数位置测试、当前数据包位置测试、标志字节测试、长度字节测试、短数据包发送和接收测试、长数据包发送和接收测试、数据包随机发送测试、子包泄漏测试、同一序重发测试、异常长度数据包发送测试、异常序号数据包发送测试、异常包装数据包发送测试等。

图10 蓝牙接口通信协议测试

3.5 蓝牙接口通信安全规则

对于从BLE 引入蓝牙接口APDU 指令信息，通信卡SE 模块采用和SWP 接口处理的通信接口访问配置与接口相同SWP 接口保持一致[11]。为了安全有效地管理通信卡USIM、CSIM 等通信应用，BLE 蓝牙通信卡USIM、CSIM 等待通信应用只能在那里ISO/IEC 7816 安全访问界面，禁止在蓝牙界面访问[12-13]。

4 结束语

本文对BLE 研究和测试了蓝牙通信卡的组成架构、蓝牙接口要求和蓝牙接口通信协议，BLE 蓝牙通信卡的蓝牙通道解决了一些问题Android 苹果终端和苹果终端无法通过ISO/IEC 7816 机卡通道访问通信卡问题，使用其支持的蓝牙通道，可配备多种卡应用，如门禁应用，实现手机终端刷卡开门，应用于社区、公司园区等。；一卡通应用，直接在公司园区刷手机消费；交通卡应用，实现公交、地铁、地铁、电子健康卡应用，在主要医院轻松登记咨询；电子车钥匙应用，手机终端作为车钥匙，上车时无解锁，下车时离开锁；以及数字货币、数字识别等应用场景。

参考文献：

[1] 阎占林、黄健文、黄健、李俊磊、蔡秋艳、杨光.5G通信卡中SUCI研究隐私保护[J].2020年50(04)无线电工程:269-275.

[2] 中国人民银行.中国金融集成电路(IC)卡规范[S].中华人民共和国金融业标准，JR/T 0025.18-2018.

[3] 3GPP 3rd Generation Partnership Project; Technical Spe cifica tio n Gro up Co r e N e tw o rk a n d Te rm in a ls; Characteristics of the Universal Subscriber Identity Module(USIM) application(Release 16):TS 31.102,V16.0.0 [S].(2019-06).

[ 4 ] E T S I T S 1 0 2 2 2 1 Smar t c a r d s ; U I C C - T e r m i n a l interface;Physical and logical characteristics[S].European Telecommunications Standards Institute Project Smart CarSimcom代理d Platform(EP SCP).

[ 5 ] Bl u e t o o t h S p e c i f i c a t i o n V e r s i o n 4 . 1 [ V o l 1 ] [ S ] . Architecture & Terminology Overview.03 December 2013.

[6] Bluetooth Specification Version 4.1 [Vol 2] [S].Core System Package[BR/EDR Controller volume].03 December2013.

[7] Bluetooth Specification Version 4.1 [Vol 3] [S].Core System Package[Host volume].03 December 2013.

[8] Bluetooth Specification Version 4.1 [Vol 4] [S].Host Controller Interface[Transport Layer].03 December 2013.

[9] Bluetooth Specification Version 4.1 [Vol 5] [S].Core System Package[AMP Controller volume].03 December2013.

[10] Bluetooth Specification Version 4.1 [Vol 6] [S].Core System Package [Low Energy Controller volume].03 December 2013.

[11] Global Platform Card Contactless Services Card Specification - Amendment C V1.0.1[S].

[12] ISO/IEC 7816-4 Identification cards-Integrated circuit cards-Part 4:Organization,security and commands for interchange[S].

[13] ETSI TS 102 225 Smart cards;Secured packet structure for UICC based applications,European Telecommunications Standards Institute Project Smart Card Platform(EP SCP)[S].

(本文来源《IC2022年4月，代理杂志