جاواکارت-مقدماتی/5-ابزارهای مورد نیاز

قسمت قبلی: من یک جاواکار نیستم!

در این قسمت، به عنوان ادامه‌ای بر مباحث پیشین، ابزارهایی که از آغاز به نوشتن یک اپلت تا نصب آن روی کارت و ارتباط با آن نیاز است را معرفی می‌کنیم. در یک دید کلّی، ابزارهای مورد نیاز به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1- سخت افزار: 

طبیعتا برای این که کارت بتواند داده ای از سمت رایانه دریافت کند یا داده ای به آن ارسال کند، نیازمند سخت افزاری است که "کارت خوان" (Card Reader) نامیده می‌شود. نکته‌ی جالب توجه اینجاست که دستگاهی به نام "کارت نویس" (Card Writer) نداریم و همان کارتخوان هر دو عمل نوشتن و خواندن را انجام می‌دهد. بدیهتا، کارتخوان کارت‌های تماسی با کارتخوان کارت‌های غیر تماسی متفاوت است و هنگام خرید باید این را مد نظر قرار دهیم که قرار است با چه نوع کارتی کار کنیم. ACR38 و ACR122U دو نمونه کارتخوان به ترتیب برای کارت های تماسی و کارت‌های غیرتماسی اند. همچنین ممکن است هنگام خرید کارتخوان، دستگاه هایی به نام Encoder و Decoder نیز به شما پیشنهاد شوند، که هیچ نیازی به آن ندارید. در واقع، این دو دستگاه برای ارتباط با کارت‌های مغناطیسی (کارت‌های با نوار مشکی- مانند کارت‌های بانکی) استفاده می‌شوند. کارت های مغناطیسی بر خلاف کارت‌های الکترونیکی تراشه دار، برای خواندن و نوشتن به دو دستگاه متفاوت نیاز دارند. دستگاهی که برای خواندن محتویات کارت‌های مغناطیسی استفاده می‌شود Decoder و دستگاهی که برای نوشتن روی این کارت‌ها استفاده می‌شود، Encoder نام دارد. 

شایان ذکر است که الزامی برای جدا بودن کارت‌خوان کارت های تماسی و کارت‌خوان کارت های غیر تماسی از یک دیگر وجود ندارد؛ یعنی هم کارت‌خوان هایی موجود است که فقط یک واسط را پشتیبانی می‌کنند و هم کارت‌خوان هایی وجود دارند دارای دو واسط ارتباطی اند. در مورد Encoder و Decoder هم به همین صورت است؛ یعنی هم به صورت مجزا و هم به صورت یک مجموعه‌ی واحد به فروش ‌می‌رسند.

2- نرم افزار:

بحث در مورد نرم افزارهای مورد نیاز در زمینه‌ی کارت‌های هوشمند را با دو مثال متفاوت آغاز می‌کنیم:

اگر دانشجوی الکترونیک باشید، حتما تجربه‌ی کار با میکروکنترلرها را در پرونده‌ی خود خواهید داشت. برای عملی کردن یک پروژه‌ی ساده‌ی خواندن اطلاعات یک سنسور و ارسال به پورت سریال رایانه، شما به سه مجموعه نرم افزار نیاز خواهید داشت:

1. نرم افزاری که در آن برنامه‌ی مورد نظر را بنویسید (مانند Code vision، Bascom یا AVR Studio برای میکروهای AVR).
2. نرم افزاری که به وسیله‌ی آن فایل ساخته شده را به میکرو منتقل کنید (مانند ProgISP یا Pony Prog).
3. نرم افزاری که به وسیله‌ی آن داده های میکرو را از پورت سریال دریافت کنید (مانند Terminal یا Hyper Terminal یا Termite).

و اگر دانشجوی نرم افزار باشید و تجربه‌ی توسعه ی یک صفحه ی وب را داشته باشید هم می‌دانید برای انجام یک پروژه ی طراحی ساده حداقل به سه دسته ابزار زیر نیاز دارید:

1. نرم افزاری که در آن کد برنامه‌/صفحه ی خود را می‌نویسید (مانند PHP Storm یا PyCharm).
2. نرم افزاری که به وسیله ی آن برنامه/صفحه ی نوشته شده را به Host(فضای روی اینترنت) منتقل می‌کنید (مانند Git، FileZila یا Free FTP).
3. نرم افزاری که با صفحه وب نوشته شده ارتباط برقرار می‌کنید (مانند Chrome, FireFox)

خب، در مورد کارت هوشمند هم [که در واقع یک میکرو کنترلر است] روال به همین صورت بالاست. یعنی شما به سه مجموعه نرم افزار مختلف برای نوشتن اپلت، بارگذاری و نصب اپلت و ارتباط با اپلت نیاز دارید. و مجددا همانطور که در مثال های بالا، نرم افزارهای چند گروه می‌توانند به صورت یک Package در یک ابزار ارائه شوند، در کارت هوشمند هم این سه دسته ابزار می‌توانند در یک بسته ارائه گردند. در زیر به صورت خلاصه نرم افزارهای موجود برای هر گروه را نام می‌بریم و در خلال پست های بعدی به صورت عملی با هر کدام آشنا خواهیم شد:

نوشتن اپلت:

• Eclipse + JDK + Eclipse-JCDE + JCDK
• Netbeans + JDK
• JCIDE + JDK + JCDK

بارگذاری و نصب اپلت:

• GlobalPlatformPro (This is a tool! Don't confuse it with the Global Platform Standard that I mentioned in previous posts)
• JCManager
• PyAPDUTool
• GPShell

ارتباط با اپلت ها:

• OpenSCTool
• PyAPDUTool
• Your Reader SDK Tools
• Python library that is named "PySCard"
• Java package that is named "javax.smartcardio" (I think it is deprecated and is not available in JDK 1.7 and newer versions)
• C/C++ library that is named "winscard" (:-?)

نکته: شما در هر کدام از مجموعه های بالا تنها به یک ابزار نیاز دارید و بسته به این که با کدام یک ارتباط بهتری برقرار می‌کنید، در آینده یکی را انتخاب خواهید کرد. لازم به ذکر است که همانگونه که پیشتر بیان شد ابزارهایی نیز ارائه شده اند که نرم افزارهای هر سه مجموعه را در یک Package گرد آورده اند، لکن از آنجا که غالب آنها یا به خاطر تحریم یا بنا به دلایلی از قبیل داشتن مشتری های حقوقی (و نه حقیقی) و انحصاری در دسترس نیستند یا به صورت رایگان نمی‌باشند، در این مجموعه در مورد آن ها صحبتی نخواهیم کرد (احتمالا). به عنوان مثال JCOP Tools و Gemalto Developer Suite دو نرم افزاری هستند که به ترتیب توسط شرکت NXP (یکی از بزرگترین تولیدکنندگان تراشه های کارت هوشمند) و شرکت Gemalto (یکی از بزرگترین تولیدکنندگان سیم کارت‌ها) ارائه شده اند و متشکل از تعداد زیادی پلاگین اند که روی هسته ی Eclipse سوار شده اند. 

سوال: Netbeans یا Eclipse؟

جواب: هر دو! پاسخ به این سوال ارتباط زیادی با نسخه‌ی جاواکارتی که قرار است با آن کار کنید دارد. از آنجا که Eclipse به صورت پیشفرض قابلیتی برای افزودن JCDK به آن ندارد، ما ناگریز باید از یک پلاگین استفاده کنیم (Eclipse-JCDE)  و از آنجا که این پلاگین به صورت عادی تنها با نسخه‌ی JCDK 2.2.2 و با کمی ترفند با نسخه های پایین تر از این ورژن کار می‌کند، پس برای کار با کارت‌های نسخه‌ی 2.2.2 و قبل از آن، Eclipse را انتخاب می‌کنیم. در مقابل، نرم افزار Netbeans به صورت پیشفرض با نسخه‌ی JCDK 3.0.1 Classic & Connected ارائه می‌شود و چنانچه ما برنامه ی برای نوشتن روی کارت‌های نسخه‌ی 3 و  بالاتر داریم، از این محیط برنامه نویسی استفاده خواهیم کرد.

قسمت بعدی: بررسی نسخه‌های مختلف جاواکارت و تعریف اصطلاحات این حوزه

---

"A ship is safe in harbor, but that’s not what ships are for." | William G.T. Shedd

جاواکارت-مقدماتی/4-من یک جاواکار نیستم!

قسمت قبلی: احراز هویت

در قسمت های پیشین به صورت اجمالی با تقسیم بندی کارت های الکترونیکی، استانداردهای کلی این حوزه و نحوه ی احراز هویت کارت ها آشنا شدیم. در این پست قصد داریم ابتدا به معرفی زبان‌های برنامه نویسی Cross Platform و سپس به بیان نحوه ی اجرای برنامه های جاوا و جاواکارت و مسیر پیش رو برای ساخت یک برنامه جاواکارت بپردازیم.

 

زبان‌های برنامه نویسی Cross Platform:

چنانچه از قبل آشنایی اندکی با یک زبان برنامه نویسی Cross-Platform (همان Multi Platform - همان Platform Independent) داشته باشید، باید عرض کنیم که زبان های جاوا و جاواکارت هم مانند پایتون سیاست تقریبا مشابهی را دنبال می‌کنند و جزو زبان های کراس پلتفرم به حساب می‌آیند. "کراس پلتفرم" بدین معناست که برنامه نویس فقط یکبار و برای همیشه برنامه‌ی خود را می‌نویسد و همان برنامه را بدون تغییر روی سیستم عامل‌ها و دستگاه های مختلف اجرا می‌کند. به صورت ملموس تر، برنامه نویس برنامه خود را به عنوان مثال روی سیستم عامل لینوکس می‌نویسد و یک فایل از آن می سازد، آنگاه همان فایل بدون تغییر کد، در لینوکس، ویندوز و سیستم عامل MAC اجرا می‌شود.

اما چگونه؟

در پاسخ به این سوال، ابتدا علّت این که برنامه های زبان هایی مانند C و ++C و سایر زبان های Native Platform(نقطه ی مقابل Cross Platform) باید برای هر سیستم عامل به صورت جداگانه Compile شوند را بیان می‌کنیم. علت این امر به صورت ساده این است که برنامه های نوشته شده به این زبان ها برای اجرا  روی سیستم عامل یک مرحله را طی می‌کنند و بعد به صورت مستقیم با سیستم عاملی که روی آن در حال اجرا می باشند تعامل می‌کنند و از آنجا که سیستم عامل های مختلف واسط های تعاملی و به بیان ساده تر زبان گویش تعاملی متفاوتی دارند، برنامه ای که برای گفتگو با یک سیستم عامل Compile(بخوانید "ساخته") شده است، قادر به صحبت با یک سیستم عامل دیگر نیست و باید مجددا به گونه ای که زبان سیستم عامل جدید را بفهمد Compile شوند. 

خب، در مقابل برنامه های زبان های Cross Platfrom چگونه اند؟ 

برنامه‌های این زبان‌ها به گونه‌ای می‌باشند که پس از این که برنامه نویس کد آنها را نوشت، برای اجرا شدن دو مرحله را طی می‌کنند؛ مرحله‌ی اول که توسط خود برنامه نویس انجام می‌شود، ساخت فایلی است که به عنوان ورودی موجودیتی به نام Virtual Machine استفاده می‌شود و مرحله‌ی دوم که توسط آن Virtual Machine انجام می‌شود خواندن فایل ورودی و ترجمه‌ی محتوای آن به زبان قابل فهم سیستم عامل است.

تصاویر زیر به روشنی نقش Virtual Machineرا در اجرای یک برنامه مشخص می‌کند: 

 

با توجه به تصاویر بالا، برنامه نویس‌های زبان های Cross Platform و Platform Dependent هر دو، برنامه های خود را یک بار می‌نویسند، ولیکن برنامه نویس زبان های Platform Dependent چند بار از آن فایل اجرایی می‌سازد. (در مواقع فراخوانی بعضی توابع سیستمی، هر دو گروه ناگزیر از ایجاد تغییراتی در کد برنامه ی خود نیز می باشند؛ هرچند با در نظر گرفتن بعضی نکات حین نوشتن برنامه می‌توانند، برنامه را از تغییر بی نیاز کنند.)

حال که با سیستم زبان های Cross Platform آشنا شدیم می‌توانیم علت انتخاب یک عضو از خانواده ی جاوا به عنوان زبان برنامه نویسی کارت های هوشند را بیان کنیم.

تاثیرات انتخاب جاواکارت به عنوان زبان برنامه نویسی کارت های هوشمند:

پیش از ارائه‌ی جاواکارت توسط شرکت Sun، تولیدکنندگان مختلف کارت های هوشمند هر کدام به صورت سلیقه ای استانداردی ارائه کرده بودند که منحصرا در اختیار افراد خاصی قرار می‌گرفت و برای یک برنامه نویس عادی، اولا در دسترسی نبود، و ثانیا به خاطر تعدد استانداردها یادگرفتن آن ها قابل پذیرش نبود. علاوه بر آن برنامه هایی که برای یک نوع کارت نوشته می‌شد، در صورت تمایل به ارتقای کارت یا تعویض کارت، دیگر قابل استفاده نبود و در اصطلاح Portability کافی نداشتند. با ظهور جاواکارت و پذیرش سازندگان مختلف به استفاده از این استاندارد و قرار دادن ماشین مجازی جاواکارت در کارت های خود، همه ی مشکلات فوق از بین رفتند و راه برای توسعه دهندگان نرم افزارهای کارت های جاواکارت یا همان توسعه دهندگان Appletها هموار شد. 

و اما:

قسمت 4: من یک جاواکار نیستم!

به عنوان یک مقدمه، روند نوشتن یک برنامه‌ی جاوا و سپس روند نوشتن یک برنامه‌ی جاواکارت را توضیح می‌دهیم، و از آن پس از شما انتظار می‌رود در خلال این مجموعه آموزش ها، به صورت Self-Study جاوا را بیاموزید.

برای نوشتن یک برنامه ی جاوا شما به یک IDE (= محیط برنامه نویسی =  Integrated Development Environment) مانند Eclipse یا Netbeans یا IntelliJ یا ... و همچنین به Java Development Kit نیاز دارید. 

سوال: Java Development Kit یا JDK چیست؟

جواب: گفتیم در زبان های برنامه نویسی Cross Platform یک ماشین مجازی وجود دارد که برنامه را از کاربر دریافت می کند و برای سیستم عامل ترجمه می‌کند. به صورت پیشفرض روی یک سیستم عامل نه آن Virtual Machine وجود دارد و نه ابزارهای لازم برای ساخت فایل ورودی آن ماشین مجازی. پس برنامه نویس باید هر دو دسته ابزار را به کامپیوتر خود اضافه کند. مجموعه ی ابزارهای مورد نیاز برای ساخت فایل و همچنین اجرای فایل های زبان جاوا، در یک مجموعه جمع آوری شده اند و نام آن مجموعه Java Development Kit است. شما می توانید با مراجعه به سایت Oracle این بسته را دانلود کنید(نیاز به فــــــــــیل‌ترشکن :دی). هنگام مراجعه به این سایت در کنار نسخه های مختلف JDK به بسته هایی با نام JRE نیز بر‌خواهید خورد. JRE یا Java Runtime Environment در واقع تنها قسمت دوم ماجرا می باشند! یعنی ابزارهای مورد نیاز برای اجرای فایل های جاوا! به بیان ساده تر JRE شامل JVM و یک سری ابزارهای خردِ دیگر است و به کاربران تنها اجازه ی اجرای فایل های جاوا را می‌دهد. برای درک نسبت JVM و JRE و JDK تصویر زیر را مشاهده کنید:

خیلی خب، پس از دانلود JDK و افزودن آن به IDE خود (IDEهای جدید به صورت خودکار این کار را برای شما انجام می‌دهند) شروع به برنامه نویسی می‌کنید. برنامه ای که نوشتید توسط IDE در ابتدا درون یک فایل با پسوند java. قرار می‌گیرد، و سپس با کلیک کردن روی یک دکمه، به صورت اتوماتیک به فایل class. و سپس به jar. تبدیل می‌شود و این فایل jar. فایلی است که هنگام کلیک شدن روی آن توسط کاربر، سیستم عامل آن را  به عنوان ورودی به JVM ارسال می‌کند.

سوال: روند نوشتن یک برنامه ی "جاواکارت" چگونه است؟

جواب: روند تقریبا مشابهی برای نوشتن برنامه های جاواکارت (یا همان اپلت ها) طی می‌شود. همانگونه که برای نوشتن یک برنامه ی جاوا به JDK نیاز داشتیم، برای نوشتن یه برنامه‌ی جاواکارت هم به JCDK یا همان Java Card Development Kit نیاز داریم (علاوه بر JDK). پس با مراجعه ی مجدد به سایت Oracle یک نسخه از JCDK را دانلود می‌کنیم. در حین انتخاب نسخه ی دلخواهمان باید این را در نظر داشته باشیم که برنامه های ساخته شده با یک ورژن، تنها روی کارت هایی که آن نسخه را پشتیبانی می‌کنند یا کارت هایی که نسخه های بالاتر را پشتیبانی می‌کنند قابل اجرا است.(جمله دوم معادل کلمه ی Backward Compatible می باشد. یعنی یک نسخه، برنامه های نسخه های قبلی را نیز اجرا می کند). پس از دانلود باید محتویات فایل فشرده را Extract کنیم و مسیر آن ها را به IDE  خود بدهیم. بعدتر خواهیم دید که Eclipse به صورت پیشفرض جایی برای دریافت آدرس JCDK ندارد. و بعدتر-تر خواهیم دید که با افزودن یک پلاگین به آن می‌توانیم این قابلیت را به آن اضافه کنیم. بعدتر ها باز خواهیم دید که:

• پلاگین مذکور به صورت عادی فقط برای JCDK 2.2.2 طراحی شده است.
• می‌توانیم با یک ترفند نسخه های قدیمی تر یعنی JCDK 2.2.1، JCDK 2.1.2 و JCDK 2.1.1 را نیز به کمک این Plugin استفاده کنیم.
• نسخه های جدید نرم افزار Netbeans به صورت پیشفرض به JCDK 3.0.1 مجهز شده اند.

خب، بعد از مجهز شدن IDE دلخواه خود به نسخه ی JCDK مورد نظرمان، نوبت به برنامه نویسی می‌رسد. پس از نوشتن یک اپلت (که در پست های بعدی قدم به قدم آن را توضیح می‌دهیم) IDE مشابه قبل یک فایل java. تولید می‌کند که با چند کلیک این فایل ابتدا به class. و سپس به cap. (به جای jar.)  تبدیل می‌شود. تبدیل فایل java. به فایل class. را ابزارهای جاوا و تبدیل فایل class. به cap. را یکی از ابزارهای جاواکارت به نام Converter انجام می‌دهند. فایل cap. تولید شده، فایلی است که ما روی کارت بارگذاری و نصب می‌کنیم. در آینده به صورت جزئی تر با نقش Converter و سایر ابزارها آشنا خواهیم شد.

قسمت بعدی: سخت افزارها و نرم افزارهای مورد نیاز

---

کوچ تا چند؟ مگر می‌شود از خویش گریخت؟

بال تنها غم غربت به پرستوها داد ....