Nghiên cứu công nghệ SIM toolkit để xây dựng hệ thống dịch vụ cho thiết bị di động

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI Trường Đại học Công nghệ ––––––––––oOo–––––––––– PHẠM VĂN CHIẾN Nghiên cứu công nghệ SIM Toolkit để xây dựng hệ thống dịch vụ cho thiết bị di động Ngành: Công nghệ thông tin Mã số: 1.01.10 LUẬN VĂN THẠC SỸ Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Đoàn Văn Ban Hà Nội - 2006 2 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi, các số liệu và kết quả nghiên cứu nêu trong luận văn là trung thực! Hà Nội, tháng 10 năm 2006 Phạm Văn Chiến 3 LI CM N Tôi muốn gửi lời cám ơn chân thành tới tất cả những ng-ời đã hỗ trợ và giúp đỡ tôi trong quá trình hoàn thành quyển luận văn này. Tôi muốn gửi lời cám ơn đặc biệt tới PGS. TS. Đoàn Văn Ban, ng-ời đã gợi ý cho tôi h-ớng nghiên cứu của đề tài, ng-ời đã đ-a ra những nhận xét quý giá và trực tiếp h-ớng dẫn tôi trong quá trình nghiên cứu. Tôi xin cám ơn toàn thể đồng nghiệp tại Trung tâm Công nghệ Thông tin - Học Viện Công nghệ B-u chính Viễn thông, đơn vị mà tôi đang công tác, đã có những giúp đỡ cho tôi trong quá trình công tác và học tập Cuối cùng, tôi xin gửi những lời cám ơn chân thành nhất tới cha mẹ, anh em và bè bạn của tôi, những ng-ời đã có nhiều động viên, khuyến khích tôi trong cuộc sống cũng nh- trong học tập. Hà nội 10 -2006 phạm Văn chiến 4 MỤC LỤC MỞ ĐẦU 9 Chƣơng 1 - CÔNG NGHỆ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG 10 1.1 Tổng quan về thị trƣờng di động 10 1.1.1 Sự tăng trƣởng thuê bao di động trên thế giới 10 1.1.2 Bùng nổ mạng di động tại Việt Nam 12 1.1.3 Nhu cầu sử dụng dịch vụ của các thuê bao di động 13 1.2 Tổng quan về các công nghệ phát triển dịch vụ cho thiết bị di động 13 1.2.1 WAP (Wireless Application Protocol) 14 1.2.2 J2ME (Java 2 Mobile Edition) 14 1.2.3 Mobile AppForge 15 1.2.4 SIM Toolkit 15 1.3 Kết luận 16 Chƣơng 2 - KIẾN TRÚC VÀ GIẢI PHÁP TRÊN NỀN CÔNG NGHỆ SIM TOOLKIT 17 2.1 SIM Toolkit 17 2.1.1 Khái niệm về SIM Toolkit 17 2.1.2 Các chức năng của SIM Toolkit 17 2.1.3 Nguyên lý hoạt động của thẻ SIM 18 2.1.4 Kiến trúc SIM Toolkit Framework 20 2.1.5 Các cơ chế của SIM Toolkit 22 2.1.6 Công nghệ OTA và ứng dụng trong SIM Toolkit 25 2.1.7 File dữ liệu GSM 27 2.1.8 Tính bảo mật trong SIM Toolkit 29 2.1.9 Các công cụ lập trình cho SIM 31 2.2 Java Card 32 2.2.1 Định nghĩa 32 2.2.2 Các thành phần của Java Card [1] 33 2.2.3 Mô hình chuyển đổi từ file nguồn Java sang Applet trong SIM 34 2.2.4 Java Card Applet và Java Card Runtime Environment 35 2.2.5 Các hàm chuẩn của Java Card 37 2.2.6 Java Card RMI 40 2.3 SIM Toolkit Applet 41 2.3.1 Định nghĩa 41 2.3.2 Cấu trúc SIM Toolkit Applet 41 2.4 Mô hình phát triển ứng dụng SIM Toolkit 43 2.4.1 Mô hình phát triển ứng dụng 43 2.4.2 Các bƣớc xây dựng phần mềm 45 2.5 Lập trình với các hàm giao diện của SIM Toolkit 47 2.5.1 Tạo và gửi lệnh Proactive Command 47 2.5.2 Các lệnh quản lý sự kiện 48 2.5.3 Đọc nội dung file GSM 48 2.5.4 Nhận và gửi bản tin SMS 48 2.5.5 Mã hoá và giải mã dữ liệu 49 2.6 Kết luận 50 Chƣơng 3 - XÂY DỰNG HỆ THỐNG THANH TOÁN ĐIỆN TỬ VÀ TRA CỨU THÔNG TIN TÀI KHOẢN QUA NGÂN HÀNG NGOẠI THƢƠNG VIỆT NAM 51 3.1 Giới thiệu bài toán 51 5 3.1.1 Yêu cầu bài toán 52 3.1.2 Chức năng của hệ thống 52 3.2 Phân tích thiết kế hệ thống 52 3.2.1 Mô hình kiến trúc hệ thống 52 3.2.2 Mô hình chức năng 54 3.2.3 Lƣu đồ hoạt động của một phiên thực hiện thanh toán cƣớc 55 3.3 Thiết kế giao diện trên điện thoại di động 55 3.4 Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm 56 3.4.1 Xây dựng các mô đun ứng dụng trong SIM 56 3.4.2 Các mô đun của ứng dụng trên STK Gateway 57 3.5 Một số giao diện chƣơng trình ứng dụng trên điện thoại 60 3.5.1 Giao diện chính của ứng dụng 60 3.5.2 Giao diện truy vấn thông tin tài khoản VCB 61 3.5.3 Giao diện xem thông tin cƣớc của thuê bao MobiFone 62 3.5.4 Giao diện thanh toán cƣớc thuê bao MobiFone qua VCB 63 3.6 Triển khai thử nghiệm 64 3.7 Kết luận 64 KẾT LUẬN 65 TÀI LIỆU THAM KHẢO 67 PHỤ LỤC 68 Phụ lục A – Danh sách tham số trong lệnh Proactive Command 68 Phụ lục B – Cấu trúc thông tin trong Terminal Profile 70 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Mô tả AID Application Identifier APDU Application Protocol Data Unit API Application Programming Interface BER-TLV Basic Encoding Rules-Tag Length Value CAP Converted Applet file format CB Cell Broadcast CDMA Code Division Multiple Access CJCK Java Card Compatibility Kit CJDK Java Card Development Kit CLUT Colour Look-Up Table COD Change on Deselect COR Change on Reset DAP Data Authentication Pattern DES Data Encryption Standard DF Dedicated File EEPROM Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory EF Elementary File ETSI European Telecommunications Standards Institute FID File Identifier OTA Over The Air GPRS General Packet Radio Service GSM Global System for Mobile communication IJC Interoperable Java Card CAP-File J2EE Java 2 Enterprise Edition J2ME Java 2 Mobile Edition J2SE Java 2 Standard Edition JC Java Card JCRE Java Card Runtime Environment JCVM Java Card Virtual Machine JDK Java Development Kit 7 LSA Localised Service Area ME Mobile Equipment MO Mobile Originated MF Master File MMI Man-Machine Interface MS Mobile Station N/A Not Applicable OS Operating System OTA Over The Air PIN Personal Identification Number PoR Proof of Receipt RA Receiving Application RAM Random Access Memory RE Receiving Entity RFM Remote File Management RGB Red Green Blue RMI Remote Method Invocation ROM Read-Only Memory SAT SIM Application Toolkit SE Sending Entity SIM Subscriber Identity Module SIO Shareable Interface Objects SMS Short Message Service SMSC Short Message Service – Center SMS-PP Short Message Service – Point to Point SoLSA Support of Localised Service Area SS Supplementary Service SST SIM Service Table TAR Target Application Reference TDMA Time Division Multiple Access TLV Tag Length Value USSD Unstructured Supplementary Service Data WAP Wireless Application Protocole 8 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1. Biểu đồ về tốc độ tăng trƣởng thuê bao di động 10 Hình 2. Chia sẻ thị trƣờng di động trên thế giới 11 Hình 3. Tỷ lệ phân chia thị phần mạng di động Việt Nam năm 2005 12 Hình 4. Kiến trúc thẻ SIM trên điện thoại di động 19 Hình 5. Hoạt động của ứng dụng trên thẻ SIM 19 Hình 6. Giao tiếp giữa thẻ SIM và thiết bị di động 20 Hình 7. Kiến trúc và mô hình hoạt động trên nền SIM Toolkit 20 Hình 8. Kiến trúc của Applet Triggerring 21 Hình 9. Cấu trúc BER-TLV theo chuẩn 3GPP-TS 03.48 22 Hình 10. Kiến trúc hệ thống OTA 26 Hình 11. Cấu trúc file dữ liệu GSM 28 Hình 12. Mô hình bảo mật trong SIM Toolkit 29 Hình 13. Cấu trúc tổng thể của nền Java 32 Hình 14. Kiến trúc tổng quan của Java Card 33 Hình 15. Quá trình biến đổi file Java thành Applet trong Smart Card 34 Hình 16. Đặc tính bảo mật trong Java Card 36 Hình 17. Cấu trúc APDU điều khiển 37 Hình 18. Kiến trúc Java Card RMI 40 Hình 19. Mô hình hệ thống ứng dụng trên nền SIM Toolkit 43 Hình 20. Qui trình xây dựng ứng dụng SIM Toolkit 45 Hình 21. Kiến trúc tổng thể của hệ thống 53 Hình 22. Mô hình chức năng nghiệp vụ 54 Hình 23. Lƣu đồ hoạt động của một phiên thực hiện thanh toán cƣớc 55 Hình 24. Giao diện chính của ứng dụng trên di động 60 Hình 25. Giao diện truy vấn thông tin tài khoản VCB 61 Hình 26. Giao diện xem thông tin cƣớc của thuê bao MobiFone 62 Hình 27. Thanh toán cƣớc thuê bao MobiFone qua tài khoản VCB 63 9 MỞ ĐẦU Một trong những nhu cầu thiết yếu của con người hiện nay là nhu cầu được trao đổi thông tin. Cùng với sự phát triển như vũ bão của các thành tựu khoa học công nghệ nói chung, công nghệ thông tin được xem là một trong những ngành công nghệ mũi nhọn. Nhờ đó, nhu cầu thông tin của con người ngày càng được thoả mãn. Các thiết bị thông tin cố định được thay thế dần bằng các thiết bị cá nhân di động đang trở nên hết sức quen thuộc với cuộc sống hiện đại ngày nay. Đặc biệt điện thoại di động đã trở thành phương tiện thông tin liên lạc tiện lợi không thể thiếu. Hiện nay, số lượng người sử dụng đang tăng nhanh, nhu cầu sử dụng các dịch vụ mới cũng ngày càng tăng. Bởi vậy, thị trường thông tin dành cho các thiết bị di động đầu cuối ngày càng phát triển. Các thiết bị đầu cuối di động như điện thoại cầm tay, máy nhắn tin, truyền hình Internet, PDA đã và đang trở nên rất phổ biến. Với sự phát triển các thiết bị di động, các công nghệ sử dụng để xây dựng các ứng dụng trên các thiết bị này cũng thay đổi theo từng ngày. Các ứng dụng được xây dựng cho các thiết bị di động đầu cuối dựa vào bộ công cụ phát triển trên thiết bị đó. Các bộ công cụ thì có nhiều nhưng có thể chia ra làm hai dòng công nghệ chính là các công nghệ của Microsoft và công nghệ sử dụng các phiên bản Java của Sun Microsystems. Với khả năng lập trình mạnh và phổ biến của ngôn ngữ Java, việc xây dựng, phát triển các ứng dụng đang trở nên đơn giản hơn nhiều. Đề tài “Nghiên cứu công nghệ SIM Toolkit để xây dựng hệ thống dịch vụ cho thiết bị di động” nhằm nghiên cứu về công nghệ lập trình ứng dụng cho thẻ SIM của điện thoại di động phase 2 + . Đây là một công nghệ còn khá mới mẻ tại Việt Nam, là công cụ dành cho các nhà khai thác mạng di động (Network Operator). Công nghệ này cho phép các nhà khai thác mạng di động phát triển và cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng, các ứng dụng thương mại điện tử cho các thuê bao của họ một cách mềm dẻo và hiệu quả. Với mục tiêu phát triển các dịch vụ cho thiết bị di động, đề tài tập trung nghiên cứu các đặc tính của công nghệ SIM Toolkit trên nền Java. Từ đó, đưa ra các khuyến nghị áp dụng cho các nhà quản lý và khai thác mạng di động ở Việt Nam để tăng lợi nhuận từ việc gia tăng các dịch vụ trên mạng viễn thông. Nội dung của luận văn gồm ba chương:  Chương 1: Công nghệ phát triển ứng dụng trên thiết bị di động  Chương 2: Kiến trúc và giải pháp trên nền công nghệ SIM Toolkit  Chương 3: Xây dựng hệ thống thanh toán điện tử và tra cứu thông tin tài khoản qua Ngân hàng Ngoại thương Việt Nam 10 Chƣơng 1 - CÔNG NGHỆ PHÁT TRIỂN ỨNG DỤNG TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG 1.1 Tổng quan về thị trường di động 1.1.1 Sự tăng trưởng thuê bao di động trên thế giới Trong những năm trở lại đây, thị trường các thiết bị di động đầu cuối phát triển rất mạnh mẽ, đã tạo ra một bước ngoặt lớn trong lĩnh vực thông tin di động và truyền thông. Hiện nay, có thể liệt kê ra có rất nhiều hãng cung cấp các thiết bị di động đầu cuối nổi tiếng như điện thoại di động Nokia, Motorola, Samsung, Alcatel, Fujitsu, Mitsubishi, Siemens, Sony Ericssion và các hãng máy tính cầm tay như: Palm, Pocket PC. Theo thống kê [3] của AJUG (Australia Java User Group Inc), thị trường điện thoại di động đã tăng trưởng rất mạnh trong năm 2005. Số liệu thống kê cho thấy, số điện thoại di động bán được trên toàn cầu là 1.906 triệu chiếc. Dự đoán số lượng bán ra trong trong năm 2006 sẽ là 2.185 triệu chiếc. 0 500 1000 1500 2000 2500 2001 2002 2003 2004 2005 2006 Millions of Units Hình 1. Biểu đồ về tốc độ tăng trưởng thuê bao di động Ngoài ra, số thuê bao đầu cuối di động đặc biệt tăng mạnh tại thị trường Châu Á, tiếp theo là thị trường Châu Mỹ. Trong khi đó, thị trường Tây Âu vẫn có dấu hiệu bão hoà. Biểu đồ trên chính là dự báo về tốc độ tăng số thuê bao từ năm 2001 tới năm 2006. Theo nghiên cứu [3], Nokia vẫn luôn là nhà cung cấp các thiết bị đầu cuối di động lớn nhất thế giới với trên 1/3 thị phần toàn cầu như thể hiện bởi biểu đồ dưới, Motorola theo sau với 14,8% thị trường tiêu thụ, còn Ericsson ít hơn với 8% [...]... dẻo, nhanh chóng các dịch vụ mới nhất tới các thuê bao Công nghệ này thực sự là một công cụ hữu hiệu để tăng tính cạnh tranh giữa các nhà khai thác mạng di động với nhau Theo dự đoán của các chuyên gia trong lĩnh vực truyền thông về công nghệ này: Công nghệ SIM Toolkit là vũ khí rất lợi hại cho phép nhà khai thác dịch vụ di động nào sớm áp dụng tích hợp công nghệ này vào hệ thống di động sẽ có rất nhiều... dịch vụ giá trị gia tăng hấp dẫn trên mạng lưới  Tạo sự khác biệt qua hệ thống chăm sóc khách hàng và cách thức cung cấp dịch vụ  Xây dựng các dịch vụ giá trị gia tăng tương thích, độc lập với thiết bị di động của khác hàng Trong những năm gần đây, công nghệ dẫn đầu để cung cấp các dịch vụ giá trị gia tăng trong mạng GSM và đáp ứng được các điều kiện cần thiết trên là công nghệ SIM Toolkit Công nghệ. .. các công nghệ phát triển dịch vụ cho thiết bị di động Cùng với sự phát triển của các loại thiết bị di động, các công nghệ áp dụng để tạo lập ứng dụng trên mạng di động phát triển rất nhanh chóng, Nhờ đó, đã tạo ra môi trường thuận lợi trong việc phát triển ứng dụng một cách đa dạng và phong phú Tuy ra đời muộn so với hệ thống thông tin hữu tuyến nhưng tốc độ phát triển của hệ thống mạng thông tin di động. .. tin từ thiết bị di động 1.1.3.2 Dịch vụ thương mại điện tử Các dịch vụ thương mại điện tử qua thiết bị di động hiện nay gặp một khó khăn lớn như sự hạn chế về vấn đề bảo mật Với thế mạnh của mình, ứng dụng SIM Toolkit đã khắc phục được hạn chế này Song song với công nghệ WAP, công nghệ SIM Toolkit được đánh giá là có tiềm năng lớn trong việc phát triển dịch vụ thương mại điện tử trên mạng di động 1.2... Server 32  Công nghệ lập trình cho các máy tính cá nhân - J2SE: J2SE được sử dụng để phát triển các ứng dụng trên máy PC, các ứng dụng Client như Web Browser, Mail Client  Công nghệ lập trình cho các thiết bị di động - J2ME: J2ME được sử dụng trong việc lập trình các ứng dụng cho các thiết bị thông tin di động nói chung như điện thoại di động, các máy tính xách tay, PDA  Công nghệ lập trình cho các... Công nghệ này cho phép cung cấp các dịch vụ mới nhanh chóng, kích thích nhu cầu sử dụng dịch vụ của khách hàng, tăng doanh thu cho các nhà khai thác mạng Từ những phân tích, so sánh giữa các công nghệ nền tảng đã nêu ở phần trên, việc xây dựng ứng dụng sẽ tập trung vào các điểm mấu chốt sau:  Nghiên cứu công nghệ SIM Toolkit trên nền Java, phân tích khả năng đáp ứng yêu cầu về tính bảo mật  Xây dựng. .. sánh SIM Toolkit với công nghệ khác để phát triển các dịch vụ giá trị gia tăng trên điện thoại di động thường được các chuyên gia so sánh với công nghệ WAP (Wireless Application Protocol) WAP và SIM Toolkit, cả hai đều có thể cung cấp cơ sở hạ tầng cho thương mại điện tử di động nhưng theo hai xu hướng khác nhau SIM Toolkit được sử dụng cho các ứng dụng cần độ tin cậy cao như Banking Mobile và các dịch. .. dựng mô hình hệ thống kết nối theo chuẩn J2EE áp dụng cho bài toán thương mại điện tử trên thiết bị di động Từ kết quả đạt được đưa ra các khuyến nghị áp dụng cho các nhà quản lý và khai thác mạng di động ở Việt Nam để tăng lợi nhuận trong việc gia tăng các dịch vụ trên mạng viễn thông 16 Chƣơng 2 - KIẾN TRÚC VÀ GIẢI PHÁP TRÊN NỀN CÔNG NGHỆ SIM TOOLKIT 2.1 SIM Toolkit 2.1.1 Khái niệm về SIM Toolkit Với... lớn để phát triển các ứng dụng không dây cho các đầu cuối di động 1.2.2 J2ME (Java 2 Mobile Edition) J2ME [9] không phải là công nghệ tạo lập ứng dụng cho thiết bị di động đầu tiên dựa trên nền Java Trước đó, hãng Sun Microsystems đã đưa ra hai công nghệ là PersonalJava và EmbeddedJava, cho phép xây dựng ứng dụng Java chạy trên cấu hình phần cứng tương đối lớn Các ứng dụng J2ME chạy trên các thiết bị. .. trên mạng di động 1.1.3.1 Dịch vụ giá trị gia tăng Các dịch vụ giá trị gia tăng trên mạng di động đang được phát triển mạnh như các dịch vụ cho phép người sử dụng điện thoại di động tải các ứng dụng như Ringtones, Logo, hoặc các dịch vụ tra cứu thông tin như thông tin ngân hàng, thời tiết, chương trình vô tuyến Đặc điểm của loại hình dịch vụ này hoạt động theo mô hình Client/Server Các dịch vụ này có . việc xây dựng, phát triển các ứng dụng đang trở nên đơn giản hơn nhiều. Đề tài Nghiên cứu công nghệ SIM Toolkit để xây dựng hệ thống dịch vụ cho thiết bị di động nhằm nghiên cứu về công nghệ. Đại học Công nghệ ––––––––––oOo–––––––––– PHẠM VĂN CHIẾN Nghiên cứu công nghệ SIM Toolkit để xây dựng hệ thống dịch vụ cho thiết bị di động Ngành: Công nghệ thông. động. 1.2 Tổng quan về các công nghệ phát triển dịch vụ cho thiết bị di động Cùng với sự phát triển của các loại thiết bị di động, các công nghệ áp dụng để tạo lập ứng dụng trên mạng di động