Application Protocol Data Unit

Die Application Protocol Data Unit ist die Kommunikationseinheit zwischen Chipkarte und einer Chipkartenanwendung nach dem ISO 7816-Standard. Die APDU ist eine Kommunikationseinheit auf Anwendungsebene. Im OSI-Schichtenmodel entspricht das der Schicht 7.

Die APDU wird unterschieden in command APDUs, welche Kommandos an die Chipkarte übermitteln und response APDUs, die die Antwort der Karte auf ein Kommando übermittelt. Diese Kommunikation findet nach Etablierung der Kommunikation mittels Answer to Reset und optionaler Protocol Type Selection statt. Die Struktur von command APDU und response APDU sind in der Norm ISO 7816-4 festgelegt.

Inhaltsverzeichnis

command APDU

Die Kommando-APDU besteht aus einem Kopf (Header) und einem optionalen Körper (Body).

CLA INS P1 P2 Lc Data Le
Header Body

Die einzelnen Bytes haben folgende Bedeutung:

Bezeichner Name Länge Bedeutung
CLA Class 1 Byte Gibt die Klasse des Befehls an. Zusätzlich wird signalisiert, ob das Kommando Secure Messaging nutzt.
INS Instruction 1 Byte Gibt das Kommando an. Wegen Einschränkungen im byteorientierten Protokoll T=0 dürfen nur geradzahlige Instruction-Bytes verwendet werden.
P1 Parameter 1 1 Byte Parameter für das Kommando
P2 Parameter 2 1 Byte Parameter für das Kommando
Lc Length command 0 bis 3 Bytes Länge der Kommandodaten (siehe auch Kodierung der Längenfelder).
Data Data Lc Bytes Kommandodaten
Le Length expected 0 bis 3 Bytes Länge der erwarteten Antwortdaten (siehe auch Kodierung der Längenfelder).

Wenn keine Antwortdaten erwartet werden, wird das Le Byte des Body weggelassen. Genauso werden Lc Byte und die Daten weggelassen, wenn keine Kommandodaten nötig sind. Abhängig von Kommando- und Antwortdaten lassen sich vier Fälle mit unterschiedlicher Struktur des Kommandos unterscheiden. Sie werden mit case 1 bis case 4 bezeichnet.

Case 1 Kommando

Case 1 ist ein einfaches Kommando ohne Kommandodaten und ohne Antwortdaten. Deshalb kann auf den gesamten Body des Kommandos verzichtet werden:

Header

Case 2 Kommando

Im Case 2 hat das Kommando keine Kommandodaten, erwartet aber Antwortdaten. Daraus ergibt sich folgender Kommandoaufbau:

Header Le

Case 3 Kommando

Case 3 beschreibt ein Kommando mit Kommandodaten, das keine Antwortdaten erwartet und demnach folgendermaßen aussieht:

Header Lc Data

Case 4 Kommando

Ein Case 4 Kommando hat sowohl Kommando- als auch Antwortdaten und deswegen den vollständigen Kommandobody:

Header Lc Data Le

Kodierung der Längenfelder Lc und Le

Es gibt zwei verschiedene Kodierungen für die Längenfelder Lc und Le. Standardmäßig unterstützt werden die kurzen Längenfelder. Hierbei ist die Längenangabe nur ein Byte lang und unterstützt somit Werte von 1 bis 255 Byte (Hexadezimal 0x01 bis 0xFF). Der Sonderfall Le = 0x00 bedeutet hierbei eine Expected Length von 256 Byte. Somit können maximal 255 Byte geschrieben (Lc) und 256 Byte gelesen (Le) werden.

Aufgrund der immer größeren Datenmengen, die auf Smartcards (besonders im Bereich der Signaturen) gespeichert und gelesen werden können, wurde es notwendig, mit einer APDU größere Datenmengen auf einmal zu lesen oder zu schreiben. Dazu wurden die 'extended APDUs' eingeführt. Anhand der Historical Bytes im ATR kann festgestellt werden, ob eine Smartcard diese größeren APDUs unterstützt. Bei der 'extended APDU' wird das Feld Lc bzw Le auf zwei bis drei Byte vergrößert. In diesem Fall kann Lc bzw. Le einen Wert zwischen 1 und 65536 annehmen. Kodiert wird dies in 3 Bytes (B1)='00', (B2||B3)=beliebiger Wert (wenn B2 und B3 auf '0000' gesetzt werden, ist dies gleichbedeutend mit '65536').

response APDU

Die response APDU besteht aus einem optionalen Körper (Body) und einem obligatorischen Abschluss (Trailer).

Data SW1 SW2
Body Trailer

Der Trailer enthält die beiden Status Bytes SW1 und SW2, die zusammen das Statuswort (SW) bilden. Das Statuswort - auch Returncode genannt - gibt Auskunft über die erfolgreiche Abarbeitung des Kommandos oder die Art des Fehlers, der die Abarbeitung verhindert oder unterbrochen hat.

Der Body enthält die Antwortdaten des Kommandos, dessen Länge im Le Byte der command APDU angegeben war. Wenn Le Null ist oder die Kommandoabarbeitung wegen eines Fehlers abgebrochen wurde, werden keine Antwortdaten verschickt. Damit ergeben sich zwei Varianten einer response APDU:

  • Le nicht Null und Kommando erfolgreich
Data SW1 SW2
  • Le ist Null oder Kommando nicht erfolgreich
SW1 SW2

Statuswörter

Das Statuswort hat entweder den Wert 9000 und zeigt damit die fehlerfreie Abarbeitung des Kommandos an oder einen Wert 6xxx, der die Art der Abweichung vom normalen Ablauf angibt. Die Statuswörter unterliegen der in der Tabelle angegebenen Systematik.

61xx und 9000      62xx      63xx 65xx      64xx      67xx bis 6Fxx
Prozess abgeschlossen Prozess abgebrochen
Normal Warnung Ausführungsfehler Prüfungsfehler
  Keine Daten verändert Daten im EEPROM verändert Keine Daten verändert

Die folgende Tabelle zeigt die wichtigsten Statuswörter und ihre Bedeutung:

Statuswort Bedeutung Anmerkung
61xx Kommando erfolgreich ausgeführt. xx Datenbytes können mit dem GET RESPONSE Kommando abgeholt werden. Statuswort zur Steuerung des T=0 Protokolls
6281 Die zurückgegebenen Daten können fehlerhaft sein  
6282 Da das Dateiende vorher erreicht wurde, konnten nur weniger als Le Bytes gelesen werden  
6283 Die ausgewählte Datei ist gesperrt (invalidated)  
6284 Die File Control Information (FCI) ist nicht ISO 7816-4 konform  
62xx Warnung; Zustand des nicht flüchtigen Speichers nicht verändert  
63Cx Zähler hat den Wert x erreicht (Die genaue Bedeutung ist vom Kommando abhängig)  
63xx Warnung; Zustand des nicht flüchtigen Speichers verändert  
64xx Ausführungsfehler; Zustand des nicht flüchtigen Speichers nicht verändert  
6581 Speicherfehler  
65xx Ausführungsfehler; Zustand des nicht flüchtigen Speichers verändert  
6700 Länge (Lc oder Le) falsch  
6800 Funktionen im Class Byte werden nicht unterstützt  
6881 Logische Kanäle werden nicht unterstützt  
6882 Secure Messaging wird nicht unterstützt  
6900 Kommando nicht erlaubt  
6981 Kommando inkompatibel zur Dateistruktur  
6982 Sicherheitszustand nicht erfüllt  
6983 Authentisierungsmethode ist gesperrt  
6984 Referenzierte Daten sind gesperrt  
6985 Nutzungsbedingungen sind nicht erfüllt  
6986 Kommando nicht erlaubt (kein EF selektiert)  
6987 Erwartete Secure Messaging Objekte nicht gefunden  
6988 Secure Messaging Datenobjekte sind inkorrekt  
6A00 Falsche Parameter P1/P2  
6A80 Falsche Daten  
6A81 Funktion wird nicht unterstützt  
6A82 Datei wurde nicht gefunden  
6A83 Record der Datei nicht gefunden  
6A84 Nicht genügend Speicherplatz in der Datei  
6A85 Lc nicht konsistent mit der TLV Struktur  
6A86 Inkorrekte Parameter P1/P2  
6A87 Lc inkonsistent mit P1/P2  
6A88 Referenzierte Daten nicht gefunden  
6B00 Parameter P1/P2 falsch  
6Cxx Falsche Länge Le; xx gibt die korrekte Länge an Statuswort zur Steuerung des T=0 Protokolls
6D00 Das Kommando (INS) wird nicht unterstützt  
6E00 Die Kommandoklasse (CLA) wird nicht unterstützt  
6F00 Kommando wurde mit unbekanntem Fehler abgebrochen  
9000 Kommando erfolgreich ausgeführt  

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