金融系统中PBOC/EMV的TLV的算法实现（含C++/C#）


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 TLV即Tag-Length-Value，常在IC卡与POS终端设备中通过这样的一个应用通信协议进行数据交换。在金融系统以及认证中，PBOC以及EMV的认证规范文档上面也有对TLV做了一些说明，由于认证规范都是英文文档，所以有些人可能不易于理解。首先我先介绍下什么是TLV，TLV的用途是什么，以及如何实现它的打包解包算法。

 

      金融系统中的TLV是BER-TLV编码的一个特例编码规范，而BER-TLV是ISO定义中的规范。在TLV的定义中，可以知道它包括三个域，分别为：标签域（Tag），长度域（Length），内容域（Value）。这里的长度域的值实际上就是内容域的长度。

      其实，在BER编码的方式有两种情况，一种是确定长度的方式，一种是不确定长度的方式，而金融TLV选择了确定长度的方式，这样在设备之间的数据传输量上就可以减少。

 

Tag域说明：

      先来看下TLV的Tag是如何编码的，先看下图：





 

这张图说明了Tag域第一个字节的编码格式。其中b8-b1代表1个字节中的8个位。

其中b8,b7代表数据的类别。根据2个位的组合，有四种类别：通用类别，应用类别，上下文语境类别，专用类别。这个主要用于在于终端设备交互的时候，确定数据处理的类型。

b6代表的是数据元结构，也就是说它是属于简单数据元结构，还是属于结构（复合）数据元结构。当b6为1的时候，就需要后续的字节进行扩展。也就是说复合的TLV中，value域里也包含一个或多个TLV，这个稍后接着介绍。

当b5-b1代表串行号，当5个位都为1时，需要将tag域扩展到下一个字节中，也就是Tag占2个字节；而当5个位都不全为1时，该Tag域就只占1个字节。

      现在，看下b5-b1：11111的情况：





      从图中我们看到BER-TLV编码中，当b8为1时，Tag还需要有后续字节，直到b8为0为止。从EMV文档中的说明，Tag最多只占用2个字节，所以这样就相对比较简单一些了。当b8为0时，该Tag域结束，总共就占用2个字节。

 

Length域说明：

      在文档中没有图片叙述，我自绘一个：





当b8为0时，该字节的b7-b1作为value域的长度；当b8为1时，b7-b1作为后续字节的长度，也就是说，例如有这样一个值：10000011，代表后续还有3个字节作为value域的长度（本字节不算，本字节变为作为一个Length的索引）。3个字节代表value的长度，意味着什么呢，意味着内容的长度当需要很大的时候，字节的位数就会跟着越高，3个字节就代表最大可以有256*256*256的长度。

 

Value域说明：

      也是分成两种情况考虑，就是前面说到的Tag分成两个数据元结构，一种是简单数据元结构，一种是复合数据元架构：

      先来看看简单数据元结构：

     



Tag就是Tag,没有子标签Tag，基本结构就是T-L-V。

      再看下符合数据元结构：





后面的Value说明：Primitive or constructed BER-TLV data object number，包含一个简单数据元结构或者也可以是一个符合数据元结构。这样可以看出，算法中必须要实现Tag的嵌套功能，递归算法不可少。

 

算法实现：

      根据以上的说明现在来实现它的打包解包的算法（打包的目的是将一个从终端上发的请求数据——字节数组，构造成一系列的TLV结构实体；解包的目的刚好相反，就是将TLV结构实体解析成字节数组，然后通过IC卡发送到终端上）。

      首先定义一个TLV结构实体：

?
其中TagSize代表Tag字段的字节长度，LengthSize代表Length的字节长度，这里的Length记住要使用char*，由于前面说过，Length可能包含多个字节，通过多个字节确定Value域的长度，Sub_TLVEntity作为子嵌套的TLV结构体。
      定义一个TLVPackage的打包类：

TLVPackage.h：

?
具体方法实现：

?
然后写测试程序：

?
最后测试结果中，可以得到最后将弹出“TRUE”的对话框。证明构造TLV得到的TLVEntity，再对这个实体进行解析，可以的到解析后的字节数组，最后通过strncmp的方法比较判断，是否原始字节数组和解析后的字节数组是否一致。

 

另外，为了方便C#程序员的使用，我对该C++程序重新改写了一下，得出的结果也是一样的。

TLVEntity.cs

?
以及TLVPackage.cs

+ View Code?
接着，写测试程序：

+ View Code?
运行结果：





 

总结

TLV在数据通信方面，其实运用得很广泛，在应用层数据通信中，如HTTP协议，HTML，XML语言本身定义了一些标签（Body，Head，Script）对数据串行化，接收方再根据标签解析原始数据，通过浏览器展现出来。因此本质上也是属于TLV协议的设计模式。甚至在传输层的TCP，UDP协议，你完全可以通过TLV实现自定义的应用协议。