RAM Buffer를 이용한 자바카드 성능 향상 방법

다국어 초록 (Multilingual Abstract)

With the recent increase in usage of USIM card, transportation card, credit card, and smart card, it has become a commonplace to adopt Java card that can support multiple applications. Java card has the advantage that it can be used for multiple purposes, but the downside in comparison to existing native card is that Java card is slower.
Many optimization methods have been proposed in order to overcome the drawback, but due to the significantly slower nature of smart card’s ability to write to memory compared to read speed, even the most efficient method of optimizing Java Virtual Machine or execution Code would not contribute significantly to the improvement. The comparative test on the execution rate per each Java card commands subcategorized between memory and non-memory related execution time has revealed, much of those commands taking relatively long time to complete were connected to memory related executions. For this reason, it is expected that optimizing the method of memory write would significantly improve performance.
In addition, smart cards have the property of guaranteeing atomicity of the memory even in the event of unexpected power-off. A good example is the case of electronic money, where the transaction data in process must be protected. Data backup method provides such protection where large data is written to the NVRAM resulting in performance degradation.
This paper proposes a type of cache model that uses RAM Buffer to optimize memory write and additionally, offers solutions to expected problems and expectation in performance gains. Increase in performance is obvious when RAM is used to store data instead of NVRAM, however, it is impractical to use this method due to the issue of data loss.
This paper proposes a method of enhancing performance by using RAM Buffer and two backup buffers while guaranteeing atomicity and protecting the transaction data, and additionally, describes the performance improvement resulting from the proposed implementation.

목차 (Table of Contents)

• 제1장 서론 1
• 제2장 스마트카드 및 자바카드 5
• 제1절 스마트카드의 정의 및 구성 요소 5
• 1.스마트카드의 정의 5
• 2.스마트카드의 기본 구성 요소 6
• 3.스마트카드의 특성 10
• 4.스마트카드 관련 표준들 12
• 가.EMV 규격 12
• 나.ETSI 표준 13
• 다.ISO 표준 13
• 라.GlobalPlatform 표준 15
• 제2절 자바카드 17
• 1.자바카드 정의 17
• 2.자바카드 구조 17
• 3.자바카드 동작방식 19
• 제3장 자바카드 성능향상 방법 23
• 제1절 트랜잭션 처리 최적화 23
• 제2절 자바 가상 머신 최적화 연구 사례 27
• 가.동적 컴파일을 통한 자바 가상 머신 성능 향상 연구 27
• 제3절 자바 가상머신 최적화 방법 스마트카드에 적용 30
• 1.자바 카드용 슈퍼 명령어 그룹 패턴 찾기 30
• 2.CAP 파일 로더 및 링커 구현 32
• 3.가상 머신 구현 32
• 4.성능 분석 결과 비교 32
• 제4장 RAM BUFFER를 이용한 자바카드 성능 향상 방법 35
• 제1절 메모리 사용 패턴 및 빈도 분석 35
• 1.자바카드 시뮬레이터를 통한 메모리 패턴 분석 35
• 가.메모리 Create & Delete 관련 메모리 참조 40
• 나.메모리 쓰기와 읽기 작업 관련 메모리 참조 41
• 제2절 RAM BUFFER모델을 적용한 자바카드 성능 향상 45
• 1.단순 RAM buffer 메커니즘의 문제점 46
• 가.Pass-through & Atomic mismatch 47
• 나.Invalid pass through written value 48
• 다.Power-off at RAM buffer flush 49
• 2.자바카드 성능향상을 위한 RAM buffer 모델 제안 50
• 가.효과적인 RAM buffer 크기 설계 52
• 나.두 개의 트랜잭션 버퍼 적용 시 문제점 55
• 다.메모리 관리 구조 설계 57
• 제5장 시험환경 구축 및 검증 61
• 제1절 메모리 무결성 검증을 위한 시험 환경 구축 61
• 1.트랜잭션 Buffer 구조 61
• 2.전원 OFF시 EEPROM 상태 62
• 3.데이터 복구(Restore) 과정 및 상태 변화 65
• 4.시험 환경 구축 및 결과 66
• 가.시험환경 67
• 나.시험방법 68
• 다.Anti-tearing 시험 절차 69
• 라.시험결과 71
• 제2절 성능 측정을 위한 시험 환경 구축 73
• 1.시험 환경 구축 및 결과 73
• 제6장 결론 79
• 참고문헌 80
• ABSTRACT 82