docs/ccid.txt

   1 QEMU CCID Device Documentation.
   2
   3 Contents
   4 1. USB CCID device
   5 2. Building
   6 3. Using ccid-card-emulated with hardware
   7 4. Using ccid-card-emulated with certificates
   8 5. Using ccid-card-passthru with client side hardware
   9 6. Using ccid-card-passthru with client side certificates
  10 7. Passthrough protocol scenario
  11 8. libcacard
  12
  13 1. USB CCID device
  14
  15 The USB CCID device is a USB device implementing the CCID specification, which
  16 lets one connect smart card readers that implement the same spec. For more
  17 information see the specification:
  18
  19  Universal Serial Bus
  20  Device Class: Smart Card
  21  CCID
  22  Specification for
  23  Integrated Circuit(s) Cards Interface Devices
  24  Revision 1.1
  25  April 22rd, 2005
  26
  27 Smartcards are used for authentication, single sign on, decryption in
  28 public/private schemes and digital signatures. A smartcard reader on the client
  29 cannot be used on a guest with simple usb passthrough since it will then not be
  30 available on the client, possibly locking the computer when it is "removed". On
  31 the other hand this device can let you use the smartcard on both the client and
  32 the guest machine. It is also possible to have a completely virtual smart card
  33 reader and smart card (i.e. not backed by a physical device) using this device.
  34
  35 2. Building
  36
  37 The cryptographic functions and access to the physical card is done via NSS.
  38
  39 Installing NSS:
  40
  41 In redhat/fedora:
  42     yum install nss-devel
  43 In ubuntu/debian:
  44     apt-get install libnss3-dev
  45     (not tested on ubuntu)
  46
  47 Configuring and building:
  48     ./configure --enable-smartcard && make
  49
  50
  51 3. Using ccid-card-emulated with hardware
  52
  53 Assuming you have a working smartcard on the host with the current
  54 user, using NSS, qemu acts as another NSS client using ccid-card-emulated:
  55
  56     qemu -usb -device usb-ccid -device ccid-card-emulated
  57
  58
  59 4. Using ccid-card-emulated with certificates stored in files
  60
  61 You must create the CA and card certificates. This is a one time process.
  62 We use NSS certificates:
  63
  64     mkdir fake-smartcard
  65     cd fake-smartcard
  66     certutil -N -d sql:$PWD
  67     certutil -S -d sql:$PWD -s "CN=Fake Smart Card CA" -x -t TC,TC,TC -n fake-smartcard-ca
  68     certutil -S -d sql:$PWD -t ,, -s "CN=John Doe" -n id-cert -c fake-smartcard-ca
  69     certutil -S -d sql:$PWD -t ,, -s "CN=John Doe (signing)" --nsCertType smime -n signing-cert -c fake-smartcard-ca
  70     certutil -S -d sql:$PWD -t ,, -s "CN=John Doe (encryption)" --nsCertType sslClient -n encryption-cert -c fake-smartcard-ca
  71
  72 Note: you must have exactly three certificates.
  73
  74 You can use the emulated card type with the certificates backend:
  75
  76     qemu -usb -device usb-ccid -device ccid-card-emulated,backend=certificates,db=sql:$PWD,cert1=id-cert,cert2=signing-cert,cert3=encryption-cert
  77
  78 To use the certificates in the guest, export the CA certificate:
  79
  80     certutil -L -r -d sql:$PWD -o fake-smartcard-ca.cer -n fake-smartcard-ca
  81
  82 and import it in the guest:
  83
  84     certutil -A -d /etc/pki/nssdb -i fake-smartcard-ca.cer -t TC,TC,TC -n fake-smartcard-ca
  85
  86 In a Linux guest you can then use the CoolKey PKCS #11 module to access
  87 the card:
  88
  89     certutil -d /etc/pki/nssdb -L -h all
  90
  91 It will prompt you for the PIN (which is the password you assigned to the
  92 certificate database early on), and then show you all three certificates
  93 together with the manually imported CA cert:
  94
  95     Certificate Nickname                        Trust Attributes
  96     fake-smartcard-ca                           CT,C,C
  97     John Doe:CAC ID Certificate                 u,u,u
  98     John Doe:CAC Email Signature Certificate    u,u,u
  99     John Doe:CAC Email Encryption Certificate   u,u,u
 100
 101 If this does not happen, CoolKey is not installed or not registered with
 102 NSS.  Registration can be done from Firefox or the command line:
 103
 104     modutil -dbdir /etc/pki/nssdb -add "CAC Module" -libfile /usr/lib64/pkcs11/libcoolkeypk11.so
 105     modutil -dbdir /etc/pki/nssdb -list
 106
 107
 108 5. Using ccid-card-passthru with client side hardware
 109
 110 on the host specify the ccid-card-passthru device with a suitable chardev:
 111
 112     qemu -chardev socket,server=on,host=0.0.0.0,port=2001,id=ccid,wait=off \
 113          -usb -device usb-ccid -device ccid-card-passthru,chardev=ccid
 114
 115 on the client run vscclient, built when you built QEMU:
 116
 117     vscclient <qemu-host> 2001
 118
 119
 120 6. Using ccid-card-passthru with client side certificates
 121
 122 This case is not particularly useful, but you can use it to debug
 123 your setup if #4 works but #5 does not.
 124
 125 Follow instructions as per #4, except run QEMU and vscclient as follows:
 126 Run qemu as per #5, and run vscclient from the "fake-smartcard"
 127 directory as follows:
 128
 129     qemu -chardev socket,server=on,host=0.0.0.0,port=2001,id=ccid,wait=off \
 130          -usb -device usb-ccid -device ccid-card-passthru,chardev=ccid
 131     vscclient -e "db=\"sql:$PWD\" use_hw=no soft=(,Test,CAC,,id-cert,signing-cert,encryption-cert)" <qemu-host> 2001
 132
 133
 134 7. Passthrough protocol scenario
 135
 136 This is a typical interchange of messages when using the passthru card device.
 137 usb-ccid is a usb device. It defaults to an unattached usb device on startup.
 138 usb-ccid expects a chardev and expects the protocol defined in
 139 cac_card/vscard_common.h to be passed over that.
 140 The usb-ccid device can be in one of three modes:
 141  * detached
 142  * attached with no card
 143  * attached with card
 144
 145 A typical interchange is: (the arrow shows who started each exchange, it can be client
 146 originated or guest originated)
 147
 148 client event      |      vscclient           |    passthru    |     usb-ccid  |  guest event
 149 ----------------------------------------------------------------------------------------------
 150                   |      VSC_Init            |                |               |
 151                   |      VSC_ReaderAdd       |                |     attach    |
 152                   |                          |                |               |  sees new usb device.
 153 card inserted ->  |                          |                |               |
 154                   |      VSC_ATR             |   insert       |     insert    |  see new card
 155                   |                          |                |               |
 156                   |      VSC_APDU            |   VSC_APDU     |               | <- guest sends APDU
 157 client<->physical |                          |                |               |
 158 card APDU exchange|                          |                |               |
 159 client response ->|      VSC_APDU            |   VSC_APDU     |               |  receive APDU response
 160                                                     ...
 161                                     [APDU<->APDU repeats several times]
 162                                                     ...
 163 card removed  ->  |                          |                |               |
 164                   |      VSC_CardRemove      |   remove       |    remove     |   card removed
 165                                                     ...
 166                                     [(card insert, apdu's, card remove) repeat]
 167                                                     ...
 168 kill/quit         |                          |                |               |
 169   vscclient       |                          |                |               |
 170                   |      VSC_ReaderRemove    |                |    detach     |
 171                   |                          |                |               |   usb device removed.
 172
 173
 174 8. libcacard
 175
 176 Both ccid-card-emulated and vscclient use libcacard as the card emulator.
 177 libcacard implements a completely virtual CAC (DoD standard for smart
 178 cards) compliant card and uses NSS to retrieve certificates and do
 179 any encryption.  The backend can then be a real reader and card, or
 180 certificates stored in files.
 181
 182 For documentation of the library see docs/libcacard.txt.
 183