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SIM卡


目录·SIM卡
·手机SIM卡原理
·SIM卡触点电性能表
·SIM卡的内部结构
·SIM卡的软件特性



SIM卡
Subscriber Identity Module -- 客户身份识别卡
它是一张符合GSM规范的“智慧卡”,SIM卡有大小之分,大卡尺寸54mm×84mm(约为名片大小),小卡尺寸为25mm×15mm(比普通邮票还小)。其实“大卡”上面真正起作用的是它上面的那张“小卡”,“小卡”上起作用的部分只有小指甲盖那么大。目前国内流行样式是“小卡”,小卡也可以换成“大卡”(有个卡托即可)。“大卡”和“小卡” 分别适用于不同类型的GSM移动电话,早期的机型如摩托罗拉GC87C、308C等手机用的是“大卡”,现在新出的机型基本上都是用“小卡”。 SIM 卡可以插入任何一部符合GSM规范的移动电话中,“实现电话号码随卡不随机的功能”,而通话费则自动计入持卡用户的帐单上,与手机无关。

SIM卡叫“用户识别卡”,它实际上是一张内含大规模集成电路的智能卡片,用来登记用户的重要数据和信息。SIM卡最重要的一项功能是进行鉴权和加密。当用户移动到新的区域拨打或接听电话时,交换机都要对用户进行鉴权,以确定是否为合法用户。这时,SIM卡和交换机同时利用鉴权算法,对鉴权密钥和8位随机数字进行计算,计算结果相同的,SIM卡被承认,否则SIM卡被拒绝,用户无法进行呼叫。SIM卡还可利用加密算法,对话音进行加密,防止窃听。


手机SIM卡原理
一、SIM卡的基本组成
SIM卡是带微处理机的芯片卡,它由CPU、工作存储器RAM、程序存储器ROM、数据存储器EEPRoM和串行通信单元5个模块组成,这5个模块集成在一块集成电路中。例如Motorola公司的SC21 SIM卡,其CPU为68H05, RoM为6144比特,RAM为12比特,EEPROM为2992比特可擦除,16比特不可擦除,它们集成在一片集成电路中。目前市场上几种主要SIM卡的结构数据如下。

表一:几种主要SIM卡的结构数据
厂商 SIM卡型号 CPU ROM RAM EEPROM
MOTOROLA SC21 8位 6k比特 128K比特 3k比特
SC27 8位 12K比特 240K比特 3k比特
SC28 8位 16k比特 240k比特 8k比特
Hitachi H8/3101 8/16位 10k比特 256k比特 8k比特
Thomson ST16612 8位 6k比特 128k比特 2k比特
ST16 8位 16k比特 256k比特 8k比特

二、SIM卡中的用户信息
SIM卡上包含了所有属于本用户的信息。它是一张符合GSM规范的“智能”卡,它内部包含了与用户有关的,被存储在用户这方的信息,包括:
A、鉴权和加密信息Ki(Kc算法输入参数之一、密钥号);
B、国际移动用户号(IMSI);
C、A3:IMSI认证算法;
D、A5:加密密钥生成算法;
E、A8:密钥(Kc)生成前,用户密钥(Kc)生成算法。
F、呼叫限制信息、缩位拨号信息,此外,为了网络操作运行, SIM还应能存储一些临时数据,即:临时移 动台识别号(TMSI)、区域识别码(LAI)、密钥(Kc)。

GSM手机要想得到GSM系统的服务需要插入SIM卡,才能使用手机。当然使用"112" 是可以不用SM卡的,这在维修中非常有用,如果可以使用“112”,就说明手机的接收、发送电路没有
大的故障。
SIM卡的应用,使手机不固定地“属于”一个用户,若手机将别人的“SIM"卡插进去打电话,营业部门只收该卡产权用户的话费,换句话说,就是插谁的卡打电话,就收谁的费。GSM系统是通过SIM卡来识别GSM手机用户,而不是靠手机来识别用户。

目前 ,营业部门没有对手机的国际移动设备识别(IMEI)码实行鉴别,如果实行鉴别,带机人网的用户 数量可能会下降,不利于吸引更多的用户使用GSM手机。
个人识别码(PIN)是SIM卡内部的一个存储单元,错误地输入P1N码3次,将会导致“锁卡”的现象,此时只要在手机键盘上按一串阿拉伯数字(PUK码,即帕克码),就可以解锁。但是用户一般不知道PUK码。要特别注意:如果尝试输入10次仍未解锁,就会“烧卡”,就必须再去买张新卡了。设置PIN可防止SIM卡未经 授权而使用。一般情况下不要改动PIN码,SIM出厂设置的PIN码都为“1234”。
每当移动用户重新开机时,GSM系统与手机之间要自动鉴别SIM卡的合法性,
即和手机对一下“口令”,只有在系统认可之后,才为该移动用户提供服务,系统分配给用户一个临时号码
(TMSI),在待机、通话中使用的仅为这个临时号码,这就增加了保密度。

三、SIM卡的电气连接
SIM卡在与手机连接时,最少需要5个连接线,如下:

1、电源Vcc
2、时钟(CLK)
3、数据I/O (Data)
4、复位(RST)
5、接地端(GND)

SIM卡通过读卡器端口与手机及GSM系统联系,使用时要小心,不要用手去摸上面的触点,以防止静电损坏,更不能折叠。如果SIM卡脏了,可用酒精棉球轻擦。
SIM卡触点的功能如上图所示:从其上缺角的一边开始,分别为I/O、Vpp、 GND;另边则为CLK, RESET,Vcc,其余两个点没有用上。
每当开机时,手机都要与SIM卡进行数据交流,用示波器可以在SIM卡座上测到一些数据信号,没插卡时,这些信号不会送出。可谓“瞬间即逝”,但可以用示波器捕捉到,以此判别SIM卡电路有无故障。

SIM卡触点电性能表


触 点
低电平
高电平

Vcc
 
U=+5V+-10%, I=10mA

RST
-0.3V<U<0.6V,I=200uA
4V<U<Vcc, I= 20uA
CLK
-0.3V<U<+0.6V,I=200uA
-2.4V<U<VCC, I=200uA
Vpp
 
+5v +- 10%
GND
   
I/O 输入
0V《U〈0.4V,I=1mA
0.7V《U〈Vcc,I=20uA
输出
0V《U〈0.8,I=1mA
3.8V《U〈Vcc,I=20uA


SIM卡的内部结构
SIM卡是一个装有微处理器的芯片卡,它的内部有5个模块,并且每个模块都对应一个功能:微处理器CPU(8位)、程序存储器ROM(3~8kbit)、工作存储器RAM(6~16kbit)数据存储器EEPROM(128~256kbit)和串行通信单元。这5个模块被胶封在SIM卡铜制接口后与普通IC卡封装方式相同。这5个模块必须集成在一块集成电路中,否则其安全性会受到威胁,因为芯片间的连线可能成为非法存取和盗用SIM卡的重要线索。

SIM卡的供电分为5V(1998年前发行)、5V与3V兼容、3V、1.8V等,当然这些卡必须与相应的手机配合使用,即手机产生的SIM卡供电电压与该SIM卡所需的电压相匹配。SIM卡插入手机后,电源端口提供电源给SIM卡内各模 块。

检测SIM卡存在与否的信号只在开机瞬时产生,当开机检测不到SIM卡存在时,将提示“InsertCard(插入卡)”;如果检测SIM卡已存在,但机卡之间的通信不能实现,会显示“CheckCard(检查卡)”;当SIM卡对开机检测信号没有响应时,手机也会提示“InsertCard(插入卡)”;当SIM卡在开机使用过程中掉出、由于松动接触不良或使用报废卡时,手机会提示“Bad Card/SIM Error(坏卡/SIM卡错误)”。

SIM卡的存储容量有3kB、8kB、16kB、32kB、64kB等。目前多为16KB和32KB,STK卡(SIM application Tool Kit)是SIM卡的一种,它能为手机提供增值服务,如移动梦网业务等。SIM卡能够储存多少电话号码和短信取决于卡内数据存储器EEPROM的容量(有2KB、3KB、8KB容量),假设一张EEPROM容量为8KB的SIM卡,可储存以下容量的数据:100组电话号码及其对应姓名、15组短信息、25组最近拨出的号码、4位SIM卡密码(PIN)。


SIM卡的软件特性

SIM卡采用新式单片机及存储器管理结构,因此处理功能大大增强。其智能特性的逻辑结构是树型结构。全部特性参数信息都是用数据字段方式表达,SIM卡中存有3类数据信息:
1.与持卡者相关的信息以及SIM卡将来准备提供的所有业务信息,这种类型的数据存储在根目录下;
2.GSM应用中特有的信息,这种类型的数据存储在GSM目录下;
3.GSM应用所使用的信息,此信息可与其他电信应用或业务共享,位于电信目录下。
在SIM卡根目录下有3个应用目录,一个属于行政主管部门应用目录,另外两个属于技术管理的应用目录,分别是GSM应用目录和电信应用目录。所有的目录下均为数据字段,有二进制的和格式化的数据字段。数据字段中的信息有的是永存性的即不能更新的,有的是暂存的需要更新的。每个数据字段都要表达出它的用途、更新程度、数据字段的特性。









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贡献者:
家园管理员小雨点点kekeya
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