GSM系統中的用戶(hù)識別模塊——SIM卡

文章出處：http://psychicreadingswithdeb.com 作者：SIM卡   人氣： 發(fā)表時(shí)間：2011年09月09日

　GSM 數字蜂窩通信系統中的用戶(hù)識別模塊棗SIM卡是GSM系統中移動(dòng)臺的重要組成部分，是用戶(hù)進(jìn)網(wǎng)登記的憑證。在GSM系統中，通過(guò)對SIM卡的物理接口；邏輯接口的明確定義，來(lái)完成與移動(dòng)終端的連接和信息交換；同時(shí)在SIM卡內部進(jìn)行用戶(hù)信息存儲，執行鑒權算法和產(chǎn)生加密密鑰等工作。SIM卡是應用GSM移動(dòng)通信終端的一種鑰匙，用戶(hù)只需將SIM卡插入或嵌入任何一臺GSM終端，即能實(shí)現通信，而通信費會(huì )自動(dòng)記入持有該卡的用戶(hù)帳戶(hù)上。SIM卡還管理著(zhù)許多涉及本地提供給用戶(hù)業(yè)務(wù)的信息。SIM卡可用于存儲短消息，特別是那些當用戶(hù)不在時(shí)接收的短消息，SIM卡另一奇特應用是“SIM卡漫游”，漫游涉及的網(wǎng)絡(luò )方面并不依賴(lài)各個(gè)網(wǎng)絡(luò )中用到的接人方案。SIM卡目前的市場(chǎng)主要是與GSM數字蜂窩通信系統密切相關(guān)隨著(zhù)GSM用戶(hù)的迅猛發(fā)展，對SIM卡的需求必將迅猛增加。
　　1．SIM卡的功能特點(diǎn)
　　在GSM系統中SIM卡具有如下功能特點(diǎn)：
　?。?）存儲用戶(hù)相關(guān)數據；在SIM卡預個(gè)人化階段，存儲國際移動(dòng)識別碼IMSI、鑒權密鑰Ki，個(gè)人識別碼PIN、PIN碼顯示使能、PIN碼出錯計數，預個(gè)人化數據、SIM卡狀態(tài)、個(gè)人消閉密鑰等。在SIM卡個(gè)人化階段，存儲用戶(hù)相關(guān)信息、個(gè)人化數據和用戶(hù)接人等級控制以及存儲在移動(dòng)設備的控制下讀出或更新加密密鑰KC等。
　?。?）用戶(hù)PIN的操作和管理，SIM卡本身是通過(guò)PIN碼來(lái)保護的，PIN是一個(gè)四位到八位的個(gè)人身份號，只有當用戶(hù)輸入正確的PIN碼時(shí)，SIM卡才能被啟用，移動(dòng)終端才能對SIM卡進(jìn)行存?。阂仓挥蠵IN認證通過(guò)后，用戶(hù)才能接入進(jìn)網(wǎng)。
　?。?）用戶(hù)身份鑒權，確認用戶(hù)接人進(jìn)網(wǎng)是否合法，確認過(guò)程是在網(wǎng)絡(luò )和SIM卡之間進(jìn)行的，而確認時(shí)間一般是在移動(dòng)終端登記人網(wǎng)和呼叫時(shí)，鑒權開(kāi)始時(shí)，網(wǎng)絡(luò )產(chǎn)生一個(gè)128比特的隨機數RAND，經(jīng)無(wú)線(xiàn)電控制信道傳送到移動(dòng)臺，移動(dòng)臺從SIM卡中取出固有的密鑰Ki和算法A3，對接收到的RAND計算出應答信號SRES，并發(fā)回網(wǎng)絡(luò )端。而網(wǎng)絡(luò )端在鑒權中心查明該用戶(hù)的密鑰Ki用同樣的RAND和算法A3算出SRES，并與SRES進(jìn)行比較，如兩者一致，則鑒權通過(guò)，否則，鑒權失敗，接續中止。
　?。?）SIM卡中的保密算法和密鑰，SIM卡中最敏感的數據是保密算法A3、A8、密鑰Ki、PIN、PUK和KC。A3、A8算法是在生產(chǎn)SIM卡時(shí)寫(xiě)入的，一般人無(wú)法讀出A3、A8算法，PIN碼可由用戶(hù)在手機上自己設定，PUK碼由運營(yíng)者持有，KC是在　　加密過(guò)程中由Ki導出的。Ki用DES進(jìn)行加密，DES算法中加密和解密都用同一密鑰KDES，運營(yíng)單位管理密鑰KDES。
　　2．SIM卡的硬件特性
　　SIM卡是帶微處理器芯片的IC卡，它由CPU，工作存儲器RAM、程序存儲器ROM、數據存儲器EEPRoM和串行通信單元5個(gè)模塊組成，5個(gè)模塊集成在一塊IC中。例如MOTOROLA公司的SC21 SIM卡，其中CPU為68H05，ROM為6144比特，RAM為128比特，EEP-ROM為2902比特可擦除，16比特不可擦除。目前市場(chǎng)上幾種主要SIM卡型號是：SC21、SC27、SC28、H8／3101、ST16612、ST16等。
　　SIM卡符合ISO7816要求。SIM卡共有8個(gè)觸點(diǎn)，通過(guò)這些觸點(diǎn)與移動(dòng)終端接口并提供SIM卡電路工作時(shí)所需電源。SIM卡的時(shí)鐘頻率通常由移動(dòng)終端提供，I／O輸出輸入的傳輸波特率是時(shí)鐘頻率的1／372。SIM卡在工作方式時(shí)完成與移動(dòng)終端之間的信息傳輸。在休閑方式時(shí)，SIM卡將保留所有相關(guān)數據，并支持內部全休眠對指令休眠和時(shí)鐘休眠三種休眠方式。
　　目前有兩種功能相同而形式不同的SIM卡投入實(shí)用：一種是卡片式SIM卡，尺寸與普通信用卡相同，用戶(hù)只要將SIM卡插入GSM終端，即可使用GSM網(wǎng)。另一種形式是蔽人式SIM卡，尺寸為25MM x 15MM，觸點(diǎn)尺寸與卡片式相同，主要用于手持機中。
　　3．SIM卡的數據文件
　?。?）SIM卡是按數據文件來(lái)組織數據的，數據文件是一個(gè)邏輯數據區，不同的數據文件分別存儲在不同的目錄下。數據文件有兩種類(lèi)型，一種是透明的文件，它是非結構化的數據文件，由固定長(cháng)度的字塊構成；另一種是面向記錄的數據文件，它由固定長(cháng)度的邏輯記錄組成。
　 （2） GSM規范對SIM卡的數據文件進(jìn)行了嚴格的定義，下面分別就各種數據文件的作用及結構作一簡(jiǎn)要介紹。
　　持卡者相關(guān)信息數據文件，該數據文件位于根目錄下，占30個(gè)字節，作管理用，它包括持卡者姓名、代號等。
　　IC卡識別信息數據文件，位于根目錄下，長(cháng)度為10個(gè)字節，其數據用于識別IC卡。在SIM卡制造階段，由廠(chǎng)家將數據寫(xiě)入。數據內容包括：經(jīng)濟活動(dòng)代號、國家代號、發(fā)行號、序列號、填充碼等。
　?。?）管理數據文件，位于GSM應用目錄下，長(cháng)度為3字節，內容包括：操作方式、類(lèi)型認可、制造商專(zhuān)用信息等。
　?。?）SIM卡業(yè)務(wù)表數據文件，位于GSM應用口錄下，長(cháng)度2字節，其內容用于識別那些在SIM卡內分配和激活了的業(yè)務(wù)。
　?。?）IMSI數據文件，位于GSM應用目錄下，長(cháng)為9字節，用于存儲國際移動(dòng)用戶(hù)身份號（IMSI）。
　?。?）位置信息數據文件，位于GSM應用目錄下，11個(gè)字節，用于存儲臨時(shí)移動(dòng)用戶(hù)身份號（TMSI）、位置區域號（LAI）、位置狀態(tài)更新等與位置有關(guān)的信息，以維護用戶(hù)的移動(dòng)性。
　?。?）密鑰KC和N的數據文件，位于GSM應用目錄下，長(cháng)9個(gè)字節，用于存儲密鑰KC（占8個(gè)字節）和密鑰序號（占1個(gè)字節），便于身份認證和數據加密。
　?。?）PLMN選擇數據文件，位于GSM應用目錄下，長(cháng)24個(gè)字節，可存儲8個(gè)PLMN號碼，用來(lái)確定用戶(hù)選用的PLMN的優(yōu)先級順序，便于漫游功能的實(shí)現。
　?。?）BCCH（廣播信道）信息數據文件，位于GSM應用目錄下，長(cháng)16個(gè)字節，用于存儲BCCH信息。
　?。?0）禁用PLMN數據文件，位于GSM應用目錄下，長(cháng)12個(gè)字節，要求存儲4個(gè)PLMN號碼，作為SIM卡初始化過(guò)程的一部分。
　?。?1）訪(fǎng)問(wèn)控制數據文件，位于GSM應用目錄下，長(cháng)2字節，用于存儲訪(fǎng)問(wèn)控制級別的信息。
　?。?2）縮位撥號數據文件，位于電信應用目錄下，記錄長(cháng)度為“14＋X”字節，該數據文件包括：撥號、有關(guān)的字母標記、網(wǎng)絡(luò )／承載容量標識符、被叫用戶(hù)地址標識符。
　?。?3）容量／結構參數數據文件，位于電信應用目錄下，記錄長(cháng)度為15個(gè)字節，其存儲的參數與要求的網(wǎng)絡(luò )和承載容量以及移動(dòng)終端結構有關(guān)。
　?。?4）被叫方子地址數據文件，位于電信應用目錄下，記錄長(cháng)度為23個(gè)字節，存儲被叫方子地址及相關(guān)信息。
　?。?5）短信息存儲數據文件，位于電信應用目錄下，記錄長(cháng)度為176個(gè)字節，存儲從網(wǎng)中接收來(lái)或向網(wǎng)絡(luò )發(fā)送的信息以 及160個(gè)字符的預先確定的短信息號碼。
　?。?6）固定撥號數據文件，位于電信應用目錄下，記錄長(cháng)度為“21＋X”字節，用于存儲特殊業(yè)務(wù)的號碼。
　?。?7）計費計數器數據文件，位于電信應用目錄下，記錄長(cháng)度為2個(gè)字節，存儲與呼叫計費有關(guān)的信息。
4．SIM卡與移動(dòng)終端的接口過(guò)程
　　在GSM應用中，SIM卡與移動(dòng)終端接口，在此過(guò)程中，移動(dòng)終端起主機作用，而SIM卡處于從屬地位。在GSM網(wǎng)絡(luò )操作中，SIM卡與移動(dòng)終端的接口過(guò)程如下：
　?。?）SIM卡管理過(guò)程：SIM卡的初始化、去激活、業(yè)務(wù)表請求，管理信息請求及識別請求。
　?。?）用戶(hù)PIN碼相關(guān)過(guò)程：用戶(hù)PIN碼檢驗、替換、阻塞、再起動(dòng)及SIM卡解鎖過(guò)程。
　?。?）GSM保密相關(guān)過(guò)程：GSM算法計算，TMSI、LAI、密碼密鑰及序列號、IMSI、BCCH信息，禁止PLMN信息、位置更新?tīng)顟B(tài)的請求或更新。
　?。?）移動(dòng)用戶(hù)信息相關(guān)過(guò)程：短信息、充電信息、縮位撥號、性能結構參數、PLMN選擇器的請求、存儲扣消除。
　　5．SIM卡的指令系統
　　在GSM應用中的指令由命令及相應的響應構成，命令的格式符號ISO／IEC7816-4標準的規定。
　　有兩種類(lèi)型的GSM指令，一種標為MS指令，它是實(shí)現移動(dòng)終端和SIM卡之間接口操作的指令，另一種稱(chēng)為ADM指令，它是GSM管理期間實(shí)現SIM卡與終端接入設備之間操作的指令，ADM指令是由網(wǎng)絡(luò )運營(yíng)者自行確定的尚未標準化。
　　M5指令共有15種，可分為以下幾組：控制組、PIN組、鑒權組、讀入組、寫(xiě)入組、管理組。
　　6．SIM卡的使用
　　在GSM系統中，移動(dòng)終端出廠(chǎng)后不能直接使用，用戶(hù)必須在網(wǎng)絡(luò )經(jīng)營(yíng)部問(wèn)注冊得到一張用戶(hù)識別模塊SIM卡，它是持卡用戶(hù)在電信局的代表。
　　當用戶(hù)將SIM卡插入GSM終端的卡片讀取器后，通信終端會(huì )提示輸入長(cháng)度為4-8位數的PIN碼，用戶(hù)輸入PIN后，按“#”鍵即起動(dòng)了對PIN的校驗。若輸入的PIN正確，移動(dòng)終端就可以對SIM卡進(jìn)行存取，讀出相關(guān)的數據，而且可以接人進(jìn)網(wǎng)，每次呼叫結束或者移動(dòng)終端正常關(guān)閉時(shí)，所有的臨時(shí)數據都會(huì )從移動(dòng)終端傳送到SIM卡中。以后開(kāi)、關(guān)移動(dòng)終端又都要進(jìn)行PIN校驗，通信過(guò)程中，從移動(dòng)終端中取出SIM卡會(huì )終止當時(shí)的通信，而且目還可能破壞用戶(hù)數據。
　　用戶(hù)PIN碼可以任意修改，但輸入新的PIN前，要先輸入原來(lái)的PIN。如果輸入的PIN不正確，用戶(hù)還可以再輸入兩次，輸入出錯時(shí)會(huì )顯示出錯信息，出錯三次后SIM卡將閉鎖。消除SIM卡的閉鎖，可使用正確的八位碼個(gè)人消閉鎖密鑰PUK，用戶(hù)能否知道PUK是由網(wǎng)絡(luò )經(jīng)營(yíng)者的SIM卡管理規程確定的，如果輸入的PUk出錯超過(guò)10次，SIM卡將永久閉鎖。