SIM卡相关知识总结

主题：SIM基本功能和原理
简介：
参考：
SIM卡工作原理总结
SIM卡插入检测原理
SIM卡的识卡机制
SIM卡基础技术规范
2/3/4/5G UE和网络鉴权流程的演进
作者：ybb
时间：2021年9月9日

1.初识SIM卡

SIM卡的物理划分

标准SIM卡：2515
micro SIM卡：1512
nano SIM卡：12.3*8.8
厚度：0.68

SIM卡内部的组成

ROM、RAM、EEPROM

ROM:存放系统程序
RAM:存放系统临时信息
EEPROM:存放号码、短信、程序

SIM卡简介

SIM:Subscriber Identification Module
功能：对移动用户进行身份验证（如何进行验证的？），防止非法用户进入网络。
（1）身份认证（如何进行认证的？）
（2）存储相关信息（存储了那些信息？为什么要存储这些信息？）

SIM卡的基本工作原理

（1）SIM卡插入检测原理
参考：SIM卡插入检测过程
电路原理图
I/O 双向数据端口
CLK 时钟信号，3.25MHz
RST 热复位信号
VCC 工作电压1.8V或3V
VPP 编程输入电压

USIM_Persence：卡检测引脚
SIM卡的USIM_Presence通过电阻上拉到电源，未插卡是，该引脚一定是高电平。

未插卡：金属接地外壳与USIM_Presenc未接触，USIM_Presence上拉到电源是高电平。
插卡：插卡会使得USIM_Presence金属触片基础金属接地外壳，USIM_Presence短路到地，此时是低电平。

（2）测试白卡与商用SIM卡
测试白卡不能正常接入运营商的网络，供内部测试使用。
商用SIM花钱就可以办理。

（3）SIM卡的时序
SIM卡时钟频率为3.25MHz
激活识别卡片、复位、时钟停止、释放和类别选择

理论时序与实测时序对比：
时序？

冷复位：断电之后重新商店，时序和识别卡一致。
热复位：系统控制RST完成系统复位。

SIM存放的数据

参考：2/3/4/5G UE和网络的鉴权流程演进
静态数据和动态数据
静态数据：
ICCID
PIN
PUK
IMSI
鉴权密钥Ki、鉴权加密算法A3、A5、A8算法
APN
SPN
SMSP
动态数据：
LAI
TMSI
SQN
加密密钥Kc
频点列表
通信录
短信

注：
主要的静态数据分为下面这些：

1、SIM卡自身芯片的全球唯一识别序列码 ICCID ( Integrated Circuit Card IDentifier)。

2、用户识别信息：IMSI ( International Mobile Subscriber Identity)。

IMSI是由3位移动国家码，2位移动网络码，以及10位用户识别码这三部分组成。IMSI仅在网络内部使用，和用户使用的手机号有一一对应的关系。

3、鉴权密钥Ki，以及用于鉴权加密的A3，A5和A8算法。在算法的作用下，生成并传递鉴权数据。鉴权是SIM的核心功能，在后面会详细描述。

4、两个密码：PIN ( Personal Identification Number)，PUC ( Personal Unblocking Code)。

PIN用于保护SIM的使用安全，如果手机启用了此功能，每次开机都要输入PIN，连续输入错误3次SIM卡将被锁住。

SIM卡锁住了怎么办呢？这就轮到PUC上场了。PUC是专用于给已锁定的SIM卡解锁的，但输入的时候更要小心，如果连续输入错误10次的话，SIM卡将永久锁定，相当于报废了。

5、运营商其他数据：运营商名称SPN，接入点名称APN，短消息中心号码SMSC，其他服务号码等等。

主要的动态数据包含下面这些：

1、位置区标识LAI (Location Area Identity)：移动网络一般划分为多个位置区，手机需要定时上报自己所在的位置区，让网络知道手机的位置，方便寻呼。

2、临时移动用户标识TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity)：为了保护IMSI信息，网络会在手机接入之后分配一个临时的标识。

3、位置更新定时器T3212，频点列表等辅助信息。

4、通信录和短信等用户数据。、

SIM卡如何给鉴权

GSM:单向鉴权
网络识别用户
UE+MSC+AUC

3G:双向鉴权（SIM升级为USIM）
USIM不但包含SIM的功能而且进行了增强，支持双向鉴权、长密钥、新的鉴权加密算法。
USIM可以存储彩信。
增加用户识别基站（防止伪基站）
UE+?+?

4G:双向鉴权
UE+MME+HSS

5G双向鉴权：
UE+AMF/SEAF+UDM

SIM插卡入网

识卡(ISO7816)：插入SIM之后SIM卡托终端会被触发，进而驱动modem开始识卡，
（1）在T0时刻，CPU开始发送CLK，给SIM通信提供时钟信号；
（2）T0之后的200个时钟之内(200=t*1/f)，SIM卡将IO设置为接收方式，CPU在这段时间将I/O线驱动器设置为接收方式，所以I/O线在T0之后的200个时钟周期内被上拉电阻上拉到高电平；
（3）CPU从T0时刻开始将RST保持在T0状态
（4）SIM卡的I/O复位应答将在T1时刻之后的400-40000个时钟周期内开始。

鉴权：

入网：

SIM卡的基本功能：
（1）存储用户相关数据；
（2）用户PIN(SIM的密码)的操作和管理（PIN-PUK）；
（3）用户身份鉴权，确认用户身份是否合法，鉴权过程在运营商网络和SIM卡之间进行；
（4）SIM卡中的保密算法和密钥；

5G SIM卡的鉴权过程：
参考：SIM卡鉴权过程（基于GSM）