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1、北京邮电大学硕士学位论文第5 页共7 7 页第二章S I M 卡基础知识2 1S I M 卡发展概述S I M 卡的是I C 智能卡的一种。I C 卡是由法国的工程师在1 9 7 0 年发明的。在八十年代，I C 卡被普遍使用，在此基础上，I C 卡的内部核心技术又经历了更新换代的发展，以至形成具备更多功能的智能卡。进入九十年代，I C 卡已从公用预付费电话卡扩展到移动通信手机领域，并在九十年代后期，随着G S M 第二代移动通信技术而逐渐成熟。与初期的I C 卡相比，现在的S I M 卡不仅在存储容量上已达到1 2 8 K 甚至更多，同时，围绕S I M 卡这个介质而衍生出来的各种增值服务也
2、在不断翻新，S I M 卡已经成为无线通信技术中不可或缺的一个重要组成部分。S I M 卡的发展历程见下图所示：S 卫M _ _ S 1 】b 5 c r i b e zT d a n t i f i c a t i o nM D d u l e；li 7 0 s 8 0 si9 0 ，s T o d a y 固l 圄|固| 固3 S S t a n d a r d ，S m a r t ，S e c u r i t y图2 1 ：S M 卡发展历程2 2S I M 卡基础知识介绍S I M 卡的名称源于英文名称“S u b s c r i b e rI d e n t i t yM o d
3、u l e “ , 意思是“用户认证模块”，是G S M 数字移动电话用户的身份识别卡，用于存储用户的身份识别码和密钥，并支持G S M 系统对用户的鉴权。G S M ( G l o b a lS y s t e mf o rM o b i l eC o m m u n i c a t i o n 全球移动通信系统) 手机必须装上S I M 卡才能使用。S I M 卡中有一微型电路芯片，存储了数字移动电话客户的信息、加密密钥等内容，它可供G S M网络对客户身份进行鉴别，并对客户通话时的语音信息进行加密。S I M 卡的使用，完全防止了并机和通话被窃听行为，并且S I M 卡的制作是严格按照G
4、 S M 国际标准和规范来完成的，它使客户的正常通信得到了可靠的保障。一张S I M 卡唯一识别一个用户，可插入任何一部G S M 手机中使用，所产生的通信费用则自动记录在该S I M 卡所唯一标志用户的帐户上。中国移动集团S I M 卡发展战略研究北京邮电大学硕士学位论文第6 页共7 7 页最初的S I M 卡只是作为一个简单的用户身份认证的载体，同时可以作少量的信息记录。在S T K 技术得到应用之后，人们开始借助于S T K 技术来开发更多更具“魅力”的移动增值服务功能，S I M 卡本身也具备了强大的个人信息管理功能。人们开始接受并乐于使用这些S I M 卡所带来的便利，但随之而来的就
5、是个人用户对S I M 卡提出更高的安全标准。S I M 卡较之以往的识别卡，具有以下特点：一是可靠性高一s I M 卡具有防磁、 防静电、防机械损坏和防化学破坏等能力，信息可保存1 0 0 年以上，读写次数在l O 万次以上，至少可用1 0 年；二是安全性好；三是存储容量大；四是类型多。2 2 1 主要缩略语表2 1 ：主要缩略语A D N6 F 3 A 文件中的缩位拨号记录( A b b r e v i a t e dD i a l i n gN u m b e r ) G S M全球移动通信系统I M E I国际移动设备识别号I M S I国际移动用户识别号A 3算法3 ，鉴权算法，用来
6、鉴别用户A 5算法5 ，加密算法，用于数据加密解密A 8算法8 ，密钥产生算法，用于产生K cP I N P I N 2个人识别号码个人识别号码2P U K 偿U K 2P I N 解锁号码P 矾2 解锁号码K i用户鉴权密钥；在鉴权算法A 3 和密钥生成算法A 8 中使用的密钥K e密钥；在加密算法A 5 中使用I C C I DI n t e g r a t e dC i r c u i t ( s ) C a r dI d e n t i f i e r 集成电路卡用户识别串号 M E移动设备o T AO v e rt h ea i r 空中下载S M S短消息业务S I MS u b
7、s c r i b e rI d e n t i f i c a t i o nM o d u l e 用户身份识别模块S T KS I M 卡应用工具箱2 3S I M 卡内部结构2 3 1S I M 卡物理结构S I M 卡的是一块符合I S O 标准的智能卡芯片，其内部是由是由C P U ( 微处理器) 、R O M ( 程序存储器) 、R A M ( 工作存储器) 、E E P R O M ( 数据存储器) 和I O ( 输入输出) 等器件组成的完整单片机。S I M 卡的物理特性、结构、尺寸及通讯协议都符合国际标准化组织专门为接触型I C 卡制定的国际标准I S O I E C7 8
8、 1 0 、中国移动集团S I M 卡发展战略研究北京邮电大学磺士掌位论文第 页共7 7 页7 8 1 6 1 。23 ，以及G S M I I 1 1 、G S M l l 1 4 等G S M 标准。( I ) S I M 卡物理结构图S I M 卡物理结构见如下图所示：f 脚两介E型V c c ：提供工作电压宴G N D ：参考地电压 R S T ：复住信号爿V P P ：煽程电精八( 按照卡选用 羹C L K ：时钟输八端型I O ：双向数据端口图2 - 2 ：S I M 卡物理结构一管脚S I M 卡是张带有微处理嚣的芯片卡，内建5 个模块，每个模块对应一个功能：C P U 、程序存
9、储器R O M 、工作存储器R A M 、数据存储器E E P R O M 和串行通信单元，这5 个模块集成在一块集成电路中。C O S ( C h i p O p e r a t i o nS y s t e m ，芯片操作系统) 是S I M 卡的软件平台，C O S 的主要功能是控制S L M 卡和外界的信息交互，管理S M 卡内部的存储器，接受并解释执行手机发给s l M 卡的命令。s z l t 卡* H # 构咱一 ! ! ，：一： 、：= ，：，：i 一：“?- S D 4 十# t E * P R O M 女图2 - 3 ：S I M 卡物理结构一芯片结构( 2 ) S I M
10、 卡遵循协议S I M 卡遵循协议见下图所示：中田牡功集团s 州卡艇胜艘略研兜北京邮电大学硬士学位论文第g 页共7 7 页s 瑚卡畦艟目际标准和协试卜j，一嘲1 1 1 L 、 1 、3 、一0 7一jG 跗1 1 i 1l 、 一“1 l ；o 7 8 1 6 = l j 气I _ 9 “图2 - 4 ：s “卡标准协议2 3 2S I M 卡软件结构S I M 卡是一个由软件和硬件组合而成的产品。C O S ( C h i p O p e r a t i o nS y s t e m ，片内操作系统) 是S I M 卡的大脑。C O S 的主要功能是控制S I M 卡和外界的信息交互，管理
11、S I M 卡内部的存储器、接收解释执行终端发给卡的命令。表2 - l ：S I M 卡的片内操作系统的主要功能文件管理存储C O S 功能传输管理通信安全管理鉴权S I M 卡内的软件结构具有操作系统( C O S ) 层、文件系统层和应用业务层三层结构。同时，S I M 卡的指令系统其实是操作系统( C O S ) 的一部分，S I M 卡在使用过程中，S I M 卡和手机是不断的在进行交互对话的。S I M 卡要执行手机发送的指令，完成任何的操作( 开机，使用) 都必须进行指令的交互，它贯穿与用户使用卡的每个时刻。对于普通S I M 卡，P h a s e l l 有1 7 条指令，对于
12、S T K 卡，P h a s e 儿+ 有2 1 条指令。S I M 卡指令发展见下图所示：中国移动集团S I M 卡发展战略研究北京邮电大学硕士学位论文第9 页共7 7 页P h a s eIP h a s e1 IP h a s e +S T K 卡J a v a 卡注，S I M 卡稃重足稻酽P R O M 帕大图2 5 ：S I M 卡指令发展P H A S EX X X 代表了手机发展的不同阶段先后经过了P H A S EI 、P H A S E I I 、P H A S EI I + ，以前用的3 K 卡属于P H A S EI 。8 K 卡属于P H A S E I I 。目前
13、用的基于S T K ( S I MA p p l i c a t i o nT o o lK i t ) 功能的1 6 K 卡、3 2 K 卡、6 4 K 、1 2 8 K 卡为P H A S EH + 。“+ ，表示附带S I M 应用软件包( S I MT O O LK I T ) ，P H A S EI 和P H A S EI I +的根本区别在于，P H A S EI I + 的S I M 卡不再只是被动接受手机命令，它也可以向手机发出请求，建立卡与手机乃至远程服务器之间的双向通信，这就为增值业务的开展提供了良好的环境。P H A S EI I + 所遵循的协议为G S M l1 1
14、1 S I MT O O LK I T 应用层( 应用程序告诉手机执行什么样的操作：显示菜单、发短信、连接通话；通过客户化的菜单和用户交流；与网络和远程应用服务器进行通信) 和G S M1 1 1 4 P H A S EI I + 协议层( 用于在手机和S I M 卡之间交换命令和数据) 。S T K ( S I MA p p l i c a t i o nT o o lK i t ) 技术作为P H A S EI I + 规范中明确提出的S I M卡的必备功能，即“S I M 卡开发工具包”，工具包T o o l k i t 则提供了在规范环境下开发S I M 卡应用的途径，因此S T K
15、实质上是P H A S EI I 基础上支持在S I M 卡上定制应用的扩展功能。S T K 的应用程序可以提供用户以动态菜单，支持S I M 卡与M E 通讯，并且可以命令移动设备M E 进行某一操作，通过上述指令手机才可以访问S I M 上定制的特殊应用，S I M 卡才可以处理手机对特殊应用的请求同时将处理结果反馈给手机。S I MP H A S E I I + 在S I MP H A S E I I 的基础上添加了4 条新的指令：T e r m i n a lP r o f i l eF e t c hT e r m i n a lR e s p o n s eE n v e l o
16、p e随着移动领域技术的不断进步，增值服务无疑是今后移动通信业务增长的核心，传统的语音服务将远远不能满足要求。基于短消息开展增值服务，被广泛采中国移动集团S I M 卡发展战略研究北京邮电大学硕士学位论文第l O 页共7 7 页用，这种增值服务在S I MP H A S E I I 上即能实现，遗憾的是S I MP H A S E l l 支持的1 8 条基本命令并不支持在S I M 卡上定制任何特殊应用，因此支持S T K 技术的S I MP H A S E I I + 成为增值业务得以实施的催化剂。2 3 3S T K ( S I M 卡应用工具箱)S T K 是S I MT o o lK i t 的英文缩写即S I M 卡开发工具包。是在原S I M 卡被动式的操作系统上，衍生出的S I M 卡主动交互式的操作系统。它提供的机制，允许S I M 卡中的应用与支持该
