SIM卡

目錄
·SIM卡
·手機SIM卡原理
·SIM卡觸點電性能表
·SIM卡的內(nèi)部結構
·SIM卡的軟件特性





SIM卡
Subscriber Identity Module -- 客戶身份識別卡
它是一張符合GSM規(guī)范的“智慧卡”，SIM卡有大小之分，大卡尺寸54mm×84mm（約為名片大小），小卡尺寸為25mm×15mm（比普通郵票還小）。其實“大卡”上面真正起作用的是它上面的那張“小卡”，“小卡”上起作用的部分只有小指甲蓋那么大。目前國內(nèi)流行樣式是“小卡”，小卡也可以換成“大卡”（有個卡托即可）�！按罂ā焙汀靶】ā� 分別適用于不同類型的GSM移動電話，早期的機型如摩托羅拉GC87C、308C等手機用的是“大卡”，現(xiàn)在新出的機型基本上都是用“小卡”。 SIM 卡可以插入任何一部符合GSM規(guī)范的移動電話中，“實現(xiàn)電話號碼隨卡不隨機的功能”，而通話費則自動計入持卡用戶的帳單上，與手機無關。

SIM卡叫“用戶識別卡”，它實際上是一張內(nèi)含大規(guī)模集成電路的智能卡片，用來登記用戶的重要數(shù)據(jù)和信息。SIM卡最重要的一項功能是進行鑒權和加密。當用戶移動到新的區(qū)域撥打或接聽電話時，交換機都要對用戶進行鑒權，以確定是否為合法用戶。這時，SIM卡和交換機同時利用鑒權算法，對鑒權密鑰和8位隨機數(shù)字進行計算，計算結果相同的，SIM卡被承認，否則SIM卡被拒絕，用戶無法進行呼叫。SIM卡還可利用加密算法，對話音進行加密，防止竊聽。



手機SIM卡原理
一、SIM卡的基本組成
SIM卡是帶微處理機的芯片卡，它由CPU、工作存儲器RAM、程序存儲器ROM、數(shù)據(jù)存儲器EEPRoM和串行通信單元5個模塊組成，這5個模塊集成在一塊集成電路中。例如Motorola公司的SC21 SIM卡，其CPU為68H05， RoM為6144比特，RAM為12比特，EEPROM為2992比特可擦除，16比特不可擦除，它們集成在一片集成電路中。目前市場上幾種主要SIM卡的結構數(shù)據(jù)如下。

表一：幾種主要SIM卡的結構數(shù)據(jù)
廠商 SIM卡型號 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卡中的用戶信息
SIM卡上包含了所有屬于本用戶的信息。它是一張符合GSM規(guī)范的“智能”卡，它內(nèi)部包含了與用戶有關的，被存儲在用戶這方的信息，包括：
A、鑒權和加密信息Ki（Kc算法輸入?yún)��?shù)之一、密鑰號）；
B、國際移動用戶號（IMSI）；
C、A3：IMSI認證算法；
D、A5：加密密鑰生成算法；
E、A8：密鑰（Kc）生成前，用戶密鑰（Kc）生成算法。
F、呼叫限制信息、縮位撥號信息，此外，為了網(wǎng)絡操作運行， SIM還應能存儲一些臨時數(shù)據(jù)，即：臨時移 動臺識別號（TMSI）、區(qū)域識別碼（LAI）、密鑰（Kc）。

GSM手機要想得到GSM系統(tǒng)的服務需要插入SIM卡，才能使用手機。當然使用"112" 是可以不用SM卡的，這在維修中非常有用，如果可以使用“112”，就說明手機的接收、發(fā)送電路沒有
大的故障。
SIM卡的應用，使手機不固定地“屬于”一個用戶，若手機將別人的“SIM"卡插進去打電話，營業(yè)部門只收該卡產(chǎn)權用戶的話費，換句話說，就是插誰的卡打電話，就收誰的費。GSM系統(tǒng)是通過SIM卡來識別GSM手機用戶，而不是靠手機來識別用戶。

目前 ，營業(yè)部門沒有對手機的國際移動設備識別（IMEI）碼實行鑒別，如果實行鑒別，帶機人網(wǎng)的用戶 數(shù)量可能會下降，不利于吸引更多的用戶使用GSM手機。
個人識別碼（PIN）是SIM卡內(nèi)部的一個存儲單元，錯誤地輸入P1N碼3次，將會導致“鎖卡”的現(xiàn)象，此時只要在手機鍵盤上按一串阿拉伯數(shù)字（PUK碼，即帕克碼），就可以解鎖。但是用戶一般不知道PUK碼。要特別注意：如果嘗試輸入10次仍未解鎖，就會“燒卡”，就必須再去買張新卡了。設置PIN可防止SIM卡未經(jīng) 授權而使用。一般情況下不要改動PIN碼，SIM出廠設置的PIN碼都為“1234”。
每當移動用戶重新開機時，GSM系統(tǒng)與手機之間要自動鑒別SIM卡的合法性，
即和手機對一下“口令”，只有在系統(tǒng)認可之后，才為該移動用戶提供服務，系統(tǒng)分配給用戶一個臨時號碼
（TMSI），在待機、通話中使用的僅為這個臨時號碼，這就增加了保密度。

三、SIM卡的電氣連接
SIM卡在與手機連接時，最少需要5個連接線，如下：

1、電源Vcc
2、時鐘（CLK）
3、數(shù)據(jù)I/O （Data）
4、復位（RST）
5、接地端（GND）

SIM卡通過讀卡器端口與手機及GSM系統(tǒng)聯(lián)系，使用時要小心，不要用手去摸上面的觸點，以防止靜電損壞，更不能折疊。如果SIM卡臟了，可用酒精棉球輕擦。
SIM卡觸點的功能如上圖所示：從其上缺角的一邊開始,分別為I/O、Vpp、 GND；另邊則為CLK， RESET，Vcc，其余兩個點沒有用上。
每當開機時，手機都要與SIM卡進行數(shù)據(jù)交流，用示波器可以在SIM卡座上測到一些數(shù)據(jù)信號，沒插卡時，這些信號不會送出�？芍^“瞬間即逝”，但可以用示波器捕捉到，以此判別SIM卡電路有無故障。


SIM卡觸點電性能表


觸 點
低電平
高電平

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 輸入
0V《U〈0.4V，I=1mA
0.7V《U〈Vcc，I=20uA
輸出
0V《U〈0.8，I=1mA
3.8V《U〈Vcc，I=20uA



SIM卡的內(nèi)部結構
SIM卡是一個裝有微處理器的芯片卡，它的內(nèi)部有5個模塊，并且每個模塊都對應一個功能：微處理器CPU（8位）、程序存儲器ROM（3～8kbit）、工作存儲器RAM（6～16kbit）數(shù)據(jù)存儲器EEPROM（128～256kbit）和串行通信單元。這5個模塊被膠封在SIM卡銅制接口后與普通IC卡封裝方式相同。這5個模塊必須集成在一塊集成電路中，否則其安全性會受到威脅，因為芯片間的連線可能成為非法存取和盜用SIM卡的重要線索。

SIM卡的供電分為5V（1998年前發(fā)行）、5V與3V兼容、3V、1.8V等，當然這些卡必須與相應的手機配合使用，即手機產(chǎn)生的SIM卡供電電壓與該SIM卡所需的電壓相匹配。SIM卡插入手機后，電源端口提供電源給SIM卡內(nèi)各模 塊。

檢測SIM卡存在與否的信號只在開機瞬時產(chǎn)生，當開機檢測不到SIM卡存在時，將提示“InsertCard（插入卡）”；如果檢測SIM卡已存在，但機卡之間的通信不能實現(xiàn)，會顯示“CheckCard（檢查卡）”；當SIM卡對開機檢測信號沒有響應時，手機也會提示“InsertCard（插入卡）”；當SIM卡在開機使用過程中掉出、由于松動接觸不良或使用報廢卡時，手機會提示“Bad Card/SIM Error（壞卡/SIM卡錯誤）”。

SIM卡的存儲容量有3kB、8kB、16kB、32kB、64kB等。目前多為16KB和32KB，STK卡(SIM application Tool Kit)是SIM卡的一種，它能為手機提供增值服務，如移動夢網(wǎng)業(yè)務等。SIM卡能夠儲存多少電話號碼和短信取決于卡內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器EEPROM的容量（有2KB、3KB、8KB容量），假設一張EEPROM容量為8KB的SIM卡，可儲存以下容量的數(shù)據(jù)：100組電話號碼及其對應姓名、15組短信息、25組最近撥出的號碼、4位SIM卡密碼（PIN）。



SIM卡的軟件特性

SIM卡采用新式單片機及存儲器管理結構，因此處理功能大大增強。其智能特性的邏輯結構是樹型結構。全部特性參數(shù)信息都是用數(shù)據(jù)字段方式表達，SIM卡中存有3類數(shù)據(jù)信息：
1.與持卡者相關的信息以及SIM卡將來準備提供的所有業(yè)務信息，這種類型的數(shù)據(jù)存儲在根目錄下；
2.GSM應用中特有的信息，這種類型的數(shù)據(jù)存儲在GSM目錄下；
3.GSM應用所使用的信息，此信息可與其他電信應用或業(yè)務共享，位于電信目錄下。
在SIM卡根目錄下有3個應用目錄，一個屬于行政主管部門應用目錄，另外兩個屬于技術管理的應用目錄，分別是GSM應用目錄和電信應用目錄。所有的目錄下均為數(shù)據(jù)字段，有二進制的和格式化的數(shù)據(jù)字段。數(shù)據(jù)字段中的信息有的是永存性的即不能更新的，有的是暫存的需要更新的。每個數(shù)據(jù)字段都要表達出它的用途、更新程度、數(shù)據(jù)字段的特性。

• 通信詞典解釋