SIM卡体系结构

SIM卡体系结构第一节SIM卡系统描述 (1)第二节拓扑结构 (1)第三节物理接口 (2)3.1幅面 (2)3.2内部结构 (2)第四节电源 (3)第五节接口协议 (4)5.1 交流协议 (4)5.2 安全特性 (4)5.3 稳定性 (5)5.4 差错控制 (5)第六节系统配置 (5)6.1 命令集 (5)6.2 预激活SIM卡 (6)第七节数据流模型 (7)7.1 SIM卡数据的一般构成 (7)7.2 SIM卡的数据结构 (7)7.2 SIM 卡中存储的信息表 (7)第八节SIM卡设备 (9)第九节SIM卡硬件和软件 (9)第十节扩展体系结构 (9)第一节SIM卡系统描述SIM卡（Subscriber Identity Module）即用户身份模块，除某些特殊情况（例如紧急呼叫），在没有SIM卡时，GSM用户不能接入GSM服务。

该模块可以说是GSM用户功能实体，它包含了所有的用户数据，特别是鉴别用户过程和与用户有关的信息。

SIM卡应符合ISO7816标准，该标准确定了机电特性和微电路卡功能，常被称为“跳蚤”卡。

在Phase2+中GSM建议定义了一个控制底板，SIM卡能将其联于手机。

人们说SIM卡为“前激活”。

SIM卡通过与网络发送的短消息相结合，提供了一些重要的能力，即确定了对每个运营者的特殊服务。

第二节总线拓朴结构无第三节物理接口3．1 幅面人们通过尺寸区别两种形式的SIM卡：大的ID-1型SIM卡和小的plug-in型SIM卡·ID-1型SIM卡，其尺寸与信用卡一样。

它符合规范IOS7810和7811，嵌入和取出这种卡比Plug-in型SIM卡要快。

·Plug-in型SIM卡，其尺寸小。

这种卡是手机常用的形式。

它在手机中的嵌入和取出不如ID-1型SIM卡那么简单。

“规范”中规定了基站可同时接受ID-1型和Plug-in型两种SIM卡。

对手机来说，ID-1型SIM卡在呼叫期是嵌入的，那么它只用到呼叫结束。

如果ID-1型SIM卡被取出，则Plug-in型SIM卡可接入使用。

最后，在呼叫期间如果取出ID-1型SIM卡，呼叫则自动中断。

3．2内部结构SIM卡是围绕着处理器组织的。

它包括了几种存储器【44】·ROM(Read Only Memory)，典型容量为16K字节，含有卡的开发系统，算法A3和A8（也可能A38）是专有使用；·EEPROM(Electricaly Erasable Programmable Read Only)，储存多少电话号码取决于卡的EEPROM的容量,典型容量为8K字节，它包含了全部GSM规范定义域和与专有使用有关的数据；·RAM(Random Access Memory)，其容量还可以减小，典型值是数百字节，它包含与专有使用有关的数据。

使用电可编程只读存储器EEPROM的SIM卡能保存手机关机时所存储的信息，并在必要时提取这些信息。

使用者只要保存好SIM卡，即使更换手机仍可按同样身份使用。

·SIM卡是带有微处理器的芯片卡，内有5个模块，每个模块对应一个功能：CPU（8位）、程序存储器ROM（6-16kbit）、工作存储器RAM（128-256kbit）、数据存储器EEPROM（2-8kbit）和串行通信单元，这5个模块集成在一块集成电路中。

SIM卡在与手机连接时，最少需要5个连接线：*电源（Vcc）*时钟（CLK）*数据I/Q口（Data）*复位（RST）*接地端（GND）·电源开关时，SIM卡电气性能为：当开启电源期间，按以下次序激活各触点：RST 低电平状态；Vcc加电；I/O口处于接收状态；Vpp加电；提供稳定的时钟信号。

当关闭电源时，按如下次序工作：RST低电平状态；CLK低电平状态；Vpp去电；I/O口低电平状态；Vcc掉电。

第四节电源●供电电压VccSIM卡所消耗的电压不能超过上表所示的电压范围。

当SIM卡处在IDLE状态时，所消耗的电流不能超过200 µA（条件：1 MHz 、25°C），●REST(RST)一个卡有8个电接点，其中只有5个用于GSM phase2 阶段（对于ISO卡有6个用于phase1）。

SIM卡由手机供电，电压范围位4.5至5V。

在正常工作状态耗电约10mA，在守候状态下总耗电不会超过200mA（带1MHz时钟）。

为了减少耗电，新开发的卡用3V供电。

最终5V卡被淘汰。

时钟信号是由手机提供的；频率在1MHz至5MHz之间，典型值时3.579545MHz。

一个接点可以在终端和SIM卡之间交换数据，速率时时钟频率的1/372即典型值位9.6kb/s。

在phase2+中，速率将大大提高，在初始化期间可以选择。

插脚可以通过手机使SIM卡初始化。

在输入输出插角上，手机可以同时发送卡的结构。

手机和卡遵循一定的会话协议交流消息，不同的协议事实上对于卡来说是标准化了，多种特性和字符相混杂是比较少见和复杂的，方向是模块化。

第五节总线协议5．1交流协议手机和SIM卡交流数据遵循ISO7816-3规范的“T=0”协议，它定义了一批SIM卡。

这是一个简单的协议，它采用了带错误检测的字符异步发送，在出错时，借助于偶数位并立即重复。

会话总是发生在手机初始化时。

最后发出命令，SIM卡回复这些命令。

一条命令占开头5个字节，·指令级别CLA确定了应用类型（A0值在GSM中是十六进制）；·域INS给出指令；·域P1和P2，必要时用来确定指令参数；·域P3，给出长度、命令长度，或待回复长度。

数据域可能在命令中表示。

回复包含在尾部两个字节SW1和SW2(Status Word)中，它指示命令的成败。

如果命令不包括它们的话，也可能在数据域前面。

码SW1一般值在90和9F之间（十六进制，90意味着正结算），或60和6F之间，后者指出应用中的问题。

在拒绝执行命令的情况下，码SW2一般确定原因（例如CHV未复原）。

最靠左的字节总是首先发送。

用“T＝0”交流协议时，在两个方向上用一个回复命令是不行的。

为了避免这个缺陷，定义了一个特别的命令EGT RESPONSE。

终端首先发出带接入数据的命令；卡通过SW1和SW2运行，SW1取值9F，SW2给出要发送的数据长度，然后终端发出命令GET RESPONSE，但无数据，从而使卡能发出其数据。

5．2安全特性SIM卡内有一定数量的安全字符。

作为“跳蚤”卡，它具有一个密钥集，用以保障不同介入者的个性安全（制造商、运营者……）。

SIM卡还有密钥和GSM专用的验证算法，它用了4至8个数字密码，称之为CHV1和CHV2。

CHV1码（Card Holder Verififccation1）用于用户身份。

它常常在GSM的Phase1中使用，以个人身份码PIN(Personal Identity Number)来表示。

一个有缺陷的码在服务预订期内由供应商负责。

这个码可由使用者修改，使用者可以决定使用或者不使用CHV1功能。

在CHV1免激活功能不用的情况下，这个码在每次插入SIM卡或每次加电时要为用户申请。

CHV2码（在Phase1中称为PIN2）指出了身份的附加部分，例如运营公司方面的信息。

如果网络运营者需要的话，他就可以使用CHV2码。

这个码具有CHV1码相同的特征，但不能免激活。

在CHV1和CHV2之间不存在任何等级关系。

使用CHV1只授予了关于这个码的功能，而不授予关于CHV2的功能，反之亦然。

当使用者引入了一定次数的错码时，CHV(CHV1或CHV2)被阻塞。

阻塞就是把SIM卡置于禁止手机有任何激活的状态。

只有通过CHV解阻塞密钥才可能解除CHV的阻塞。

CHV1和CHV2解阻塞密钥有8个数字，在Phase1中称为个人身份码解锁密钥PUK(PIN Unblocking Key)，在Phase2中称为解锁CHV。

如果有一个错码进入，将给用户一个指示。

在10次失败后，解阻塞密钥在回路内封锁，即使连续试验，手机也处于关机状态。

这样卡就完全无用了。

5.3 稳定性无5.4 差错控制在收到ATR（Answer to Reset）指令后，那些不遵循协议的信号，比如ATR强制信号或所传输的字节太少，手机都将会执行复位，除非在手机接收到至少连续三个错误的ATR指令后，手机才不会拒绝同SIM卡通信。

第六节系统配置命令集1．数据接入指令好几个命令建立了SIM卡的开发系统：·SELECT，它允许选择标有字头的文件，然后SIM卡在收到GET RESPONSE中指出所选文件的状态（它可能是一个目录）；·STATUS，用它可以获得选用的通用文件的状态，这个中性命令为手机用来周期性查询激活前的SIM卡，以便知道SIM卡是否要发出某个命令；·READ BINARY和READ RECORD，由SIM卡分别激励文件中记录的字节组发送；·UPDATE BINARY和UPDATE RECORD，分别修改字节或通用文件中的记录；·SEEK，搜索所选通用文件中的某字节序列（仅对于不透明文件）；·INCREASE，可以周期性给初始文件加一些记录。

2．与安全有关的指令好几个命令可以管理不同的通行字：·VERIFY CHV，CHV1/2的检验（检验用户号码CHV1/运营者号码CHV2）；·CHANGE CHV，修改CHV1/2;·DISABLE CHV，去激活CHV1；·ENABLE CHV，重新激活CHV1；·UNBLOCK CHV，释放CHV1/2。

有以下几个指令管理着附加安全功能：·INV ALIDATE，取消某类文件，这类文件对READ命令而言已不值一读了；·REHABILITATE，恢复一个文件；·RUN GSM ALGORITHM，执行算法A3。

3．与会话有关的指令“T=0”协议是十分有限的，命令总是由终端引入的，而且不能双向交流数据。

为了避免这些缺陷，定义和使用了好几条指令，特别针对激活前的SIM卡：·GET RESPONSE，询问包含有接入参数的前一命令的结果。

这个命令是在9FXX完整回复后被使用，例如在SELECT、INCREASE、SEEK和RUN GSM ALGORITHM；·ENVELOPE，在激活前的SIM卡中转移SIM卡应用数据（见12.5节）；·FETCH，询问SIM卡，以便它转移SIM应用命令；·TERMINAL RESPONSE，转移终端回复给SIM卡发出的预激活命令；·TERMINAL PROFILE，给SIM卡发送由终端支持的功能，引导SIM卡应用。