Телефонная сим-карта: устройство

Сим-карта – устройство, представляющее собой модуль идентификации абонента. Это интегральная схема, предназначенная для безопасного хранения номера международной идентификации абонента мобильной связи (IMSI) и связанного с ней ключа, которые используются для идентификации и аутентификации абонентов на устройствах мобильной телефонии (например, мобильные телефоны и компьютеры). Кроме того, можно хранить контактную информацию на многих SIM-картах.

Сим-карты всегда используются на телефонах GSM, для устройств CDMA они необходимы только для новых LTE-совместимых аппаратов. Также их можно использовать в спутниковых телефонах.

SIM-карта является частью функции универсальной интегральной схемы (UICC), которая обычно изготавливается из ПВХ со встроенными контактами и полупроводниками. Сим-карта, устройство которой основано на цифровой технологии, может передавать данные между различными мобильными аппаратами.

SIM-карта содержит:

• уникальный серийный номер (ICCID);
• международный идентификатор мобильной связи (IMSI);
• аутентификацию и шифрование;
• временную информацию о локальной сети;
• список служб, к которым пользователь имеет доступ;
• устройство сим-карты телефона также имеет два пароля: персональный идентификационный номер (ПИН) для обычного использования и персональный код разблокировки (PUK) для разблокировки ПИН-кода.

История и выход на рынок

Первоначально формат SIM был определен Европейским институтом стандартов телекоммуникаций в спецификации с номером TS 11.11, описывающим физические и логические свойства сим-карты. С развитием UMTS спецификационная работа была частично перенесена на 3GPP.

Первая SIM-карта была разработана в 1991 году производителем мюнхенских смарт-карт Giesecke&Devrient, который продал первые 300 экземпляров финскому оператору беспроводной сети Radiolinja.

Инактивация

Во многих договорных соглашениях «с оплатой по ходу» вам необходимо периодически использовать предоплату, чтобы избежать истечения срока действия учетной записи. Этот период зависит от операторов сети, но обычно определяется период в три месяца. Это иногда связано с тем, что SIM-карта становится неактивной в сети.

Регистрация

Большинство стран и операторов требуют идентификации для активации услуги, но есть некоторые исключения, такие как SAR Гонконга.

Как устроена сим-карта телефона?

Для SIM-карт предусмотрено три рабочих напряжения: 5 В, 3 В и 1,8 В. Рабочее напряжение большинства «симок», запущенных до 1998 года, составляло 5 В. Созданные впоследствии карты совместимы с 3 В и 5 В. Современные экземпляры поддерживают напряжение 5 В, 3 В и 1,8 В.

Данные

На SIM-картах хранится информация о сети, используемая для аутентификации и идентификации абонентов в сети. Наиболее важными из них являются ICCID, IMSI, ключ аутентификации (Ki), идентификатор локальной зоны (LAI) и номер экстренного вызова оператора.

Сим-карта, устройство которой основано на схемах, также хранит другие данные, зависящие от оператора, такие как номер центра службы коротких сообщений (SMS ServiceServiceName), имя поставщика услуг (SPN), номера служебных номеров (SDN), параметры Advanceofcharge и приложения с добавленной стоимостью (VAS).

SIM-карты могут поставляться в различных объемах данных от 8 до, по крайней мере, 256 КБ. Все они позволяют хранить максимум 250 контактов, но, если в версии 32 КБ имеется место для 33 кодов мобильных сетей (MNC) или «сетевых идентификаторов», разновидность на 64 КБ имеет место для 80 MNC. Этот показатель используется сетевыми операторами для хранения информации о предпочтительных сетях и в основном применяется, когда SIM находится не в своей домашней сети, а в роуминге. Что означает такое устройство сим-карты телефона?

Оператор, который выпустил «симку», может использовать это, чтобы подключить телефон к предпочтительной сети, чтобы использовать наилучшее коммерческое соглашение для исходной сетевой компании. Это не означает, что телефон, содержащий эту SIM, может подключаться максимум к 33 или 80 сетям, а значит лишь то, что эмитент SIM-карты может указывать только до этого количества предпочтительных сетей. Если «симка» находится за пределами этих предпочтительных сетей, она будет использовать первую или лучшую доступную из них.

ICCID

Каждая SIM-карта идентифицируется на международном уровне по идентификатору интегральной схемы (ICCID). ICCID хранятся на сим-картах, а также выгравированы или напечатаны на корпусе во время процесса персонализации.

ICCID определяется рекомендацией ITU-T E.118 в качестве Первичного номера. Его компоновка основана на ИСО/МЭК 7812. Согласно E.118 число может составлять до 22 цифр, включая одну контрольную цифру, вычисленную с использованием алгоритма Луна. Однако Фаза 1 GSM определила длину ICCID как 10 октетов (20 цифр) с конкретной структурой оператора.

Международная идентификация мобильного абонента (IMSI)

SIM-карты идентифицируются в индивидуальных сетях операторов с помощью уникальной международной идентификации мобильного абонента (IMSI). Операторы мобильной сети подключаются к мобильным телефонным звонкам и обмениваются своими SIM-картами на рынке с использованием своих IMSI. Их формат следующий.

Первые три цифры представляют мобильный код страны (MCC).

Следующие две или три цифры представляют код мобильной сети (MNC). Трехзначные коды MNC разрешены E.212, но в основном используются в Соединенных Штатах и ​​Канаде.

Следующие цифры представляют собой идентификационный номер мобильного абонента (MSIN). Обычно это 10 цифр, но значение будет меньше в случае трехзначного MNC или если национальные правила указывают, что общая длина IMSI должна быть меньше 15 цифр. Все эти цифры отличаются от страны к стране, поэтому могут наблюдаться отличия в том, как устроена сим-карта. Схема же является стандартной и заводской, разница наблюдается лишь в записанной информации.

Ключ аутентификации (Ki)

Kni - это 128-битное значение, используемое для аутентификации SIM-карт в мобильной сети GSM (для сети USIM вам все равно нужен Ki, но требуются другие параметры). На каждой SIM-карте хранится уникальный Ki, присвоенный ей оператором во время процесса персонализации. Этот параметр также хранится в базе данных (называемой центром аутентификации, или AuC) в сети оператора связи.

Как устроена сим-карта с учетом вышеизложенного? Разработана она таким образом, чтобы не допускать получения Ki с помощью интерфейса смарт-карты. Вместо этого SIM-карта предоставляет функцию «Запустить GSM-алгоритм», которая позволяет телефону передавать данные на «симку», которая должна быть подписана с Ki. Это по идее делает использование сим-карты обязательным, если Ki не может быть извлечено с SIM-карты или оператор желает раскрыть этот параметр. На практике криптографический алгоритм GSM для вычисления SRES_2 (см. шаг 4 ниже) из Ki имеет определенные уязвимости, которые могут позволить извлечение этого значения с «симки» и создание дублированной SIM-карты.

Процесс аутентификации

Когда мобильное оборудование запускается, оно получает идентификатор международного мобильного абонента (IMSI) с SIM-карты и передает его оператору мобильной связи, запрашивая доступ и аутентификацию. Мобильное оборудование может передать PIN-код на сим-карту прежде, чем она откроет эту информацию.

Идентификация области местоположения

SIM хранит информацию о состоянии сети, которая принимается из идентификатора области расположения (LAI). Сети операторов делятся на районы расположения, каждый из которых имеет уникальный номер LAI. Когда устройство меняет местоположение, оно сохраняет новый LAI на SIM-карте и отправляет его обратно в операторскую сеть с новым местоположением. Если устройство работает циклически, оно будет извлекать данные с «симки» и выполнять поиск предыдущего LAI. На этой особенности работают и некоторые подслушивающие устройства с сим-картой.

SMS-сообщения и контакты

Большинство SIM-карт будут по умолчанию хранить некоторое количество SMS-сообщений и контактов телефонной книги. Контакты хранятся в простых парах «имя и номер»: записи, содержащие несколько телефонных номеров и дополнительных телефонных номеров, обычно не сохраняются на ней. Такие условия обеспечивает устройство сим-карты. Контакты могут быть сохранены весьма ограниченно. Например, когда пользователь пытается скопировать такие записи на «симку», программное обеспечение телефона разбивает их на несколько записей, отбрасывая любую информацию, которая не является номером телефона.

Количество сохраняемых контактов и сообщений зависит от SIM-карты. Ранние модели будут хранить всего пять сообщений и 20 контактов, в то время как современные сим-карты обычно могут хранить более 250 позиций.

Сим-карта: устройство и форматы

С годами развития SIM-карты стали меньше, а их функциональность не зависит от формата. За полноразмерной «симкой» последовали мини-SIM, micro-SIM и nano-SIM. Сегодня они даже бывают встроены в устройства.

Полноразмерная SIM-карта

Полноразмерная сим-карта (или 1FF, 1-й форм-фактор) стала первым форм-фактором. Она имеет размер кредитной карты (85,60 × 53,98 × 0,76 мм). Позже меньшие «симки» часто продавались встроенными в полноразмерную карту, из которой их можно вытолкнуть.

Mini-SIM

Карта mini-SIM (или 2FF) имеет такое же контактное устройство, что и полноразмерная сим-карта, и обычно поставляется в полноразмерном адапторе, прикрепленной к нему соединительными элементами. Эта схема позволяет использовать ее и в устройстве, требующем полноразмерной карты, и в аппарате, требующем мини-SIM-карту (после разрыва соединительных элементов). Поскольку полноразмерная «симка» больше не используется, некоторые поставщики называют этот форм-фактор стандартной или обычной SIM-картой.

Micro-SIM

Карта micro-SIM (или 3FF) имеет аналогичную толщину и расположение контактов, но ее отличает уменьшенная длина и ширина.

Формат микро-SIM был представлен Европейским институтом стандартов телекоммуникаций (ETSI) для установки в устройствах, слишком маленьких для мини-SIM-карты. Форм-фактор был упомянут в рабочей группе 3GPP SMG9 UMTS, которая является органом, устанавливающим стандарты для SIM-карт GSM, в декабре 1998 года, и впоследствии согласован в конце 2003 года.

Микро-SIM была разработана для обратной совместимости. Основной проблемой была контактная область чипа. Сохранение одной и той же области контакта позволяет микро-SIM быть совместимой с предыдущими, более крупными считывателями SIM-карт за счет использования пластиковых вырезов. Устройство было также разработано для работы на той же скорости (5 МГц), что и предыдущая версия. Одинаковые размеры и положение контактов привели к многочисленным учебным пособиям и видеороликам YouTube с подробными инструкциями, как обрезать мини-SIM-карту на размер micro-SIM. Однако такие действия в домашних условиях иногда приводят к тому, что в результате сим-карта не соответствует устройству или вовсе приходит в негодность.

Nano-SIM

Карта nano-SIM (или 4FF) была представлена ​​11 октября 2012 года, когда поставщики мобильных услуг в разных странах начали поставлять ее для телефонов, поддерживающих такой формат. Нано-SIM имеет размеры 12,3 × 8,8 × 0,67 мм и уменьшает предыдущий формат до области контакта, сохраняя при этом существующие функции. Небольшой ободок изоляционного материала остается вокруг контактной области, чтобы избежать коротких замыканий. Нано-SIM имеет толщину 0,67 мм по сравнению с 0,76 мм ее предшественников. Карты 4FF могут быть помещены в адаптеры для использования с устройствами, предназначенными для SIM-карт 2FF или 3FF, и для этого сделаны более тонкими, но многие телефонные компании не рекомендуют это.

IPhone 5, выпущенный в сентябре 2012 года, стал первым устройством, использующим активированные сим-карты nano, за которым последовали другие телефоны.

Предстоящее новое поколение сим-карт называется e-SIM или eSIM (embeddedSIM), которое является незаменяемым встроенным чипом в SON-8 корпусе - пайкой непосредственно на монтажной плате. Оно будет иметь возможности M2M и удаленного доступа к SIM-карте.