手機通訊身份證之SIM卡介紹(詳細圖文介紹)

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手機通訊身份證之SIM卡

SIM卡

　　SIM卡是（Subscriber Identity Module 客戶識別模塊）的縮寫，也稱為智能卡、用戶身份識別卡，GSM數字移動電話機必須裝上此卡方能使用。它在一電腦芯片上存儲了數字移動電話客戶的信息，加密的密鑰以及用戶的電話簿等內容，可供GSM網絡客戶身份進行鑒別，並對客戶通話時的語音信息進行加密。

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標准SIM卡

　　SIM卡主要用於GSM系統，但是兼容的模塊也用於UMTS的UE（USIM）和IDEN電話。有人把CDMA2000和cdmaOne的RUIM卡和UIM卡，也稱作SIM卡，雖然兩者作用類似，並遵守了一樣的所有機械、電氣標准和部分軟件標准，但是上層應用並不一定兼容。SIM由CPU、ROM、RAM、EEPROM和I/O電路組成。用戶使用SIM時，實際上是手機向SIM卡發出命令，SIM卡應該根據標准規范來執行或者拒絕；SIM卡並不是單純的信息存儲器。

　　SIM卡在GSM系統中的應用，使卡和手機分離，SIM卡唯一標識一個客戶。一張SIM卡可以插入任何一部GSM手機中使用，而使用手機所產生的通信費則自己記錄在該SIM卡所唯一標識的客戶帳上。SIM卡容量有8K、16K、32K、64K，其中512k以上的大容量的SIM卡統稱為STK卡。

SIM卡物理結構

　　現在SIM卡擁有四種的物理結構，最早的版本的尺寸是與標准信用卡相同（85×54×0.78毫米），觸點則符合ISO 7816對ID-1型IC卡的規定。

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現時四種大小的SIM卡類型

　　由於手機小型化，目前的SIM卡，又稱“Mini SIM”，一般裁剪為25x15毫米的插入式。發售時一般嵌在一個ID-1型卡中，使用前沿著預制切口取下。

　　2010年，歐洲電信標准協會（European Telecommunications Standards Institute）再從Mini SIM發展出縮小為15x12毫米的“Micro SIM”卡，Micro SIM卡首次使用在蘋果公司所推出的iPad及iPhone 4，後續iPhone 4S、iPad 2等眾多智能手機都有采用。

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現在SIM卡均提供多種尺寸選擇

　　2011年，蘋果公司提出“Nano SIM”卡（8.8x12.3毫米）標准，經過2012年的一番競爭，該標准被歐盟采納為4FF標准。“Nano SIM”卡最早被應用在iPhone 5與iPad mini。

SIM卡原理與內部結構

　　SIM卡實際是裝有微處理器的芯片卡，在這裡面存儲了數字移動電話客戶的信息，加密的密鑰以及用戶的電話簿等內容，可供GSM網絡客戶身份進行鑒別，並對客戶通話時的語音信息進行加密。

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SIM卡接線位置

　　它的內部有5個模塊，並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）數據存儲器EEPROM（128～256kbit）和串行通信單元。這5個模塊被膠封在SIM卡銅制接口後與普通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年前發行）、5V與3V兼容、3V、1.8V等，現在的Micro SIM與Nano SIM卡均是1.8V，要求手機產生的SIM卡供電電壓與該SIM卡所需的電壓相匹配。SIM卡插入手機後，電源端口提供電源給SIM卡內各模塊。

　　SIM卡在與手機連接時，最少需要5個連接線：電源(Vcc) 、時鐘(CLK) 、數據I/O口(Data) 、復位(RST) 、接地端(GND)，如下圖：

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SIM卡接線位置

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SIM卡接線位置

SIM卡保存的數據

（1）由SIM卡生產廠商存入的系統原始數據。

（2）由GSM網絡運營部門或者其他經營部門在將卡發放給用戶時注入的網絡參數和用戶數據。包括鑒權和加密信息Ki（Kc算法輸入參數之一：密匙號）；國際移動用戶號（IMSI）；A3：IMSI認證算法；A5：加密密匙生成算法；A8：密匙（Kc）生成前，用戶密匙（Kc）生成算法；

（3）由用戶自己存入的數據。比如，短消息、固定撥號，縮位撥號，性能參數，話費記數等。

（4）用戶在用卡過程中自動存入和更新的網絡接續和用戶信息類數據。包括最近一次位置登記時的手機所在位置區識別號（LAI），設置的周期性位置更新間隔時間，臨時移動用戶號（TMSI）等。

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SIM卡保存的數據

　　這些數據都存放在各自的目錄項內，第一類數據放在根目錄，當電源開啟後首先進入根目錄，再根據指令進入相關的子目錄，每種目錄極其內部的數據域均有各自的識別碼保護，只有經過核對判別以後才能對數據域中的數據進行查詢，讀出和更新。上面第一類數據通常屬永久性的數據，由SIM卡生產廠商注入以後無法更改，第二類數據只有網絡運行部門的專門機構才允許查閱和更新，再第三、四類數據中的大部分允許用戶利用任何手機對其進行讀/寫操作。

GSM網絡登錄原理

　　對於一個用戶號碼來說，IMSI和KI碼是唯一的。TMSI是隨時變動的。但IMSI很用以被復制。KI碼需要攻擊算號才出來。TMSI是電信服務商發給的。

1. 手機開機後會從SIM卡中讀取IMSI(15個數字)和TMSI(4字節)；

2. 手機登錄網絡時，將會IMSI或TMSI發給網絡；

3. 網絡判斷到該IMSI或TMSI有效，要生成一個128bit的RAND，然後發給手機；

4. 手機收到RAND後，將RAND發給SIM卡；

5. SIM以裡面的KI為密鑰對RAND進行A3A8運算，生成(SRES+Kc)；

6. 手機讀取(SRES+Kc)(32bit+64bit)，並將SRES發給網絡；

7. 網絡自己進行一次A3A8運算，如果結果與手機返回的SRES相同，則認為該用戶合法。

　　熟知這個原理之後，一些有鎖手機的卡貼、寫卡解卡等手段的解鎖均是從這幾個步驟發展而來。以有鎖at&t合約iPhone為例，需要登陸中國移動網絡。iPhone是利用要at&t卡的IMSI在中國移動的網絡裡取得進網許可，首先利用卡貼或者寫卡解卡等手段寫進at&t的IMSI碼，向中國移動發送此IMSI碼，此時中國移動認為這個卡是at&t國際漫游過來的，就分配給他一個TMSI（臨時的IMSI），此時TMSI與IMSI配合登錄個人帳戶系統的時候中國移動發現他是國內的用戶，繼而開放權限，按照正常帳戶處理了。

附件：卡貼

卡貼利用SIM卡登陸漏洞實現解鎖

　　當然這只是最簡單的解鎖方法，其中卡貼是比較簡單的解鎖方式，但是有可能存在信號與穩定問題，而寫卡解卡能夠比較好解鎖手機，但是其破解過程，當中的KI碼攻克是比較困難的事情，只有獲取了KI碼，才有可能獲取內部的IMSI碼，加上隨著加密技術的不斷發展，現在有很大一部分的新SIM卡均很難進行破解寫卡。

SIM卡常見故障

　　1、每當手機打開時，手機都要與SIM卡進行數據交流。沒插卡時，這些信號是不會送出的。當手機插入SIM卡後無任何反應或插入SIM卡顯示出錯時，這可能是因為SIM卡開關不良或接觸不良或使用廢卡產生的。如果換新卡後故障仍然存在，那麼故障一般發生在SIM卡供電部分。在SIM卡插座的供電端、時鐘端、數據端，開機瞬間可用示波器觀察到讀卡信號，如無此信號，應為SIM卡供電開關周邊電阻電容元件與卡脫焊問題。

　　2、如SIM卡在一部手機上可用，在另一部手機上不能用，可能是在手機中已經設置了“網絡限制”和“用戶限制”功能。這可以通過16位網絡控制碼（NCK）或用戶控制碼（SPCK）啟動該手機的限制功能，這需要網絡運營商解決。另外，這種故障也可能是SIM卡供電偏低或接觸不良造成的 。

　　3、一般SIM卡的檢測需要再初始開機時執行，當開機檢測不到SIM卡存在時，將提示“插入SIM卡”；如果檢測SIM卡已存在，但機卡之間的通信不能實現，會顯示“檢查SIM卡”；當SIM卡對開機檢測信號沒有響應時，手機也會提示“插入SIM卡”；當SIM卡在開機使用過程中掉出、由於松動接觸不良或使用報廢卡時，手機會提示“SIM卡錯誤”。

剪卡需要注意的問題

　　前面我們已經了解到SIM卡的物理與內部的結構，其真正起到作用的是很小的一部分，其余的金屬與塑料均是無意義的封裝面積。

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觀察SIM大小與金屬部位的位置

　　剪卡前，我們需要分辨SIM卡的類型，早期的SIM卡與現在SIM卡，表面的結構與連接線是不一樣的。SIM卡金屬部分，有位置的接線是沒有功用的（如SIM卡結構接線圖所示），因此裁剪去也並不會對SIM卡產生影響。只要裁剪的時候注意保持SIM卡有功用的接線位置保持完整即可。按照現在來看，較新的SIM卡都可以進行裁剪操作，只有年代較為久遠的才需要進行SIM卡的更換。

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剪卡後需要進行打磨

　　剪卡的方法有比較多種，最直接粗暴的便是利用剪刀，按照SIM卡貼紙來進行裁剪，過程中需要適當剪大一些，好進行後期的打磨調整。此外直接購買剪卡器也是一件更方便的事情，現在市面上有Micro SIM與Nano SIM兩種剪卡器。前者可以輕松裁剪好，只需進行邊緣的稍微打磨即可使用，而Nano SIM卡裁剪後，由於其厚度要更加薄，因此打磨方面需要多花一些功夫與時間。