Принцип SIM-карты

Размещено на http://www.allbest.ru/

Принцип SIM-карты

Введение

На самом деле SIM-карта -- это частный случай контактной смарт-карты с микропроцессором. Представляет из себя достаточно защищенный микрокомпьютер с CPU, ROM (опционально), RAM и NVRAM (которая выступает в качестве аналога жесткого диска в PC), с аппаратными генераторами случайных чисел и аппаратной реализацией крипто-алгоритмов.

SIM-карты применяются в сетях GSM. Другие современные сотовые сети обычно также применяют другие модули идентификации, обычно внешне схожие с SIM и выполняющие аналогичные функции -- USIM в сетях UMTS, R-UIM в сетях CDMA и пр.

1. История появления

В сетях 1G идентификацию абонента в сети проводили по заводскому номеру сотового телефона -- ESN (Electronic Serial Number). Таким образом, как сотовый телефон, так и абонент идентифицировались единым кодом. Такой подход порождал полную зависимость номера абонента и пакета предоставляемых ему услуг от конкретного экземпляра телефона. Поменяв сотовый телефон (включая случаи поломки и кражи телефона), абонент был вынужден обращаться в офис оператора для того, чтобы телефон перепрограммировали и его серийный номер внесли в базу данных оператора, что некоторые операторы делали платно.

Очевидно, что более удобна идентификация абонента, независимая от телефона. В стандарте GSM было предложено разделить идентификацию абонента (с помощью SIM-карты) и оборудования (для этого используется IMEI -- международный идентификатор мобильного оборудования).

2. Стандарты

GSM-сим-карта является разновидностью обычной ISO 7816 смарткарты. Стандарт на специфические особенности карты для GSM SIM устанавливает Европейский институт телекоммуникационных стандартов, документы GSM 11.11, GSM 11.14 и GSM 11.19. Современные карты имеют возможность исполнения приложений на карте, в связи с чем поддерживают функциональность JavaCard.

В связи с попытками интегрировать RFID-технологии в сотовые телефоны SIM-карты предлагают оснащать также вторым физическим интерфейсом Single Wire Protocol для прямой связи с микросхемой физического уровня NFC.

3. Функции и характеристики

Основная функция SIM-карты -- хранение идентификационной информации об аккаунте, что позволяет абоненту легко и быстро менять сотовые аппараты, не меняя при этом свой аккаунт, а просто переставив свою SIM-карту в другой телефон. Для этого SIM-карта включает в себя микропроцессор с ПО и данные с ключами идентификации карты (IMSI, Ki и т. д.), записываемые в карту на этапе её производства, используемые на этапе идентификации карты (и абонента) сетью GSM.

Также SIM-карта может хранить дополнительную информацию, например:

· телефонную книжку абонента

· списки входящих/исходящих/пропущенных телефонных звонков

· текст входящих/исходящих SMS.

В современных телефонах чаще всего эти данные не записываются на SIM-карту, а хранятся в памяти телефона, поскольку SIM-карта имеет достаточно жёсткие ограничения на формат и объём хранимых на ней данных. Сим-карта содержит микросхему памяти, поддерживающую шифрование. Существуют карты различных стандартов, с различным размером памяти и разной функциональностью. Есть карты, на которые при производстве устанавливаются дополнительные приложения (апплеты), такие как сим-меню, клиенты телебанка, и т. д. На самой карте телефонный номер абонента (MSISDN) в явном виде не хранится, он присваивается сетевым оборудованием оператора при регистрации сим-карты в сети на основании её IMSI. По стандарту при регистрации одной SIM-карты в сети оператор может присвоить ей несколько телефонных номеров. Однако эта возможность требует соответствующей поддержки инфраструктурой оператора (и соответствующих затрат с его стороны), поэтому чаще всего не применяется. При утрате сим-карты абонент должен поставить в известность оператора, утерянная карта блокируется, и абоненту выдаётся новая карта (платно или бесплатно, в зависимости от условий оператора). Номер телефона, баланс и все подключённые услуги при этом остаются неизменными, но все абонентские данные, хранившиеся на SIM-карте, не подлежат восстановлению. Сим-карта устанавливается в SIM-держатель сотового телефона, который в современных сотовых телефонах обычно располагается под аккумуляторной батареей. Расположение сим-держателя под аккумулятором не позволяет устанавливать/извлекать сим-карту при включённом питании телефона, потому что это может привести к повреждению карты.

4. Форматы и размеры сим-карт

микропроцессор технология сеть

SIM-карты в течение нескольких десятилетий постепенно уменьшались в размерах, однако сохраняли функциональность и совместимость вне зависимости от формата. Изначально карты выпускались в полноразмерном формате, затем в виде mini-SIMs. С середины 2000-х внедряются карты форматов micro-SIM. С начала 2010-х -- nano-SIM. Иногда, например в устройствах M2M, функции SIM-карт реализуются встроенной в устройство микросхемой.

Таблица 1. Размеры SIM-карт

· Полноразмерная SIM-карта (86Ч54x0,84 мм) -- устаревший стандарт, использовался в ранних сотовых телефонах (размером с банковскую карту);

· Mini-SIM-карта (25Ч15x0,76 мм) -- широко используется в GSM-телефонах и в большинстве телефонов с 3G, выпущенных в 2000-х и начале 2010-х годов;

· Micro-SIM (15Ч12x0,76 мм) -- используется в новых моделях с 3G и LTE (Nokia N9, всех моделях линейки Nokia Lumia, LG U880, Samsung Galaxy S III, новых моделях BlackBerry, например Z10, Q10, Sony Xperia, LG Nexus 5 и других)

· Nano-SIM (12,3Ч8,8x0,67 мм) -- Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) был утверждён следующий размер Nano-SIM: длина -- 12,3 мм, ширина -- 8,8 мм, а толщина -- 0,67 мм. Официальный стандарт Nano-SIM предполагает полную совместимость с предыдущими вариантами. По существу, новая сим-карта является такой же, как и Micro-SIM, только с убранными пластиковыми краями. При принятии решения эксперты посчитали, что предложение от Apple наиболее удобное и простое [1].

Прорабатываются варианты SIM-карт следующего поколения (5FF, англ. eUICC), которые, вероятно не будут сменными [2].

SIM-карты обычно выпускаются в виде пластиковых карт большего размера, из которых по заготовленному шаблону извлекается («выламывается») модуль формата Mini/Micro/Nano.

4.1 Micro-SIM

Micro-SIM (3FF) -- созданная в 2003 году миниатюрная альтернатива SIM-карты для идентификации абонентов на мобильных устройствах. Физический размер карты составляет 12Ч15 мм. Micro-SIM меньше, чем mini-SIM, использовавшаяся ранее в мобильных устройствах, однако контактная пластина и интерфейс обмена у них, как правило, идентичны. Поэтому в большинстве случаев можно получить micro-SIM из mini-SIM путём обрезки пластикового корпуса [3].

4.2 Nano-SIM

Формат Nano-SIM (4FF) с размерами 12,3Ч8,8x0,67 мм был введён в октябре 2012 года. Такие карты стали ещё меньше предыдущих форматов и при этом сохранили расположение контактов. Также они на 12 % тоньше, чем ранее применявшийся вариант 0,76 мм. С помощью адаптера 4FF карта может использоваться в качестве 2FF или 3FF [4].

Первыми устройствами, использующими nano-SIM, стали iPhone 5, выпущенные в сентябре 2012.

4.3 e-SIM

Кардинально решить проблему миниатюризации мобильных устройств предложила GSMA в 2014 году в виде технологии Remote SIM Provisioning. В рамках этой технологии предлагалось SIM-карту в виде микросхемы запаивать в устройство на этапе его изготовления (отсюда встроенная SIM, embedded-SIM, e-SIM).

Оператор мобильной связи передает клиенту не SIM-карту, а набор зашифрованных данных, которые клиент вводит в свое устройство. Новая технология позволит не только отказаться от слотов под SIM-карты и самих карт, но и устанавливать в одно устройство несколько профилей операторов, решив проблему нескольких SIM-карт.

4.4 Virtual SIM

Virtual SIM -- общее название разнообразных нестандартных технических решений, позволяющих вынести SIM-карту из мобильного телефона. SIM-карта устанавливается в специальное устройство, подключенное к интернету (например, модем, другой сотовый телефон, специальный сервер SIM-карт) или связанное с сотовым телефоном пользователя по беспроводному каналу (например, Bluetooth).

В мобильном телефоне пользователя устанавливается программное обеспечение, позволяющее при запросе оператора сотовой связи перенаправить этот запрос к SIM-карте через интернет или другой канал связи.

Такая технология может применяться для быстрого переключения между несколькими SIM-картами, перенаправления звонков между регионами обслуживания, упрощения и уменьшения мобильного устройства связи за счет отказа от слота для SIM-карт.

5. Мультисим-карты

микропроцессор технология сеть

Мультисим-карты («MultiSim») -- устройства, имеющие форму обычной SIM-карты (GSM-стандарта) и состоящие из микропроцессора (PIC-processor PIC16F877) и дополнительного модуля памяти (24C64 -- 24C256). Микропроцессор работает под управлением специальной микропрограммы (SIM-EMU 6.01), выполняющей помимо этого функции обычной SIM-карты. Данная концепция даёт возможность записать в карту MultiSim нужные данные сразу нескольких SIM-карт и использовать тот номер, который наиболее удобен на данный момент. Выбрать нужный номер можно в специальном меню (с использованием технологии «SIM Tool Kit») или при вводе PIN-кода нужного номера [5].

6. PIN-код

При выпуске SIM-карты ей присваивается четырёхзначный цифровой PIN-код, который записывается на карту, а также передаётся абоненту вместе с картой. При включении соответствующей опции PIN-код будет запрашиваться телефоном при каждом включении для того, чтобы получить доступ к данным на SIM-карте. В 2010-х годах опция отключена по умолчанию в большинстве выпускаемых SIM-карт.

Если PIN-код три раза подряд введён неправильно, карта блокируется и может быть разблокирована только при помощи введения персонального разблокировочного кода PUK1 (PIN Unblocking Key), который также передаётся абоненту вместе с картой. Если PUK-код не удаётся ввести правильно за десять попыток, то SIM-карта блокируется полностью и требуется её замена [6]. С помощью кода PUK пользователь может также изменить PIN-код [7]. Некоторые SIM-карты имеют второй набор PIN-кодов: PIN2 и PUK2 для работы с несколькими дополнительными услугами. Если SIM-карта не установлена в телефон или если не введён правильный PIN-код, то телефон не может совершать никакие звонки в сотовой сети, за исключением вызова экстренных служб (номер 112 или 911).

7. ICCID

ICCID (аббр. от англ. integrated circuit card identifier) -- уникальный серийный номер SIM-карты. Обычно именно этот код печатается на SIM-карте. ICCID определяется в соответствии со стандартом ITU-T E.118 [8]. В соответствии с этим стандартом длина ICCID -- 19 цифр (ICCID старых SIM-карт может иметь длину в 20 цифр):

· 2 цифры -- Major Industry Identifier (идентификатор индустрии, по ISO/IEC 7812-1), для SIM-карт всегда 89;

· 1-3 цифры -- телефонный код страны (по E.164), 7 для России, 380 для Украины и т. д.;

· 1-4 цифры -- код эмитента (общая суммарная длина этого и предыдущего полей не может превышать 5 цифр);

· 11 или более цифр -- определяются оператором при производстве карты по внутренним правилам;

· 1 цифра (последняя) -- контрольная цифра, вычисленная по алгоритму Луна от всех остальных чисел.

Первые три поля цифр (до 7 в совокупности) ICCID имеют название Issuer Identification Number (идентификационный номер эмитента), и выдаются ITU-T каждому оператору связи, который планирует выпуск SIM-карт. Они обновляются ITU-T в своих операционных бюллетенях два раза в месяц (последний No. 1163 [9] от 1 Января 2019), также есть листы со всеми IIN, последний из них от 1 декабря 2018 г. [10]

Примеры Issuer Identification Number:

· Билайн: 89 7 0199

· МТС: 89 7 0101

8. SIM Tool Kit

На современных SIM-картах могут быть предустановлены приложения, предоставляемые оператором. Для использования приложений на SIM-карте телефон должен поддерживать стандарт SIM Tool Kit (STK). Приложения на SIM-карте при помощи STK могут использовать различные функции сотового телефона, в том числе пользовательский интерфейс, модуль связи, и т. д., что позволяет реализовать достаточно широкий набор функциональности. Приложения STK находятся под полным контролем оператора и считаются наиболее безопасными, так как могут использовать встроенный в карту модуль шифрования, что делает их чрезвычайно привлекательными для реализации финансовых сервисов, таких как телебанк или аутентификация платежей. Существует также возможность загрузки и обновления этих приложений оператором непосредственно при помощи сотовой сети. Минус таких приложений состоит в том, что для их использования требуется выпуск карты, поддерживающей SIM Tool Kit с достаточным объёмом памяти и передача её абоненту, что достаточно сложно с организационной точки зрения.

Часто STK используется для реализации сервиса SIM-меню, имеющегося у большинства российских операторов. Для взаимодействия с оператором это приложение использует скрытые от абонента SMS-, USSD- или CB-сообщения.

Известны случаи реализации оператором сотовой связи рекламы на смартфонах при помощи диалоговых окон STK (например, T-mobile в некоторых регионах [11]), при этом единственным способом её полного отключения может являться отключение или удаление системного приложения STK.

Заключение

В этом реферате я содержательно рассказал о том, что такое SIM-карты. В заключении так-же хочется отметить и уязвимости SIM-карт.

В 2011 году, компания Security Research Labs, под руководством Карстена Ноля (Karsten Nohl), начала тестирование безопасности SIM-карт. Итогом двухлетней работы, стало выявление уязвимости SIM-карт на устаревшем криптоалгоритме DES, из-за которого можно получить полный доступ к содержимому SIM-карты. По данному исследованию, 31 июля 2013 года, Карстен Ноль предоставил свой доклад на конференции BlackHat.

Источники

1.Принят стандарт новых сим-карт: nano-SIM (недоступная ссылка)

2.National Institute of Standards and Technology | NIST

3.«Micro-Sim своими руками». Новости iPad.

4.Dr. Klaus Vedder. The UICC - Recent Work of ETSI TC Smart Card Platform. ETSI (18 January 2012). Дата обращения 22 июля 2012.

5.Несколько фактов о технологии MultiSim Архивировано 10 октября 2012 года.

6.Wayne Jansen. 2.2.2 Identity Modules // Guidelines on Cell Phone and PDA Security: Recommendations of the National Institute of Standards and Technology. -- Issue 800, Part 124 of Special publication. -- DIANE Publishing, 2009. -- С. 2--6. -- 46 с. -- (Cell phones). -- ISBN 9781437914962.

7.SIM Card Security / Ruhr-University of Bochum, 12.07.2007

8.ITU-T, ITU-T Recommendation E.118, The international telecommunication charge card, Revision history, Revision "05/2006"

9.Operational Bulletin No. 1163 (1.I.2019) (англ.). www.itu.int. Дата обращения 5 января 2019.

10.List of issuer identifier numbers for the international telecommunication charge card (In accordance with Recommendation ITU-T E.118 (05/2006)) (англ.). www.itu.int. Дата обращения 5 января 2019.

11.T-MOBILE BEGINS OFFERING MOBILE ADVERTISING ON A COMMERCIAL BASIS (англ.). T-mobile Czech Republic (press-release) (1 October 2009). -- «Three forms - ... SIM Toolkit advertising».

Размещено на Allbest.ru