Михаил Адаменко - В помощь радиолюбителю. Выпуск 11
Более подробную информацию по рассматриваемым далее вопросам можно найти на специализированных сайтах в сети Internet, а также в некоторых специальных российских и зарубежных изданиях.
Конструкция SIM-карты
В мобильных телефонах системы GSM информация о кодах доступа, а также данные, необходимые для идентификации абонента сети, записываются в микрочип, расположенный в пластиковой карте, которая по размерам совпадает с кредитной картой. В память такой карты также записываются и некоторые другие сведения, например информация о телефонных номерах, о коротких текстовых сообщениях (SMS) и т. п.
Основные нормы и правила, определяющие особенности конструкции пластиковых карт, установлены международным стандартом ICO 7816. Данный стандарт состоит из шести частей, но только три из них имеют основополагающее значение для SIM-карт стандарта GSM. В первой части определяются геометрические размеры и механические особенности пластиковых карт. Вторая часть посвящена картам с электронными чипами, их размещению и размерам. Третья часть указанного стандарта содержит нормы для электросигналов и коммуникационных протоколов.
Микрочип SIM-карты залит в пластмассовом корпусе типа STANDART, который, как уже указывалось, имеет для всех карт одинаковые размеры. От всех остальных карт отличаются только SIM-карты типа PLUG IN. Эти карты также имеют размеры типа STANDART, однако в них вокруг микрочипа имеется перфорация специальной формы, позволяющая при необходимости извлечь микрочип из SIM-карты и вложить в соответствующее приемное устройство, которое специально сконструировано для SIM-карт такого типа. Подавляющее число пользователей именно эту часть пластиковой карты называет SIM-картой. Дискуссия о том, насколько это соответствует действительности, также выходит за рамки данной книги.
Внешний вид и размеры пластиковой карты STANDART приведены на рис. 26.
Рис. 26. Внешний вид и размеры пластиковой карты типа STANDART
В первых мобильных телефонах сети GSM использовались SIM-карты типа STANDART. В коллекции автора сохранились несколько таких аппаратов (например, телефон модели International 7200 из серии MICRO ТАС от фирмы MOTOROLA). В настоящее время все мобильные телефоны сети GSM разрабатываются под SIM-карты типа PLUG IN.
Внешний вид и расположение контактов на SIM-карте типа PLUG IN приведены на рис. 27.
Рис. 27. Внешний вид и расположение контактов на SIM-карте типа PLUG IN
На поверхности SIM-карты расположены несколько контактных площадок. Рисунок этих контактов может быть разным, однако их взаимное расположение и количество должны отвечать требованиям международного стандарта ICO 7816. В соответствии с условиями, установленными данным стандартом, количество таких контактов должно составлять восемь. При этом в современных SIM-картах пока используются только 6 контактных площадок.
Первый контакт (С1) предназначен для подачи напряжения Vcc от внешнего источника питания. Через второй контакт (С2) подается сигнал RESET для микропроцессора. Контакт CLK (СЗ) предназначен для сигнала синхронизации. На пятый контакт (С5) подается нулевой потенциал Gnd. Через контакт I/O (С7) осуществляется обмен данными, иногда этот контакт обозначается как DATA.
На некоторых SIM-картах может быть задействован и контакт С6 для подачи напряжения программирования Vpp. Однако такие карты в последнее время в Европе почти не встречаются.
В настоящее время все чаще можно встретить SIM-карты, в которых не задействован и контакт CLK (С3). В таких картах генератор сигнала синхронизации является составной частью микропроцессора. Контактные площадки С8 иС4 пока являются резервными.
Следует добавить, что более подробную информацию о содержании норм и правил, устанавливаемых стандартом ICO 7816 для SIM-карт, можно найти в сети Internet или в специальной литературе.
Структура памяти SIM-карты
В подавляющем большинстве имеющихся в распоряжении автора SIM-карт разных европейских операторов сетей мобильной связи общий объем памяти составляли ROM-, RAM и EEPROM-память.
Содержимое памяти ROM (Read-Only Memory) записывается оператором сети и обычно содержит операционную систему, управляющую функционированием SIM-карты, а также шифровальные алгоритмы (например, АЗ и А8). Память ROM часто называют постоянным запоминающим устройством (ПЗУ). Объем этой памяти обычно составляет 4–6 Кб, но часто достигает величины 16 Кб.
Память RAM (Random-Access Memory) используется для обеспечения достоверного функционирования шифровальных алгоритмов, а также в качестве буфера при обмене данными. Память RAM часто называют оперативным запоминающим устройством (ОЗУ). Объем ОЗУ SIM-карты обычно составляет 126–160 байт, но часто достигает величины 256 байт.
Дословный перевод расшифровки английского сокращения EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read-Only Memory) означает «электрически стираемое программируемое ПЗУ (ЭСППЗУ)». Эта энергетически независимая область памяти предназначена для записи специальной информации (например, код IMSI и ключ Ki), занимает, как правило, 2–3 Кб, но может достигать величины более 8 Кб.
Следует отметить, что указанные объемы памяти довольно приблизительны. Операторы сетей мобильной связи постоянно и небезуспешно работают над усовершенствованием SIM-карт. Например, чешский оператор T-MOBILE (PAEGAS) в начале 2004 г. приступил к распространению так называемых универсальных SIM-карт с объемом памяти 64 Кб. Помимо данных, необходимых для функционирования в сетях стандарта GSM, эти карты содержат алгоритм для работы в сетях UMTS. К особенностям таких SIM-карт следует отнести и поддержку протокола JavaCard 2.1.
Данные, записываемые на SIM-карту
В память каждой SIM-карты, используемой для работы с мобильными телефонами, записывается определенный набор сведений, с помощью которых обеспечивается функционирование как самой карты, так и мобильного телефона.
Всю совокупность данных, содержащихся в памяти SIM-карты, условно можно разделить на две группы. В первую группу автор включил бы информацию, которая записывается оператором сети мобильной связи и обеспечивает функционирование карты и телефона в определенной сети (неизменяемые данные). Во вторую группу входят сведения, которые может записывать владелец или пользователь (изменяемые данные).
Конечно, предлагаемое деление весьма условно, однако дает пользователю возможность получить хотя бы приблизительное представление о содержимом памяти SIM-карты.
Неизменяемые данные
Среди всей совокупности данных, записываемых в память SIM-карты и не подлежащих изменению, следует отметить операционную систему, код IMSI и ключ Ki, шифровальные алгоритмы (например, АЗ и А8), а также некоторые другие коды. Как уже указывалось, причисление указанных данных к числу неизменяемых довольно условно, поскольку при наличии соответствующих технических средств и программных ресурсов эту информацию можно не только успешно считывать, но и редактировать, стирать, заменять.
Основу карты SIM составляет микропроцессор, функционирование которого обеспечивается с помощью специальной программы. В качестве таких программ выступают различные операционные системы, предназначенные специально для применения в SIM-картах. Такая операционная система в первую очередь должна быть записана в память SIM-карты.
В состав сведений, записываемых в память SIM-карты оператором сети мобильной связи и обеспечивающих функционирование карты и телефона в определенной сети, в первую очередь входит кодовая комбинация IMSI (International Mobile Subscriber Identification). Число IMSI индивидуально для каждой SIM-карты и обеспечивает ее идентификацию в сети. Принадлежность к конкретной сети мобильной связи определяется первыми пятью цифрами кода IMSI.
Следующими важными параметрами, записываемыми в память SIM-карты оператором, являются индивидуальный идентификационный ключ Ki (Individual authentication key), шифровальный алгоритм А8, а также идентификационный алгоритм АЗ. С помощью ключа Ki и случайного числа RAND с использованием алгоритма А8 генерируется 64-битовый ключ Кс, а с помощью алгоритма АЗ из значения ключа Ki и числа RAND генерируется 32-битовый ответ SRES.
Идентификационный ключ Ki никогда не передается между оператором и мобильным телефоном. Его значение записано на конкретной SIM-карте, а также имеется у оператора в базе данных.
Для шифрования данных, передаваемых между мобильным телефоном и базовой станцией сети, используется ключ Кс. Эта операция осуществляется с применением алгоритма А8.
В памяти SIM-карты также записывается список разрешенных сетей, в которых мобильный телефон с данной картой имеет право работать. Идентификация SIM-карты для определенной сети осуществляется с помощью кодовых чисел TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity) и LAI (Location Area Identification).
