SIM

Z Wiki XperiaSite.pl
Skocz do: nawigacja, szukaj
SIM.png
Karty SIM typu micro.

SIM - moduł identyfikacyjny abonenta (ang. Subscriber Identification Module) lub moduł tożsamości abonenta (ang. Subscriber Identity Module) to układ scalony stworzony, aby bezpiecznie przechowywać numer IMSI (ang. International Mobile Subscriber Identity) oraz powiązane z nim klucze (kody-hasła), które razem służą do identyfikacji użytkownika w urządzeniach pozwalających na połączenie z sieciami telefonii mobilnej (choć nie zawsze, bo urządzenia CDMA nie wymagają ich do połączeń z sieciami 2G i 3G) oraz telefonii satelitarnej.

Układ zazwyczaj jest częścią fizycznej karty tworząc kartę UICC (ang. Universal Integrated Circuit Card), która zazwyczaj stworzona jest z PVC z wbudowanymi stykami i półprzewodnikami.

Każda karta SIM przechowuje unikatowy numer ICCID (numer seryjny), IMSI, autentykator oraz informacje na temat szyfrowania, a także (zmienne) 2 hasła - PIN (ang. Personal identification number) i PUK (ang. Personal unblocking code).

Historia

Pierwsza specyfikacja standardu. określającego moduł SIM. został doprecyzowany przez Europejski Instytut Standardów Telekomunikacyjnych i oznaczony numerem TS 11.11. Wraz z rozwojem standardu, zarówno on, jak i rozwój sieci UMTS przekazany został organizacji 3GPP, a numery oznaczające standard w ETSI to TS 51.011 (SIM) i TS 31.102 (USIM).

Pierwsza karta pojawiła się w 1991 w Monachium stworzona przez firmę Giesecke & Devrient, a pierwsze 300 zostało sprzedane fińskiemu operatorowi Radiolinja.

Obecnie na runku jest ~7 miliardów urządzeń połączonych do sieci wykorzystując karty SIM. Wg ICMA (ang. International Card Manufacturers Association) w samym 2016 roku wydanych 5,4 miliardów nowych kart SIM, dzięki którym producenci kart zarobili $6,6 miliarda.

Przewiduje się, że do 2020 roku, rozwój technologii IoT oraz 5G, spowoduje wzrost liczby urządzeń korzystających z kart SIM do ponad 20 miliardów.

Jednakże nowe technologie, zwłaszcza eSIM (ang. Embedded SIM) oraz RSP (ang. Remote SIM Provisioning), mogą ten rozwój zakłócić.

mnSIM.jpg
Karty mini, micro i nano.

Budowa

Wymiary

Wraz ze zmniejszaniem się urządzeń, malały także karty SIM. Z tego powodu istnieją karty:

  • SIM,
  • miniSIM,
  • microSIM,
  • nanoSIM.

Obecnie standardem jest wydawanie kart w formie pełnego SIM z opcją wyłamania części z chipem, aż do uzyskania wymaganej wielkości.

Wielkość Oznaczenie Data wyjścia Standard Długość
(mm)
Szerokość
(mm)
Grubość
(mm)
Objętość
(mm3)
SIM 1FF 1991 ISO/IEC 7810:2003
ID-1
85,6 53,98 0,76 3511,72
miniSIM 2FF 2996 ISO/IEC 7810:2003
ID-000
25 15 0,76 285
microSIM 3FF 2003 ETSI TS 102 221 V9.0.0
Mini-UICC
15 12 0,76 136,8
nanoSIM 4FF 2012 ETSI TS 102 221 V11.0.0 12,3 8,8 0,76 72,52
EmbeddedSIM eSIM   JEDEC Design Guide 4.8
SON-8
ETSI TS 103 383 V12.0.0
GSMA SGP.22 V1.0
6 5 <1 <30
Wielkosc.jpg
Porównanie kart SIM, miniSIM, microSIM i nanoSIM.

SIM

1FF, czyli 1st form factor, to karty SIM pierwszej generacji. Wielkością przypominają kartę kredytową.

miniSIM

Karty 2FF pojawiły się na rynku, gdy karty SIM stały się byt duże dla nowego sprzętu.

microSIM

Z podobnego powodu powstały karty 3FF. Ich powstanie zawdzięczamy wielu organizacjom telekomunikacyjnym (m.in. ETSI, 3GPP, 3GPP2, GSMA, Liverty Alliance, czy OMA).

Pomysł na powstanie kart o tej wielkości pojawił się już w grudniu 1998 roku, jednak zgoda podmiotów pozwoliła na ich wprowadzenie na rynek dopiero pod koniec 2003 roku.

Karta została zaprojektowana w ten sposób, aby otrzymać kartę o mniejsze wielkości, ale wciąż zachować kompatybilność z urządzeniami wspierającymi jedynie starsze wersje. Jednocześnie chip dalej działa przy wykorzystaniu tej samej częstotliwości - 5 MHz.

nanoSIM

Karty 4FF są ostatnim wariantem kart SIM, który wciąż jest kompatybilny z poprzednikami. Przy tej wielkości otrzymujemy w praktyce sam chip z niewielkim paskiem PVC dookoła niego (pełni on funkcję izolatora).

Embedded SIM

Karty tego typu to w praktyce chip, który może zostać przylutowany na stałe do płyty głównej. Nie wymagają one wymiany, aby mogły współpracować z innym operatorem, wystarczy jedynie przeprogramowanie. Pozwala na to wsparcie dla połączeń M2M (ang. machine-to-machine) oraz funkcja Remote SIM provisioning.

Zasilanie

Oprócz różnicy w budowie, wyróżniamy także 3 klasy ISO/IEC 7816 zależne od wymaganego zasilania:

  • klasa C - wymaga zasilania o napięciu 5V, karty tego typu produkowane były do 1998 roku,
  • klasa B - mogą działać przy zasilaniu zarówno napięciem 3V, jak i 5V, karty te były jeszcze niedawno produkowane i choć są dostępne, to w coraz mniejszych ilościach,
  • klasa A - działają także przy wykorzystaniu napięcia 1,8V, jest to najnowsza klasa i jedyna obecnie w produkcji.

Karty klasy A mogą zawierać w sobie aplikacje uruchamiane na urządzeniach, gdy karty są w nich włożone i aktywne. Karty tego typu są kartami Java.

Pojemność

Karty występują w wersjach o różnych pojemnościach. Znajdziemy takie co pomieszczą 8 KB danych, jak i takie, na których pomieścimy 256 KB danych.

Bez względu na pojemność, każda karta pozwala zapisać do 250 kontaktów.

Oprócz tego na karcie musi znaleźć się miejsce na kody pozwalające na identyfikację operatora lub kraju. Kody te zwane MNC (ang. Mobile Network Codes) i MCC (ang. Mobile Country Code). Przy czym karta o pojemności 32 KB zmieści 33 kody MNC, a taka o pojemności 64 KB już 80. Oznacza, to, że operator ma określoną liczbę (tu: 33 i 80) możliwych zapisanych preferowanych sieci. Gdy zapisanej sieci w zasięgu nie będzie, karta połączy się z najlepszą możliwą z dostępnych.

Operator może zapisać na karcie podstawowe ustawienia urządzeń - m.in. APN, informacje na temat statusu roaming (sieć domowa, roaming krajowy, roaming międzynarodowy) czy preferowaną sieć do której anten ma się urządzenie łączyć (gdy jest w zasięgu więcej niż jednej anteny).

Dane

Karty SIM są pamięciami przechowującymi ważne informacje wymagane do uwierzytelnienia i identyfikacji użytkowników podłączonych do sieci. Najważniejsze są numery:

  • ICCID (Integrated Circuit Card IDentifier),
  • IMSI (International Mobile Subscriber Identity),
  • Ki (Authentication Key),
  • LAI (Local Area Identity),

Oraz numer awaryjny, zależny od operatora.

Oprócz tego na karcie znajdują się informacje ważne dla operatora:

  • numer SMSC (Short Message Service Center),
  • SPN (Service Provider Name),
  • SDN (Service Dialing Numbers),
  • parametry Advice-Of-Charge,
  • aplikacje VAS (Value Added Service).

ICCID

Każda karta SIM jest identyfikowana poprzez ten numer. Zapisywane one są nie tylko w pamięci, ale też znajdziemy je nadrukowane na jej powierzchni. Numer ten został zdefiniowany przez ITU-T i na chwilę obecną liczy 22 cyfry, przy czym jedna cyfra jest sumą kontrolną poprzednich, definiowaną przez algorytm Luhna.

Numer składa się z:

  • IIN (ang. Issuer identification number) - numer identyfikujący wystawiciela, składa się z maksimum 7 cyfr:
    • MII (ang. Major industry identifier) - 2 stałe cyfry określające cele telkomunikacyjne - 89,
    • MCC - od 1 do 3 cyfr określających kraj działania operatora,
    • identyfikator wystawcy - od 1 do 4 cyfr,
  • Numeru indywidualnej identyfikacji konta - różnej długości, ale wszystkie numery przy tym samym IIN są identycznej długości,
  • suma kontrolna.

Wg GSM numery te składają się z 10 oktetów przechowywanych jako BCD, a numer ICCID składa się z 20 cyfr (19+1), a w razie pustych miejsc, jako wypełniacz, wykorzystywana jest cyfra F z języka szesnastkowego.

IMSI

Numer unikatowy dla każdego operatora, pozwalający na jego identyfikację.

Ten numer składa się z:

  • MCC - 3 cyfry,
  • MNC - 2-3 cyfry,
  • MSIN (ang. Mobile Subscriber Identification Number) - 10 cyfr lub mnie, jeśli kod MNC był 3 cyfrowy lub kraj wymusza 15 cyfrowe kody IMSI.

Ki

Klucz składający się z wartości 128 bitowej służący do identyfikacji kart SIM w sieci GSM (karty USIM wymagają jeszcze dodatkowych parametrów). Każda karta posiada unikowy numer przydzielony prze operatora.

Proces identyfikacji:

  1. Urządzenie się uruchamia, otrzymuje numer IMSI z karty SIM i wysyła go do operatora z prośbą o identyfikację i dostęp,
    • karty z blokadą PIN wymagają odblokowania przed wysłaniem numeru IMSI,
  2. Operator przeszukuje bazę pod kątem numeru IMSI i odpowiadającego mu klucza Ki,
  3. Sieć generuje jednorazowy numer RAND (ang. Random Number), podpisuje go kluczem Ki, otrzymuje numer SRES_1 (ang. Signed Response 1) oraz klucz Kc,
    • numer RAND jest numerem nonce, a więc może być wykorzystany dokładnie raz,
  4. Sieć wysyła RAND do urządzenia, który przekazuje go do karty SIM, podpisuje go kluczem Ki otrzymując SRES_2 oraz Kc, SRES_2 zostaje wysłany do sieci,
  5. Operator porównuje otrzymany SRES_2 z SRES_1, jeśli się zgadzają urządzenie otrzymuje zgodę na połączenie z siecią, a dalsze komunikacja jest szyfrowana przy pomocy klucza Kc.

LAI

Informacja Location Area Identity pozwala na lokalizację urządzeń podłączonych do stacji bazowych. Sieci dzielą się na obszary, które różnią się tym numerem. Podczas zmiany obszaru urządzenie wysyła nowy numer do karty SIM, gdzie zostaje on zapisany, oraz sieci. Wyłączenie dopływu prądu do karty SIM (np. poprzez wyłączenie urządzenia) powoduje usunięcie z niej tych informacji.

Kontakty i SMSy

Większość kart SIM pozwala na zapisanie w ich pamięci kontaktów i wiadomości SMS.

Kontakty zapisywane są jako pary "nazwa" i "numer", a SMSy zostają "pocięte" na fragmenty i zapisane w ten sposób.

Pierwsze karty pozwalały na zapis do 5 wiadomości lub 20 kontaktów, a obecnie można zapisać ponad 250 kontaktów.

Bezpieczeństwo

W czerwcu 2013 ujawniono, że karty starszego typu, szyfrowane wykorzystując DES (ang. Data Encryption Standard) mogą zostać zhakowane. Spowodowało to powstanie kart zabezpieczonych za pomocą AES (ang. Advanced Encryption Standard) oraz Triple DES. Włamanie pozwalało na uzyskanie dostępu do pamięci karty i jej sklonowanie.

W lutym 2015 portal The Intercept ujawnił, że organizacje NSA i GCHQ ukradły klucze Ki znajdujące się w bazach danych firmy Gemalto (produkuje 2 miliardy kart rocznie). Klucze te pozwalają na monitorowanie kart bez udziału i wiedzy użytkownika oraz operatora. Dochodzenie potwierdziło te informacje, jednak firma ogłosiła, że skradziono niewielką liczbę kluczy.

Dalszy rozwój

UICC

Obecne karty SIM składają się zazwyczaj z modułu SIM i aplikacji USIM. Pozwala to na kompatybilność ze starymi urządzeniami wymagającymi SIM do działania, jednak nie korzystają one z tego co przynosi USIM.

USIM

Wraz z pojawieniem się sieci

Wraz z nadejściem sieci typu UMTS, SIM stało się jedynie oprogramowaniem, gdzie sprzętem stały się karty typu UICC. Spowodowało to powstanie aplikacji USIM (ang. Universal Subscriber Identity Module), która przyniosła wzrost zabezpieczeń, jak podwójna identyfikacja, czy dłuższe klucze Ki i Kc, oraz poprawioną książkę adresową.

Odpowiednikiem USIM w sieciach CDMA jest CSIM.

CSIM

Identyfikator urządzeń działających w sieciach CDMA2000 korzystających z kart UICC.

Karty wspierające SIM, USIM i CSIM będą działać z bazami większości światowych operatorów.

R-UIM

Removable User Identity Module - karty łączące w sobie CSIM (a dokładniej jego pierwotną wersję) oraz SIM, co pozwala na ich działanie w urządzeniach i sieciach obu standardów.

Karty tego typu są najbardziej popularne w krajach azjatyckich, a zwłaszcza Chinach, gdzie wykorzystuje je sieć China Unicorn (po przejęciu usług CDMA od China Telecom w 2006 roku), Indiach, Indonezji, Japonii, Tajwanie i Tajlandii oraz w Stanach Zjednoczonych.

Wirtualna karta SIM

Pozwala na wydanie numeru telefonu bez wydania samej karty SIM, W 2015 roku Simless pokazało pierwszy telefon korzystający z tej technologii. Pobieranie kart odbywa się poprzez OTA.

Apple SIM

Są to moduły na stałe zamontowane w urządzeniach firmy Apple. Znajdziemy je w:

  • iPad Air 2,
  • iPad mini 3,
  • iPad mini 4,
  • iPad Pro.

Urządzenia z modułem pozwalającym na dostęp do kart tego typu dostaniemy jedynie w salonach Apple (lub w sklepach partnerskich) w Australii, Francji, Hiszpanii, Holandii, Hong Kongu, Japonii, Kanadzie, Niemczech, Stanach Zjednoczonych, Szwajcarii, Szwecji, Wielkiej Brytanii i Włoszech.

Karty tego typu pozwalają na wybranie odpowiedniego operatora zamiast wymiany karty na wydaną przez niego. Operatorzy, którzy wspierają tego typu karty to:

  • au (Japonia),
  • AT&T (USA)*,
  • EE (Wielka Brytania),
  • GigSky (190 krajów i terytoriów oraz w samolotach),
  • Sprint (USA),
  • Three (Australia, Austria, Dania, Hong Kong, Indonezja, Irlandia, Makau, Szwecja, Wielka Brytania i Włochy),
  • T-Mobile US (USA),
  • Truphone (Australia, Hiszpania, Holandia, Hong Kong, Niemcy, Polska, Stany Zjednoczone i Wielka Brytania).

* aktywacja karty w tej sieci spowoduje trwałe zablokowanie jej do AT&T i do zmiany sieci wymagane będzie zakupienie nowej karty Apple SIM.

Multi SIM

Główna strona: Multi SIM

Opcja skorzystania z wielu kart SIM w jednym urządzeniu, pojawiła się, aby ułatwić korzystanie z dwóch (lub więcej) numerów - prywatnego i pracowniczego lub do rozmów i do internetu. Popularność zyskały głównie w krajach Afryki i Azja, zwłaszcza Indiach, Chinach, Japonii i krajach południowoazjatyckich.