文档SIM卡结构与原理

1、北京邮电大学硕士学位论文第页共页第二章卡基础知识卡发展概述卡的是智能卡的一种。卡是由法国的工程师在年发明的。在八十年代卡被普遍使用在此基础上卡的内部核心技术又经历了更新换代的发展以至形成具备更多功能的智能卡。进入九十年代卡已从公用预付费电话卡扩展到移动通信手机领域并在九十年代后期随着第二代移动通信技术而逐渐成熟。与初期的卡相比现在的卡不仅在存储容量上已达到甚至更多同时围绕卡这个介质而衍生出来的各种增值服务也在不断翻新卡已经成为无线通信技术中不可或缺的一个重要组成部分。卡的发展历程见下图所示卫】固圄固固图卡发展历程卡基础知识介绍卡的名称源于英文名称“意思是“用户认证模块”是数字移动电话用户的身份识别卡用于存储用户的身份识别码和密钥并支持系统对用户的鉴权。全球移动通信系统手机必须装上卡才能使用。卡中有一微型电路芯片存储了数字移动电话客户的信息、加密密钥等内容它可供网络对客户身份进行鉴别并对客户通话时的语音信息进行加密。卡的使用完全防止了并机和通话被窃听行为并且卡的制作是严格按照国际标准和规范来完成的它使客户的正常通信得到了可靠的保障。一张卡唯一识别一个用户可插入任何一部手机中使用所产生的通

2、信费用则自动记录在该卡所唯一标志用户的帐户上。中国移动集团卡发展战略研究北京邮电大学硕士学位论文第页共页最初的卡只是作为一个简单的用户身份认证的载体同时可以作少量的信息记录。在技术得到应用之后人们开始借助于技术来开发更多更具“魅力”的移动增值服务功能卡本身也具备了强大的个人信息管理功能。人们开始接受并乐于使用这些卡所带来的便利但随之而来的就是个人用户对卡提出更高的安全标准。卡较之以往的识别卡具有以下特点一是可靠性高一卡具有防磁、防静电、防机械损坏和防化学破坏等能力信息可保存年以上读写次数在万次以上至少可用年二是安全性好三是存储容量大四是类型多。主要缩略语表主要缩略语文件中的缩位拨号记录全球移动通信系统国际移动设备识别号国际移动用户识别号算法鉴权算法用来鉴别用户算法加密算法用于数据加密解密算法密钥产生算法用于产生个人识别号码个人识别号码偿解锁号码矾解锁号码用户鉴权密钥在鉴权算法和密钥生成算法中使用的密钥密钥在加密算法中使用集成电路卡用户识别串号移动设备空中下载短消息业务用户身份识别模块卡应用工具箱卡内部结构卡物理结构卡的是一块符合标准的智能卡芯片其内部是由是由微处理器、程序存储器、工作存

3、储器、数据存储器和输入输出等器件组成的完整单片机。卡的物理特性、结构、尺寸及通讯协议都符合国际标准化组织专门为接触型卡制定的国际标准、中国移动集团卡发展战略研究北京邮电大学磺士掌位论文第页共页。以及、等标准。卡物理结构图卡物理结构见如下图所示脚两介型提供工作电压宴参考地电压复住信号爿煽程电精八按照卡选用羹时钟输八端型双向数据端口图卡物理结构一管脚卡是张带有微处理嚣的芯片卡内建个模块每个模块对应一个功能、程序存储器、工作存储器、数据存储器和串行通信单元这个模块集成在一块集成电路中。芯片操作系统是卡的软件平台的主要功能是控制卡和外界的信息交互管理卡内部的存储器接受并解释执行手机发给卡的命令。卡构咱一一、一“十女图卡物理结构一芯片结构卡遵循协议卡遵循协议见下图所示中田牡功集团州卡艇胜艘略研兜北京邮电大学硬士学位论文第页共页瑚卡畦艟目际标准和协试卜一嘲、一一跗、一“气“图“卡标准协议卡软件结构卡是一个由软件和硬件组合而成的产品。片内操作系统是卡的大脑。的主要功能是控制卡和外界的信息交互管理卡内部的存储器、接收解释执行终端发给卡的命令。表卡的片内操作系统的主要功能文件管理存储功能传输管理通信安全

4、管理鉴权卡内的软件结构具有操作系统层、文件系统层和应用业务层三层结构。同时卡的指令系统其实是操作系统的一部分卡在使用过程中卡和手机是不断的在进行交互对话的。卡要执行手机发送的指令完成任何的操作开机使用都必须进行指令的交互它贯穿与用户使用卡的每个时刻。对于普通卡有条指令对于卡儿有条指令。卡指令发展见下图所示中国移动集团卡发展战略研究北京邮电大学硕士学位论文第页共页卡卡注卡稃重足稻酽帕大图卡指令发展代表了手机发展的不同阶段先后经过了、以前用的卡属于。卡属于。目前用的基于功能的卡、卡、卡为。“表示附带应用软件包和的根本区别在于的卡不再只是被动接受手机命令它也可以向手机发出请求建立卡与手机乃至远程服务器之间的双向通信这就为增值业务的开展提供了良好的环境。所遵循的协议为应用层应用程序告诉手机执行什么样的操作显示菜单、发短信、连接通话通过客户化的菜单和用户交流与网络和远程应用服务器进行通信和协议层用于在手机和卡之间交换命令和数据。技术作为规范中明确提出的卡的必备功能即“卡开发工具包”工具包则提供了在规范环境下开发卡应用的途径因此实质上是基础上支持在卡上定制应用的扩展功能。的应用程序可以提供用户以动

5、态菜单支持卡与通讯并且可以命令移动设备进行某一操作通过上述指令手机才可以访问上定制的特殊应用卡才可以处理手机对特殊应用的请求同时将处理结果反馈给手机。在的基础上添加了条新的指令随着移动领域技术的不断进步增值服务无疑是今后移动通信业务增长的核心传统的语音服务将远远不能满足要求。基于短消息开展增值服务被广泛采中国移动集团卡发展战略研究北京邮电大学硕士学位论文第页共页用这种增值服务在上即能实现遗憾的是支持的条基本命令并不支持在卡上定制任何特殊应用因此支持技术的成为增值业务得以实施的催化剂。卡应用工具箱是的英文缩写即卡开发工具包。是在原卡被动式的操作系统上衍生出的卡主动交互式的操作系统。它提供的机制允许卡中的应用与支持该应用的进行交互操作即支持卡与之间的主动式对话从而使移动用户拥有个人化附加业务。它包含一组指令用于手机与卡的交互这样可以使卡运行卡内的小应用程序实现增值服务的目的。之所以称小应用程序是因为受卡空间的限制卡中的应用程序都不大而且功能简单易用。卡与普通卡的区别在于在卡中固化了应用程序。通过软件激活提供给用户一个文字菜单界面。这个文字菜单界面允许用户通过简单的按键操作就可实现信息检索甚

6、至交易。增值服务的实现基础是的短消息。因此只要是网络覆盖到的地方就可以提供文字信息服务服务范围广大而且文字短消息价格便宜仅在成功传递时才收费并且不包含漫游费基于上述原因卡用户数猛增该商业模式现正趋于成熟能在用户的手机端实现对用户数据的底层加密该加密数据只能在加密权端才能解开用户的关键数据在传输过程中是安全的。加密算法采用双密钥组的算法数据分组长度为字节密钥长度为字节数据的安全性由密钥保证。所以相对安全的特性得到金融、债券、电信等行业的安全认可为其广泛的应用铺平了道路。以往普遍使用的卡手机只能完成用户身份鉴定、储存常用号码等一些手机厂商提供的简单功能卡手机则可以提供额外的菜单包括信息点播手机银行等。空中下载以及超级号簿等功能就是借助技术来实现的。技术被广泛地应用于手机银行、股票交易、外汇买卖和理财秘书等领域。普通的手机卡更换为卡后附加了增值业务例如手机银行、手机炒股、短信点播等。中国移动集团卡发展战略研究北京邮电大学硕士学位论文第页共页空中下载空中下载技术是一项基于短消息机制通过手机终端或服务器网上方式实现卡内业务菜单的动态下载、删除与更新使用户获取个性化信息服务的数据增值业务。技术之前

7、存在问题卡业务内容预先定制增值业务的选择给运营商带来极大风险服务更新不便给用户带来太多麻烦无法做到真正的个性化用户只能被动接受无法主动选择卡的容量是有限的而业务的需求是无限的。技术出现之后用户可以通过短信通道随时随地实现动态管理卡上菜单。如下载菜单、删除菜单、列表更新。无需换卡即可享受移动运营商推出的最新业务解决了有效的卡空间与无限的增值业务之间的矛盾。通过用户可以根据自己的喜好下载自己需要的业务并且如果以后不再使用还可以删除这个业务而运营商也能够推出更有针对性地业务更好满足用户的需要并且运营商还能够掌握很多用户的业务使用统计信息借此来推出更受欢迎的业务。表技术优点技术优点技术之前技术之后卡内业务预制风险大新业务开发风险降低用户更新服务不便随时随地更新业务用户被动接收用户个性化选择业务无限而卡容量有限动态下载选择无限作为一种与无线数据业务的发展趋势相匹配的技术对运营商、数据业务提供商和手机用户而言它的意义在于帮助无线运营商和数据业务提供商解决用户服务质量的问题降低服务成本以及确保新服务新业务的上市时间。随着数据增值业务的发展技术也向着提供更加个性化服务更多功能的方向发展。系统总体结构见

8、下图所示中国移动集团卡发展战略研究北京揶电大学硕士学位论文第页共页魄固图总体架构从总体架构图中可以看到菜单下载的实现借助于功能和短消息通道支持空中下载的卡提供可行的人机接口界面供用户发起下载申请应用下载服务器根据用户请求以数据短消息模式的形式将相应的服务下载内容发给用户手机并将下载数据透明地传递给用户卡卡对下载内容进行组织存贮实现相应的卡菜单管理。菜单下载有二种方式一种是由用户通过手机操作点击卡菜单管理选项发送短消息请求的方式。另一种是由运营商发起的方式用于及时更新用户的新业务菜单列表此外。用户还可以通过上网定制卡菜单服务方式用户点击手机上的菜单管理选项发送短消息请求下载服务短消息中心将用户申请送给菜单下载服务器菜单下载服务器通过识别申请短信中的卡商代码将对应卡商的菜单数据提交短消息中心短消息中心将下载的业务数据以短消息形式发到用户手机用户手机的卡接收到菜单数据短信后完成菜单数据的下载。方式运营商根据业务需要向用户推送新业务菜单列表以便用户及时掌握最新业务。在下载服务器的通用配置和管理模块中选择操作更新用户手机上的菜单列表。网上定制方式用户上网定制服务首先需要在网上进行注册。往册时用户

9、需先输入手机号码系统注册模块生成随机密码并以短信方式通知用户用户在收到密码后重新登录注册往册成功后方可使用网上定制菜单服务。菜单下载流程如下所述中国移动集团卡发展战略研究漫嚣北京电大学焉学位论文第页菸页用户通过操作点击卡菜单管理选项进行下载菜单请求。卡判断当前卡内是否有足够的剩余空间用于下载用户选择的菜单若卡内剩余空间不足则提示用户相关信息后退出否则将用户下载菜单申请发送给短消息网关。短消息网关将用户申请透明传递给应用下载服务器。应用下载服务器的接收程序接收到申请后将申请数据交给数据处理模块。数据处理模块检查收到数据的完整性、合法性。从数据库中的菜单数据表中取得与申请数据对应的菜单数据将数据提交给发送程序。发送程序将数据提交给短消息网关同时将用户下载菜单的情况写入数据库的用户卡信息表中和志表中。短消息网关将下载的业务数据以短消息的形式发送到用户手机。用户卡接收到菜单数据短信后首先验证菜单数据的完整性和合法性若菜单数据未通过验证则被丢弃反之则由用户卡完成菜单数据的下载。下载实例如下图匪雪坠黼圆圆图菜单下载过程实例技术使得移动通信不仅可以提供语音和数据服务而且还能提供新业务下载。这样应用及内容服务商可以不受平台的局限不断开发出更具个性化的贴近用户需求的服务如信息点播、互动娱乐、位置服务以及银行交易等。通过空中下载技术手机用户只要进行简单操作就可以按照个人喜好把网络所提供的各种业务菜单利用机制下载到手机中并且还可以根据自己的意愿定十目动奥翻卡垃研兜北京邮电大学颈士学位诒文第页共页制具体业务。用户可以根据自己的需要随时增加或删除自己卡上的业务菜单以此实现服务的个性化和业务更新的实时性同时使运营商能更方便、迅速地全面展开各项增值服务。卡文件结构卡中的文件结构分为目录文件和基本文件其中基本文件分为“文件头”和“文件体”两部分

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