Как устроена сим карта

Что такое СИМ карта и каково её будущее

Мы пользуемся смартфоном каждый день, но мало кто задумывается, а как же работает и как устроена SIM-карта. SIM-карта это микрочип, позволяющий нам пользоваться сотовой связью и общаться в мобильной сети. Внутри SIM-карты есть процессор, оперативная и постоянная память, а также операционная система.

p, blockquote 1,0,0,0,0 —>

p, blockquote 2,0,0,0,0 —>

Краткая история появления сим-карты

Аббревиатура SIM — Subscriber Identity Module, с русского переводится, как модуль идентификации абонента. В сетях первого поколения идентификацию абонента в сети проводили по заводскому номеру сотового телефона, в то время сим-карт еще не существовало. Следовательно, у сотового телефона и абонента был единый идентификационный код. Была полная зависимость номера абонента и пакета предоставляемых ему услуг от конкретного экземпляра телефона. В случае поломки, потери или кражи телефона, абонент был вынужден обращаться в офис оператора, чтобы его телефон перепрошили и внесли его серийный номер в базу данных оператора, это было не так просто и стоило дорого.

p, blockquote 3,0,0,0,0 —>

p, blockquote 4,0,0,0,0 —>

Сим-карта это одна из разновидностей смарт-карт, которые применяются в банковских картах, кроме этого подобные карты вы встречали в отелях или на предприятиях, где они используются в качестве ключа.

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

Первую в мире SIM карту в 1991 году разработала немецкая компания Giesecke & Devrient , чтобы более просто и удобно идентифицировать абонента. В 1992 году они продали первый мобильный телефон GSM с sim картой это была Nokia 1101.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

Первые SIM карты формой и размером напоминали банковскую карту, она полностью вставлялась в телефон. И по сей день SIM карты выпускают в форме банковской карты, а мы просто выламываем себе карточку нужного размера. Теоретически, можно поставить самую современную сим карту в самый древний телефон. Спустя 5 лет люди поняли, что симка может занимать меньшее пространство в телефоне.

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

• В 1996 появилась карта Mini-SIM. Это была та самая симкарта, к виду которой мы привыкли: размеры 25 х1 5 мм. Она использовалась в GSM-телефонах и в большинстве гаджетов с 2G/3G, выпущенных в 2000-х и даже начале 2010-х годов.
• В 2003 появилась Micro-SIM, которая уменьшилась в размерах – из-за того что убрали лишний пластик, чтобы занимать еще меньше места в телефоне.
• Ближе к 2010-2011 производители подхватили идею и разъемы с Micro-SIM были у телефонов линейки Nokia Lumia, Samsung Galaxy S III, Sony Xperia, LG Nexus 5 и у других. Широкое распространение стандарт получил с выходом iPhone 4, в котором Apple впервые использовала Micro-SIM.
• В октябре 2012 году Европейским институтом телекоммуникационных стандартов (ETSI) был утверждён стандарт — Nano-SIM благодаря компании Apple. Ведь первыми устройствами с nano-SIM стали iPhone 5, которые вышли на месяц раньше — в сентябре 2012. Нано-симки стали еще меньше и тоньше. Чипы тоже подверглись изменениям: у нано-сим стало 6, а не 8 контактов. Но внешний вид особо не изменился, и был похож на Micro-SIM. Благодаря компании Apple, появилось огромное количество самых разных sim-карт любых размеров.

Впоследствии появились переходники и различные варианты по обрезке сим карты, не рекомендую обрезать sim карты самостоятельно, лучше не поленитесь и сходите в офис оператора связи, попросите заменить вашу симку на другой размер это совершенно бесплатно и вся процедура займет не более 10 минут.

p, blockquote 9,0,1,0,0 —>

Изначально симки задумывались как место для хранения информации об абоненте и имели микропроцессор с ПО и данные с ключами идентификации карты (IMSI, Ki и тд), а также 2 вида памяти: для контактов и для архива звонков, сообщений.

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

Как производят сим карты

Крупнейший производитель сим карт в мире компания Gemalto со штаб-квартирой в Амстердаме и 15 тысячами сотрудников. Сейчас они работают над массовым производством симок для сети 5G.

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

Изготовление первых симок стоило больше $1 за штуку, сегодня они стоят в основном по несколько центов, но эта цена не включает дизайн, разработку, установку чипов в пластиковые карты и доставку.

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Как происходит процесс разработки?

1. Первым делом производят чип. Среди самых известных производителей – Samsung, STMicroelectronics, Infineon.
2. Затем чипы помещают на контактные площадки – выполняют сборку. Получается лента.
3. После этого модули извлекают из лент и крепят на пластиковую основу.
4. Затем на каждый модуль загружают операционную систему и необходимые приложения.
5. Финальный шаг – прошивка уникальных данных для каждой карты. Это ICCID и PIN-коды, ключи, идентификаторы и тд.

Устройство SIM-карты

Сим-карта состоит из процессора с оперативной и постоянной памятью, есть модуль аппаратного генератора случайных чисел (ГСЧ) и модуль аппаратного шифрования.

p, blockquote 14,0,0,0,0 —>

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

Процессор

Питание в процессор подаётся от телефона и работает он на частотах от 5 до 10 МГц . Процессор занимает около 10% от площади самой карты, все остальное место занимает память.

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

Память

Несмотря на скромный размер всего 64 килобайта она способна хранить около 250 контактов и немного сообщений. Память делится на секторы. В одном секторе хранится пользовательская информация — это могут быть sms, журналы вызовов или контакты.

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

Самый важный сектор хранит в себе техническую информацию необходимую для идентификации абонента в сети оператора. IMSI International Mobile Subscriber Identity — это последовательность цифр, которая не только идентифицирует конкретную sim карту и ее пользователя, но и указывает, какой это оператор, из какой он страны. И дает понять сети, как работать с этим клиентом, какие услуги ему предоставлять и с каким номером телефона его регистрировать. Все эти данные хранятся в зашифрованном виде. Чтобы получить к ней доступ, нужно будет ввести PIN1 или PIN2.

p, blockquote 18,0,0,0,0 —>

Операционная система

У sim карты есть своя операционная система (ОС), как и у любого компьютера, она с micro программами хранится в отдельном разделе карты. Приложения в основном написаны на языке JavaScript служат для реализации дополнительных услуг предоставляемыми операторами.

p, blockquote 19,1,0,0,0 —>

Как работает сим карта

Уникальный ID (IMSI — международный идентификатор мобильного абонента) соединяет номер телефона с устройством. Когда кто-либо набирает ваш номер, звонок идет на ваш телефон.

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Как вы уже знаете, внутри симкарты есть крошечный чип, микроконтроллер он сделан из силикона и покрыт золотом или другими металлами, чтобы лучше поддерживать связь с телефоном.

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

В чипе содержится процессор памяти схемы безопасности. Мобильное устройство считывает чип, когда вы вставляете в него симку. На нем содержится операционная система карты, он способен производить простейшие вычисления и хранить важную информацию. Эта информация помещается в чип на стадии производства. Ее основные виды это международный идентификатор мобильного абонента и 128-битный ключ под названием ki по сути это логин и пароль.

p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

В мире мобильных телефонов все сообщения с телефона поступают в сеть зашифрованными. Ключ шифровки и расшифровки тоже хранится на симке это обеспечивает приватность общения. Чип sim-карты хранит и специфические данные, например уникальный серийный номер карты, название вашего мобильного оператора, пин-код, расшифровывается как персональный идентификационный номер для блокировки и разблокировки телефона, puk код от оператора для разблокировки телефона и многое другое там даже есть ваши контакты и последние набранные номера.

p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

Может ли телефон работать без sim-карты

Телефон может работать без сим карты в качестве камеры или устройства для выхода в интернет через Wi-Fi, но вы не сможете звонить или писать sms. Плюс в том, что даже если вы серьезно повредили телефон, например разбили экран или погнули корпус вы все равно сможете сохранить свой номер и контакты всего-то и нужно что переставить симку.

p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

Можно ли отследить местоположение с помощью sim-карты

Вы сможете найти телефон в случае потери или кражи, а еще это полезно если теряется ребенок или пожилой человек и так симка действительно может помочь установить ваше местоположение.

p, blockquote 25,0,0,0,0 —>

Но только тогда, когда вы вставляете sim-карту в телефон и включите устройство. Она начинает подключаться к мобильным вышкам, чтобы поймать сигнал. По мере движения, симка ловит ближайшие вышки, чтобы обеспечить лучший сигнал. У каждой вышки есть определенное место положение, когда телефонные компании или полиция использует алгоритмы для определения силы сигнала от той или иной вышки это помогает значительно сузить зону поиска.

p, blockquote 26,0,0,0,0 —>

Сервисы вроде поиск телефона для определения более точного местоположения использует еще и вай-фай конечно это сработает только если у вас на устройстве вай фай включен добавьте к этому информацию с gps и получатся точные данные о местонахождении любого устройства в реальном времени.

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

GPS поможет только в том случае, если у вас включен мобильный интернет, так что если хотите полной конфиденциальности выключите и его и вайфай и отследить вас только по симки будет сложной задачкой.

p, blockquote 28,0,0,0,0 —>

Как защищаются данные на SIM-картах?

По большому счету, SIM-карты защищены лишь PIN- и PUK-кодами. Специалисты по кибербезопасности рекомендуют постоянно держать активной защиту PIN-кодом и, естественно, менять традиционные четыре нуля в коде на что-то более сложное.

p, blockquote 29,0,0,1,0 —>

В остальном безопасность использования SIM-карт обеспечивают разработчики мобильных приложений, банковских карт и т.п. К примеру, если вы замените SIM-карту, банковское приложение увидит, что телефонный номер у вас тот же, а IMSI-номер поменялся, и заблокирует получение кодов для подтверждения операций. Чтобы восстановить доступ, придется связаться со службой поддержки и подтвердить свою личность.

p, blockquote 30,0,0,0,0 —>

Будущее сим карты

Большой тройкой операторов уже выпускаются специальные sim-карты с NFC, позволяющие безопасно осуществлять платежи прямо с баланса мобильного телефона по бесконтактной связи. Чтобы получить такую сим карту нужно обратиться в салон связи оператора и изъявить желание приобрести сим-карту с поддержкой NFC.

p, blockquote 31,0,0,0,0 —>

Внедрение технологии eSIM или говоря по-русски встроенный модуль идентификации абонента. Это чип (embedded SIM – встроенная SIM), который установлен внутри смартфона или другого устройства. На него можно записать ту же информацию, что и на обычную симку.

p, blockquote 32,0,0,0,0 —>

p, blockquote 33,0,0,0,0 —>

Работает это примерно так, вы покупаете тарифный план и на ваше устройство по сети прошиваются необходимые идентификаторы. eSIM экономит место внутри смартфона. Чип можно установить где угодно, а раз доставать его не нужно, то и отверстия под «скрепку» в корпусе не будет, следовательно проще организовать защиту от пыли и влаги.

p, blockquote 34,0,0,0,0 —>

eSIM будут работать с облачным хранилищем очень быстрым супер безопасным и удобным, а еще это будет беспроигрышная ситуация для производителей, меньше трат на распространение и установку, улучшенный дизайн и больше физического места на устройстве.

p, blockquote 35,0,0,0,0 —>

Несмотря на то, что в большинстве смартфонов мы все еще находим слот для Nano-SIM, крупные компании, включая Google и Apple, уже интегрировали eSIM в свои устройства. eSIM уже была интегрирована в Apple Watch 3 и Pixel 2 с Pixel 2XL.

p, blockquote 36,0,0,0,0 —>

Но вот операторы не спешат внедрять эту услугу. О eSIM заговорили, когда Apple выпустила iPhone XS/XR/XS Max. До этого встроенные симки использовали в умных часах Samsung Gear S2 3G 2016 года и в Apple Watch 3/4. Получил поддержку eSIM и смартфон Google Pixel 2.

p, blockquote 37,0,0,0,0 —>

Проблема в том, что не все операторы поддерживают технологию. А в некоторых странах (включая РФ) eSIM вообще вне закона.

• Во-первых, запись данных на eSIM приравнивается к копированию симки. Это мошенничество.
• Во-вторых, с eSIM вы можете перейти к новому оператору, не уведомив прошлого. Это нарушение условий договора.

В общем, пока eSIM можно пользоваться только в отдельных странах. И далеко не у всех операторов. Как Вы думаете, когда операторы внедрят технологию eSIM и внедрят ли вообще? Напишите в комментариях.

Краткое введение в SIM-карты

Когда на вопрос «кем вы работаете?» я отвечал «разработчиком ПО для SIM-карт», даже технически подкованные люди частенько удивлялись. Многие думают, что SIM-карта это «что-то типа флешки».

В этой статье я постараюсь кратко рассказать что такое SIM-карта (и смарт-карты в общем), зачем она нужна и что у нее внутри.

На самом деле SIM-карта — это частный случай контактной смарт-карты с микропроцессором. По сути, 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.

В некотором приближении архитектуру микропроцессорной смарт-карты можно представить так:

Немного о производстве

Для понимания последующего материала мне кажется правильным вкратце объяснить основные процессы при производстве карт.

1. Производство чипа

Исполнитель: Производитель чипов (silicon vendor).

Конечный продукт: пластина с чипами (wafer).

Чипы производятся несколькими компаниями, наиболее распространенные — Samsung, ST Microelectronics, Infinion, SST etc.

Обратная сторона модуля. Белый прямоугольник в центре — чип SIM-карты:

2. Сборка модулей

Исполнитель: производитель смарт-карт (card vendor) или сторонний завод по сборке модулей.

Конечный продукт: лента с модулями (чип + контактная площадка).

На этом этапе пластина режется на чипы (зачастую пластины режутся производителем чипа), чипы крепятся на контактные площадки, затем распаиваются контакты и чип заливается клеем (см. предыдущее фото обратной стороны модуля). Вся эта конструкция называется «модулем»:

3. Производство карты

Исполнитель: card vendor.

Конечный продукт: SIM-карта.

Модули извлекаются из лент, крепятся на пластиковую основу карты, затем загружаются файловая система, приложения, затем идет персонализация карты — загрузка данных, уникальных для каждой карты (различные ID, ключи итд) и нанесение их на саму карту (например ICCID и PIN коды в случае с SIM-картами).

Типы карт

По типу используемой памяти в последнее время SIM-карты делятся на 2 группы: карты, в которых используется ROM и EEPROM, и карты, где используется Flash память.

В первом типе карт операционная система (ОС) и постоянно используемые и малоизменяемые приложения помещаются в ROM производителем чипа (первый этап производства). Цикл производства в этом случае очень долгий и промежуток между релизом ОС и отгрузкой первых чипов занимает 2-3 месяца. EEPROM используется производителем карт для загрузки файловой системы (ФС) и приложений.

В случае с Flash картой ОС, ФС и приложения хранятся на Flash памяти. Использование Flash позволяет загружать ОС в процессе сборки модулей или при производстве карты (этапы 2 и 3). На данный момент карты с использованием flash памяти практически вытеснили ROM с рынка SIM-карт. Flash чипы дешевле и позволяют достаточно легко вносить изменения в ОС. Также производителю карт проще планировать заказ чипов, так как не надо заказывать чипы с конкретными версиями ОС, а просто заказываются чипы с различным размером памяти, и нужная ОС загружается уже под конкретного заказчика — оператора. Так как прогноз по закупке чипов делается обычно только раз в год, это сильно упрощает планирование.

Java на картах

Да, я не ошибся. По программной «начинке» смарт-карты делятся на 2 большие группы — native и javacard.

Native карты

ПО для native-карт пишется на С. Приложения (если таковые требуются производителем) обычно тесно интегрированы с ОС и загружаются одновременно с ОС на карту. Устанавливать какие-либо приложения, разработанные другой компанией, на native-карту нельзя. Дополнительную функциональность, затребованную оператором, зачастую приходится добавлять в код ОС. Размеры самой ОС из-за использования С и простоты ОС достаточно маленькие (для SIM карт порядка 10-20Кбайт). Поэтому native-карты на данный момент используются в low-cost сегменте, где оператор ничего не хочет на карте, кроме простого меню.

Javacard

В эпоху распространения языка Java компания Sun Microsystems написала спецификации javacard. Идея javacard была в том, чтобы сделать возможным установку приложений (апплетов) на карты различных производителей (и на различные чипы). В 1996 году подразделение смарт-карт корпорации Shlumberger (позже переименованное в Axalto, на данный момент Gemalto) представила первую javacard. Идея достаточно простая. Кроме ОС карта содержит виртуальную машину Java. Разработанное приложение компилируется в байткод и загружается на карту. Приложения в этом случае загружаются уже после загрузки ОС (в процессе производства карты), также, если карта содержит Remote Applet Manager, javacard апплет может быть установлен после выпуска карты посредством CMC.

Язык для разработки под javacard — это сильно урезанная Java. Урезана она намного сильнее, чем в J2ME. Из примитивов остались только boolean, byte, short и опционально поддерживается int (но практически не используется в угоду совместимости, так как поддерживается далеко не всеми производителями). Нет привычных классов типа String (вообще из java.lang перекочевали только Object , Throwable и несколько Exceptions ), нет мультипоточности, нет garbage collector’а. Минусы javacard, на мой взгляд, — это скорость работы и большие требования к памяти (как RAM, так и EEPROM/Flash). Java-карты более дороги вследствие использования более дорогих чипов и более сложной структуры ПО.

Приложения

В предыдущем тексте часто упоминались приложения, но человеку, не знакомому со смарт-картами, чаще всего непонятно, что за приложения могут быть на карте.

Во-первых, основная функциональность карты может быть вынесен в отдельное приложение. К примеру, может быть SIM applet, написанный на java, который реализует всю функциональность SIM. Может быть R-UIM приложение (R-UIM карты используются в CDMA сетях). Это может быть приложение Visa или Mastercard, превращающие смарт-карту в банковскую карту. По сути, при использовании java, в ОС можно оставить управление памятью, ввод-вывод и Java машину. При этом, если производителю надо произвести SIM-карты — загружается SIM апплет, если надо сделать Visa — загружается приложение Visa.

Во-вторых, существует класс приложений на картах — microbrowsers. Это интерпретаторы байткода для построения SIM-меню. Это не java байткод, а байткод, понятный установленному браузеру. Меню в этом случае чаще всего разрабатывается на xml-подобном языке разметки, конвертируется в байткод и загружается в браузер. На данный момент наиболее широкое распространение получили браузеры S@T от Simalliance и WIB от Smarttrust. Обе организации не разрабатывают браузеры, они пишут спецификации и сертифицируют браузеры, написаные по этим спецификациям.

В-третьих, это могут быть SIM меню, разработанные на java (без использования браузеров), либо просто какой-то фоновый апплет. К примеру, это может быть апплет, следящий за тем, какой телефон вы используете. Если вы вставили карту в новый телефон, то SIM посылает IMEI нового телефона оператору, а тот, в свою очередь, отправляет вам настройки wap/gprs для вашей модели.

Файловая система

На SIM-картах есть файловая система, так же как и на настольных компьютерах. Файлы бывают 2х типов — DF (Dedicated file — аналог папки) и EF (Elementary file — аналог обычного файла). Корневой DF файл называется MF (Master File).

В файловой системе SIM-карты хранятся секретные ключи, адресная книга, список последних СМС, название оператора, сети, предпочтительные в роуминге, сети, запрещенные к использованию, и т. д. Естественно, существуют уровни доступа к файлам. Ключи зачастую имеют NEVER в качестве доступа на чтение, что исключает возможность их прочитать извне.

Для чего это все нужно?

SIM-меню и остальные «несистемные» приложения являются просто value added services. Основная цель карты — произвести идентификацию и аутентификацию абонента в сети.

Для этого на карте есть IMSI (International Mobile Subscriber Identity) — уникальный идентификатор SIM-карты и 128-битный ключ Ki.

Ниже представлена процедура аутентификации в сети GSM и генерации ключа сессии Kc.

Аутентификация проходит с помощью алгоритма A3, генерация Kc — A8. Authentication Center (AuC) на запрос аутентификации карты генерирует 128-битную псевдослучайную последовательность RAND и отсылает ее SIM-карте. Далее, зная IMSI карты, AuC использует ключ Ki, привязанный к данному IMSI, и данные RAND в качестве входных данных в алгоритмах A3 и A8. Карта одновременно с этим производит те же самые вычисления. Результат вычислений алгоритма A3 Signed Response (SRES) отправляется картой в AuC, на котором полученный SRES сравнивается с вычисленным на AuC. При совпадении результатов процедура аутентификации считается успешно пройденной. Ключ Kc, полученный при использовании алгоритма A8, используется впоследствии для шифрования трафика между телефоном и сетью.

Программы «клонирования» карт используют уязвимость в старой версии алгоритма A8 (COMP128-1). На данный момент в GSM сетях широко используются COMP128-2 и COMP128-3. Уязвимость была найдена еще в 1999 году, но некоторые GSM операторы так и не перешли на использование 2-го и 3-го алгоритмов (уязвимости в которых на данный момент не найдены).

Эпилог

В этой статье я постарался достаточно сжато рассказать что же такое SIM-карты. Надеюсь у меня это получилось. Практически все описаное выше, за исключением процедуры аутентификации, отностится и к USIM-картам, используемым в 3G сетях (UMTS), и R-UIM картам (CDMA сети). Если есть какие-то комментарии или вопросы — пожалуйста пишите.

Как устроены SIM-карты. Часть первая: история вопроса

Привычная нам SIM-карта, которую так легко переставить из одного телефона в другой, появилась совсем не одновременно с рождением мобильного телефона как такового. Первые мобильные телефоны работали в «привязанных» стандартах связи: параметры подписки записывались непосредственно в память мобильного терминала. Причем в самых старых аналоговых стандартах вроде NMT-450 — даже без защиты: при желании можно было скопировать запись в другой телефонный аппарат и создать его клон, разговаривать за счет владельца или принимать адресованные ему звонки.

Чуть позднее появилось решение для защиты — так называемый SIS-код: 18-значное число, уникальное для каждого аппарата и зашитое в специальный процессор. SIS-коды централизованно распространялись между производителями, так что двух аппаратов с одинаковым кодом быть не могло. В этом же процессоре хранился и семизначный RID-код, который передавался при регистрации в сети на базовую станцию.

SIM-карта сокровищ: как потерять все, потеряв один лишь телефон — http://t.co/ElKB4U1unJ

— Kaspersky Lab (@Kaspersky_ru) November 17, 2014

Оттуда взамен приходило случайно сгенерированное число, и SIS-процессор на основе этого числа и своего уникального SIS ответа должен был сгенерировать ключ, по правильности которого и происходила авторизация.

Небольшая длина как ключей, так и генерируемых чисел была вполне достаточной в те времена (речь о 1994 годе), хотя позднее система и была взломана. Однако еще за три года до этого появился цифровой стандарт GSM, в котором аналогичная, но более стойкая система авторизации была реализована изначально, а сам стандарт стал «отвязанным».

Сотовые сети 5G: как они будут работать, зачем нужны и когда будут доступны — http://t.co/27iaXMktJE pic.twitter.com/wnkjiuaos9

— Kaspersky Lab (@Kaspersky_ru) May 22, 2015

То есть функции авторизации возложили не на сам аппарат, а на внешний процессор, встроенный в смарт-карту, которую назвали SIM (Subscriber Identity Module, «модуль идентификации абонента»). Данные о подписке абонента перестали быть зависимыми от самого аппарата — стало возможным использовать любые устройства, меняя их сколь угодно часто.

SIM-карта является, по сути, смарт-картой стандарта ISO 7816 и не особенно отличается от других контактных чиповых карт — например, банковских или таксофонных. Первые «симки» имели точно такой же размер, о котором и сегодня напоминают стартовые пакеты операторов связи: просто миниатюризация телефонов очень быстро привела к тому, что полноразмерные карты (1FF) перестали помещаться внутрь аппаратов, поэтому придумали легко выламывающийся модуль (mini-SIM или 2FF), в котором содержатся чип и контактные площадки, но гораздо меньше лишнего пластика.

Несмотря на дальнейшую миниатюризацию (micro-SIM — 3FF, а затем и nano-SIM — 4FF), форма и расположение контактных площадок, а также принципы работы встроенных чипов остаются неизменными вот уже почти 25 лет, а большие пластиковые «болванки» до сих пор выпускаются для того, чтобы услугами мог воспользоваться даже абонент с очень старым телефоном, — таков стандарт.

Что характерно, многие старые аппараты при этом не смогут прочитать современную «симку», даже если она будет полноразмерной. Дело в том, что ранее повсеместно для питания процессора SIM-карты использовалось напряжение 5 В, а теперь в ходу 3 В. И ради экономии многие производители выпускают SIM-карты с поддержкой только одного напряжения, а не двух — в старом пятивольтовом сотовом телефоне у SIM-карты просто сработает защита по питанию и процессор работать не станет.

Современный смартфон — это полноценный компьютер. Очень опасный компьютер. Расскажем, почему https://t.co/2uibZkeLc6 pic.twitter.com/ILw4G8eQHl

— Kaspersky Lab (@Kaspersky_ru) November 15, 2015

В постоянную память SIM-карты уже на этапе производства записываются IMSI (International Mobile Subscriber Identity, «международный идентификатор мобильного абонента») под конкретного оператора, заказывающего модуль, а также 128-битный ключ Ki (Key Identification, «индивидуальный ключ аутентификации пользователя»). Если говорить грубо, это логин и пароль абонента, намертво зашитые в «железе» SIM-карты.

Соответствие IMSI учетной записи определенного абонента с его телефонным номером хранится в базе данных оператора, именуемой HLR (Home Location Register, «база информации об абоненте»). Эти данные копируются во временную базу данных VLR (Visitor Location Register, «база посещающих абонентов») в каждом конкретном сегменте сети, в котором в определенный момент времени находится абонент.

Авторизация происходит очень просто: при регистрации VLR отправляет на телефон абонента случайное 128-битное число (RAND), из которого на основе ключа Ki процессор SIM-карты вычисляет по алгоритму A3 32-битный ответ SRES, который отправляется обратно в VLR. Если ответ совпадает с ожидаемым, то происходит регистрация в сети.

По другому алгоритму, A8, также на основе RAND и Ki, вычисляется еще один временный ключ — Kc. А уже на основе этого ключа по третьему алгоритму, A5, происходит шифрование данных, передаваемых в эфир.

По умолчанию шифрование включено всегда, однако в ряде случаев (например, по требованию ФСБ во время выполнения спецопераций) оно может отключаться — тогда разговоры происходят без шифрования и легко перехватываются из эфира. На старых телефонах в этот момент на дисплее отображается открытый замочек, на современных смартфонах, кроме BlackBerry, по этому поводу полная тишина.

Кстати, существует атака для прослушивания телефонных разговоров из эфира — с использованием устройства под названием IMSI Catcher. Оно эмулирует базовую станцию, на которой регистрируются телефоны, и ретранслирует все сигналы на настоящую БС.

В этом случае весь процесс авторизации происходит в штатном режиме (взлом ключей не требуется), но «поддельная» базовая станция дает аппарату команду работать без шифрования, соответственно, звонок без шифрования проходит через нее и прослушивается без ведома оператора.

Интересно, что такая уязвимость — это вовсе не «баг» стандарта, а самая что ни на есть «фича», заложенная на этапе разработки по требованию спецслужб, чтобы те могли реализовывать атаки типа Man-In-The-Middle в ходе оперативно-разыскных мероприятий.

Как на самом деле устроена SIM-карта

Привычная нам SIM-карта, которой мы пользуемся каждый день легко переставляя её из одного телефона в другой не такой уж простой кусок пластика, как кажется на первый взгляд. Мало кто знает, что SIM-карта по сути является микрокомпьютером, на борту которого есть процессор, постоянная и оперативная память, файловая система и даже продвинутая система шифрования данных. Сегодня мы постараемся разобраться, как устроена SIM-карта и что её может заменить. Итак, давайте начинать.

Содержание

Что такое SIM-карта и как она устроена?

SIM-карта (Subscriber Identification Module) — это модуль идентификации абонента, который работает в сетях мобильной связи стандарта GSM. Главная её задача — это аутентификация пользователя в сети или говоря простыми словами, это проверка для оператора и абонента. То есть в процессе проверки сеть подтверждает, что у пользователя действительно имеется SIM-карта, а симка дает подтверждение, что абонент подключен к правильной сети. SIM-карта не привязана к определенному устройству, что дает возможность переставлять её в другие устройства по желанию.

Кроме того, SIM-карта является миниатюрным компьютером с собственным процессором, оперативной и встроенной памятью, файловой системой и даже продвинутой системой шифрования данных. В ней также имеется ряд функций, например, SIM-меню и другие приложения.

Если хорошо рассмотреть симку, то можно увидеть миниатюрный процессор, размер которого сопоставим с размером игольного ушка. Занимает он около 10 % от общей площади симки. Питается от аккумулятора в телефоне, и работает на частоте до 10 МГц.

Объем памяти SIM-карты небольшой, он может составлять 128/256 КБ. Кроме того, память играет очень важную роль занимая практически все место на симке. Память имеет несколько разделов:

• В первом разделе хранятся пользовательские данные, такие как журнал вызовов, контакты, а также сообщения. Данный раздел занимает 20% памяти;
• Во втором разделе хранятся операторские данные в зашифрованном виде. Они очень важные, поэтому на их хранение предусмотренно 60% памяти. Здесь находятся наборы ключей: IMSI — который является уникальным номером каждого пользователя, в нем зашифрована все информация о сети и стране абонента и КI — это по сути 128-битный ключ аутентификации пользователя;
• В третье разделе, под который выделено 20 % памяти хранятся файлы Java-приложений (нужны для реализации сервисов от оператора).

На поверхности SIM-карты имеются несколько контактных площадок, их расположение и количество соответствует стандарту. Несмотря на то, что всего имеется 8 контактов, в процессе работы используется всего 6 контактов. Через эти контакты питаются рабочие компоненты симки, подаются команды управления, осуществляется ввод, а также вывод необходимых данных.

1. Для подачи напряжения от внешнего источника питания используется контакт «Vcc»;
2. Второй контакт «Reset» используется для сигнала о необходимости перезагрузки микропроцессора;
3. Для синхронизации используется контакт «Clk»;
4. Этот контакт называется «NC» он никуда не подключенный и является запасным;
5. Контакт земля «Gnd»;
6. Vpp — предназначен для сохранения служебных данных, например, PIN-кода;
7. Контакт под названием «I/O»отвечает за обмен данными;
8. Это не подключенный контакт, поскольку 4 и 8 контакты являются резервными.

Как изготавливают SIM-карты?

Изначально стоимость производства одной симки составляло 1$ за штуку, но в настоящее время производство значительно подешевело, поэтому стоимость составляет всего несколько центов. Однако, в эту стоимость не входят затраты: на установку микроскопического чипа, разработку уникального дизайна, а также доставку симки.

Производство начинается с чипа, которой является главкой частью любой симки. Обычно этим занимаются известные производители, такие как: Samsung, Infineon и другие. После чип помещают на специальную подготовленную площадку, затем распаиваются контакты, а после чип заливается клеем. В итоге получается модуль, который извлекается из ленты, крепится на подготовленный пластиковую карту. А уже на финальном этапе делают прошивку симки: PIN-код, ключи и т.д

Ломаются ли SIM-карты?

Ответ на этот вопрос — конечно, да. SIM-карты, как и многое на нашей планете ломаются. Если это случится с вами, то вы узнаете об этом первым. Поскольку ваш телефон сообщит вам об этом в виде сообщения «Ваша SIM-карта не распознана». В этом случае вы не сможете пользоваться услугами мобильной связи.

Виды SIM-карт

Если вы считаете, что стандартная симка имеет огромный размер, а использовали её даже в эпоху динозавров, то вы сильно ошибаетесь. На самом деле стандартная симка — это не что иное, как MiniSIM-карта. Её габариты составляют всего 15*25 мм. Данный стандарт был утвержден в далеком 1996 году. Сейчас такая симка практически не используется, её можно вставить разве что в дешёвую кнопочную Nokia или другой очень древний телефон.

Однако, чтобы вы понимали, то до стандартной MiniSIM-карты использовались первые SIM-карты. Размер таких карт примерно был сопоставим со стандартными банковскими картами, которыми мы с вами ежедневно пользуемся. Габариты первой по-настоящему большой, особенно если сравнивать с современными форматами симки составлял 85,6*53,98 мм.

На смену стандартной MiniSIM-карты пришел формат MicroSIM, который стал использоваться с 2003 года. Габариты данной симки, конечно меньше чем в MiniSIM и составляют 12*15 мм. Однако эти две симки объединяет одинаковый интерфейс обмена и контактная пластина. Поэтому обрезав MiniSIM-карту вы получите MicroSIM-карту.

Но и этого оказалось недостаточно. Поэтому в 2012 году появился новый современный формат nanoSIM-карты с еще более компактными габаритами 8,8*12,3 мм. Кроме того, не только габариты изменились, но и толщина стала на 12% меньше, однако все контакты сохранились на прежних местах.

Что может полностью заменить SIM-карты?

Считается, что в будущем мы полностью откажемся от привычных нам SIM-карт. Главная этому причина — новая более современная технология eSIM, которая представляет собой микромодуль встроенный в устройство на этапе его изготовления. В настоящее время технологию eSIM уже используют в новых флагманских моделях смартфонов, а также планшетов. Конечно, пока рано говорить о том, что eSIM уже в ближайшие годы заменит стандартную SIM-карту, для этого понадобится гораздо больше времени.

Но вы должны понимать, что за eSIM будущее. Например, если сравнивать eSIM и SIM-карту, то в этой битве обычная симка выглядит менее привлекательной. Например, eSIM нельзя потерять, сломать или неправильно вставить в устройство, поскольку она находится в вашем телефоне еще с этапа производства. Кроме того, для ее извлечения нет необходимости в специальном металлическом ключе, который достаточно легко потерять. В eSIM есть возможность использовать сразу до 5 номер, а также пользоваться разными тарифами. Это в свою очередь решает проблему с использованием сразу нескольких симок. Стоит добавить, что eSIM достаточно сложно подделать или дублировать в отличие от обычной SIM-карты.

Вывод

Все уже давно привыкли пользоваться SIM-картами и на первый взгляд они кажутся нам просто обычным кусочком пластика, но на самом деле — это небольшой компьютер. На сегодняшний день более 7 миллиардов устройств во всем используют SIM-карты для отправки сообщений, совершения звонком и работы в интернете. Однако, с большой вероятность в будущем на замену стандартных SIM-карт, придет новая технология eSIM, которая с каждым днем все больше внедряется в наш мир. Ведь избавившись от физической SIM-карты в устройстве можно освободить место, а подключения к сети сделать намного проще и доступнее. Кроме того, eSIM практически невозможно взломать, подделать или дублировать в отличие от обычной SIM-карты. На этом все. Всем спасибо за внимание.