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5G來了,需要更換SIM卡嗎?

2019年6月20日 15:39  無線深海  

2019年作為5G元年,隨著中國5G牌照的發放,5G離我們的生活越來越近。眾所周知,要想體驗5G速度,換支持5G的手機是必須的。

中興5G手機

中興5G手機

隨之而來的疑問是:之前從2G升到3G,聯通用戶需要換SIM卡,從3G到4G的時候,移動和電信用戶也需要換SIM卡,SIM卡似乎和網絡有一個配套使用的關系。

那么,在5G時代要不要接著換卡呢?

沒錯,SIM卡就是這個小玩意

沒錯,SIM卡就是這個小玩意 01

SIM卡內部有什么玄機?

首先,我們來看看什么是SIM卡。

SIM卡的全稱是Subscriber Identity Module,也叫用戶識別模塊,是裝在手機之上用來識別用戶的,就像手機的身份證一樣,網絡鑒權通過了才允許手機接入。

別看SIM卡不起眼,實際上它還是一個帶有集成電路芯片的卡片,簡稱ICC(Integrated Circuit Card)。從硬件上說,ICC應該是它的正式名稱,SIM只是它實現的功能。

SIM卡雖小,但里面竟然集成了CPU,存儲(分為RAM,ROM,Flash,EEPROM幾種),輸入輸出單元等模塊,真是五臟俱全,大有乾坤。

SIM卡雖小,里面大有乾坤

SIM卡雖小,里面大有乾坤

我們使用手機和SIM卡時,實際上是手機向SIM卡發出了命令,SIM卡內部根據相關協議來執行運算并反饋結果,并不是想象中只做單純的信息存儲器那么簡單。

02

SIM卡里存放了哪些信息?

SIM卡里面的數據分為兩類:靜態數據和動態數據。靜態數據一種是生產時永久寫入卡里的,另一種是運營商發卡時寫入的,一般不會變化。動態數據一種是根據網絡狀況動態更新的,另一種是用戶存入的通訊錄和短信等數據。

SIM里存儲的信息

SIM里存儲的信息

主要的靜態數據分為下面這些:

1、SIM卡自身芯片的全球唯一識別序列碼 ICCID ( Integrated Circuit Card IDentifier)。

2、用戶識別信息:IMSI ( International Mobile Subscriber Identity)。

IMSI是由3位移動國家碼,2位移動網絡碼,以及10位用戶識別碼這三部分組成。IMSI僅在網絡內部使用,和用戶使用的手機號有一一對應的關系。

3、鑒權密鑰Ki,以及用于鑒權加密的A3,A5和A8算法。在算法的作用下,生成并傳遞鑒權數據。鑒權是SIM的核心功能,在后面會詳細描述。

4、兩個密碼:PIN ( Personal Identification Number),PUC ( Personal Unblocking Code)。

PIN用于保護SIM的使用安全,如果手機啟用了此功能,每次開機都要輸入PIN,連續輸入錯誤3次SIM卡將被鎖住。

SIM卡鎖住了怎么辦呢?這就輪到PUC上場了。PUC是專用于給已鎖定的SIM卡解鎖的,但輸入的時候更要小心,如果連續輸入錯誤10次的話,SIM卡將永久鎖定,相當于報廢了。

5、運營商其他數據:運營商名稱SPN,接入點名稱APN,短消息中心號碼SMSC,其他服務號碼等等。

主要的動態數據包含下面這些:

1、位置區標識LAI (Location Area Identity):移動網絡一般劃分為多個位置區,手機需要定時上報自己所在的位置區,讓網絡知道手機的位置,方便尋呼。

2、臨時移動用戶標識TMSI (Temporary Mobile Subscriber Identity):為了保護IMSI信息,網絡會在手機接入之后分配一個臨時的標識。

3、位置更新定時器T3212,頻點列表等輔助信息。

4、通信錄和短信等用戶數據。

03

SIM卡是怎樣給用戶鑒權的?

SIM卡相當于每個用戶的身份證,其最主要的作用是給用戶鑒權,說白了就是網絡判斷用戶是不是系統登記過的合法用戶,只有鑒權通過才能接入網絡。

下面說下2G GSM的鑒權流程是怎樣工作的。

2G使用SIM的鑒權流程

2G使用SIM的鑒權流程上圖這個流程

的前提是:SIM卡里面,核心網都存儲了同樣的鑒權密鑰Ki。

第一步,SIM卡給網絡發送用戶的識別碼IMSI,申請接入網絡。

第二步,網絡先用IMSI,一個隨機數RAND和密鑰Ki算出一個序列值SRES,然后把這個隨機數發給SIM卡,相當于給SIM卡出了道題,讓SIM卡也做一下同樣的計算。

第三步,SIM卡算出結果SRES之后發給網絡,網絡一看,和自己的計算結果一樣,就判斷這個SIM卡代表的用戶是合法用戶。具體流程比較復雜,上圖進行了大量的簡化,并用紅色的“人話”做了翻譯。

這個流程有一個明顯的漏洞,就是只有網絡給用戶出題,判斷SIM卡代表的用戶是否合法,SIM卡并沒有去判斷網絡是否合法。這個就給了偽基站可乘之機。

偽基站可不會真的去做什么鑒權工作,直接鑒權通過,真實用戶又沒有識別對方是真基站還是偽基站的能力,只得落入陷阱任人宰割。

偽基站詐騙

偽基站詐騙

到了3G時代,為了提高安全等級,引入了雙向鑒權機制,也就是不但網絡對用戶進行鑒權,用戶也對網絡進行鑒權,只有雙方都確認對方合法之后通信才會進行。

為了支持雙向鑒權,SIM卡也升級成為了USIM (Universal Subscriber Identity Module)卡。

USIM和SIM有什么不同呢?

1、硬件平臺升級為UICC (Universal integrated circuit card),區別于SIM的硬件ICC。

2、UICC在軟件上可支持SIM (用于GSM)和USIM (用于3G及更先進技術)等多個應用,因此也叫USIM復合卡。也就是說,一般USIM卡內部是兼容2G SIM卡的。

3、USIM內存儲的是鑒權密鑰K,支持支持雙向鑒權及更長的秘鑰,以及更新的鑒權加密算法,安全性更高。

4、USIM可以存儲彩信和更多的通信錄。

鑒權機制的升級是引入USIM卡最重要的目標,我們通過下圖來看看3G的鑒權流程和2G有什么不同。

3G使用USIM的鑒權流程

3G使用USIM的鑒權流程

首先,第一步是類似的,都是給網絡發送用戶的識別碼IMSI,申請接入網絡。

第二步,網絡經過計算之后,把兩個值:隨機數RAND和網絡鑒權令牌AUTH發給USIM卡。 這一步比2G多發的AUTH就是讓USIM用來對網絡進行鑒權的。

第三步,USIM通過AUTH來對網絡進行鑒權,如果鑒權通過,則把用隨機數RAND計算出的結果RES發給網絡。

最后,網絡把對USIM發來的RES和自己之前計算的結果XRES一比較,如果一樣就鑒權通過。具體流程比較復雜,上圖進行了大量簡化,并用紅色的“人話”做了翻譯。

這一套流程下來,就實現了USIM和網絡的雙向鑒權,安全性大為提高,偽基站就毫無從中作梗的機會了。

4G的鑒權流程和3G非常類似,僅細節稍有不同,但對USIM卡的要求是相同的。

4G使用USIM的鑒權流程

4G使用USIM的鑒權流程

在部署5G時,如果采用非獨立組網 (NSA) 形式,用戶面完全由4G承擔,因此鑒權流程就完全和4G是一樣的。如果采用獨立組網形式,鑒權流程也是和4G類似的。

由此可見,從4G升級到5G,只要4G用的是USIM卡,就完全可以支持5G鑒權,不需要再換卡。

04

為什么2G升3G/4G要換卡,而升5G不用換?

實際上,4G網絡由于不支持2G時代老舊的SIM卡,在從2G和3G往4G升級的過程中,大家都已經把SIM卡換成USIM卡了。

當然,移動,聯通和電信的在從2G升級到3G和4G的選擇不同,中間經歷的換卡的過程也是不同的。

中國移動的3G網絡 TD-SCDMA 使用簡化流程鑒權,因此老用戶不需要換 USIM 卡也能接入網絡。然而到了4G時代,由于LTE 網絡不允許按照2G GSM 的方式鑒權,所以幾乎所有移動用戶在升級4G時需要換卡。

中國聯通的3G網絡WCDMA使用了新的鑒權流程,因此從2G GSM 到 3G 必須換成 USIM 卡,而從3G到4G就不再需要換卡了。

中國電信就要復雜一些,其2G是CDMA 網絡,3G是CDMA2000,在技術上自成一體,和移動聯通的2G GSM,3G WCDMA和TD-SCDMA 在鑒權上是完全不同的。

并且,電信的 CDMA的手機卡也不叫SIM卡,而是稱為UIM卡或R-UIM卡,其數據格式跟移動和聯通的 SIM卡或者USIM卡也不相同。

到了4G時代,電信和移動聯通殊途同歸,都部署的是LTE網絡,需要升級成USIM卡并同時兼容CDMA。因此,電信用戶從3G升級到4G必須換卡。

三大運營商經過了從2G升級到3G和4G這一過程,其用戶都已升級為USIM卡,因此在5G階段就無須再換卡了。

各運營商的換卡路徑

各運營商的換卡路徑

編 輯:王洪艷
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