学习笔记USIM卡规范综述.docx

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学习笔记USIM卡规范综述

1什么是UICC卡

UICC--UniversalIntegratedCircuitCard

通用集成电路卡是定义了物理特性的智能卡的总称。

作为3G用户终端的一个重要的、可移动的组成部分，UICC主要用于存储用户信息、鉴权密钥、短消、付费方式等信息，还可以包括多种逻辑应用，例如用户标识模块（SIM）、通用用户标识模块（USIM）、IP多媒体业务标识模块（ISIM），以及其他如电子签名认证、电子钱包等非电信应用模块。

UICC中的逻辑模块可以单独存在，也可以多个同时存在。

不同的3G用户终端可以根据无线接入网络的类型，来选择使用相应的逻辑模块。

在3G用户终端的入网测试中，要求满足UICC的一致性测试要求。

UICC的一致性测试包括物理特性、电气特性和传输协议测试等几个方面，其中传输协议测试涉及到对UICC的文件访问和安全操作。

ISO/IEC国际化标准组织制定了一系列的智能卡安全特性协议，以确保3G用户终端对UICC文件的安全访问。

2USIM卡与SIM卡的比较

USIM卡和SIM卡相比有如下特点：

　　◆相对于SIM卡的单向鉴权（网络鉴权用户），USIM卡鉴权机制采用双向鉴权（除了网络鉴权用户外，用户也鉴权网络），有很高的安全性。

　　◆于SIM卡电话薄相比，USIM卡电话薄中每个联系人可以对应多个号码或者昵称。

　　◆相对SIM卡机卡接口速率，USIM卡机卡接口速率大大提高（230kbps）。

◆相对SIM卡对逻辑应用的支持，USIM可以同时支持4个并发逻辑应用。

SIM卡的上下电过程

上电过程：

RST低电平状态->Vcc加电->I/O口处于接收状态->Vpp加电->提供稳定的时钟信号。

关闭过程：

RST低电平状态->CLK低电平状态->Vpp去电->I/O口低电平状态->Vcc去电

GSM网络注册过程中用到的对SIM卡的操作：

1.手机开机后，从SIM卡中读取IMSI（15Digits）和TMSI（4byte）；　　

2.手机把IMSI或TMSI发送给网络；　　

3.网络检验IMSI或TMSI有效，生成一个128bit的RAND发送给手机。

4.手机收到RAND后，将RAND发给SIM卡；　　

5.SIM以里面的Ki为密钥对RAND进行A3A8算法运算，生成（SRES+Kc）；　　

6.手机从SIM卡读取（SRES+Kc）（32bit+64bit），并将SRES发给网络；

7.网络自己进行一次A3A8运算，如果结果与手机返回的SRES相同，判定用户合法。

可以进行后续操作。

3CPU卡

智能卡按照卡内镶嵌芯片的不同，可分为存储器卡、逻辑加密卡、CPU卡。

CPU卡的结构：

首先，非CPU卡，你必须熟悉卡的存储结构，哪里是制造商区，哪里是密码区，哪里是数据控制区，哪里是数据区（应用区）……

而CPU卡，你不必关心数据的地址，却要关注文件系统的结构：

主文件（MF，相当于DOS文件系统的根目录）、专用文件（DF，相当于DOS文件系统的目录，可以有多层）、基本文件（EF，相当于DOS文件系统的文件）。

CPU卡的基本文件类型虽然只有透明（二进制）文件、（定长与不定长）线性记录文件和循环记录文件三类，但由于COS内部控制的需要，派生出一些特定的“变种”——复位应答文件、口令文件、密钥文件、DIR文件、SFI文件……

COS中的各文件在智能卡的个人化过程中由发行商（Issuer）根据卡的应用而创建，对卡的用户而言通常是不能对文件进行创建和删除的。

但是用户可以根据情况对文件内容进行修改，可以对文件中的记录或数据单元进行增加、删除等操作。

T=0协议以单字节的字符为基本单位，T=1协议则以有一定长度的数据块为传输的基本单位。

智能卡的数据端口只有一个，异步半双工，任一时刻，数据端口上最多只能有一方（智能卡或者读写设备）在发送数据。

4.传输协议

目前智能卡采用的信息传输协议一般是T=0协议和T=1协议。

如果说这两类协议的COS在实现功能上有什么不同的话，主要就是在传送管理器的实现上有不同。

不过，无论是采用T=0协议还是T=1协议，智能卡在信息交换时使用的都是异步通信模式；而且由于智能卡的数据端口只有一个，此信息交换也只能采用半双工的方式，即在任一时刻，数据端口上最多只能有一方（智能卡或者读写设备）在发送数据。

T=0、T=1协议的不同之处在于它们数据传输的单位和格式不一样，T=0协议以单字节的字符为基本单位，T=1协议则以有一定长度的数据块为传输的基本单位。

物理层

T=0和T=1传输协议都应使用物理层和字符帧

数据链路层

通过I/O线传输的字符应被植入字符帧,在传输字符帧之前。

I/O线被置为状态H。

按惯例，字符中的逻辑“1”在I/O线上用状态H表示，“0”在I/O线上用状态L表示一个字符帧含有10个连续的比特：

a）一个比特的起始字位，低电平；

b）八个比特的数据位；

c）一个比特的奇偶校验位。

当包含字符帧的校验位在内有偶数个比特被置“1”时，校验位被置位。

时间原点固定在最后一个状态H和第一个状态L的中间。

起始位存在的核实必须在0.7个etu之内进行，相继的各位必须在（n+0.5±0.2）etu区间内被接收。

起始位是第1位。

在一个字符帧内，从它的起始位前沿起到第n位的后沿间的时间是（n±0.2）etu。

相连两个字符帧的起始位前沿之间的区间，包括了字符宽度（10±0.2）etu，加上保护时间。

在保护时间内，UICC卡和终端二者都处于接收方式（I/O线处于状态H）

图:

字符帧

数据传送时最高位的字节总是最先通过I/O线。

复位应答返回的TS字节（参见ISO/IEC7816-3[12]）规定了一个字节里比特的顺序（也就是指明该字节是最高位先传输还是最低位先传输）。

T＝0传输协议

一种基于半双工异步字符的传输协议。

所有使用T=0协议的命令均由ME发起,通知UICC如何做。

所有使用T=0协议的命令都由终端通过发送5个字节的命令头标发起，命令头标告知UICC该做什么。

终端总是处于主导位置而UICC处于从属位置。

并且假定终端和UICC都知道传输的方向，

所有使用T=0协议的命令都由终端通过发送5个字节的命令头标发起，命令头标告知UICC该做什么。

命令总是由终端发给UICC，通过由5个字节组成的命令头标的形式发送一条指令，命令头标由5个连续的字节组成，分别是CLA,INS,P1,P2,和P3.命令头标和随命令一起发送的所有数据一起构成了T=0协议的命令传输协议数据单元（C-TPDU）

终端向UICC发送命令头标以后就等待一个回送的过程字节。

UICC接收到命令头后，应该向终端发送一个包含了过程字节的响应。

过程字节用于指示终端下一步的动作。

过程字节用于保持终端和UICC间的通讯，不应传送到应用层。

这些动作以后，终端应等待进一步的过程字节或状态字。

状态字SW1SW2在命令结束时指示UICC的状态，一个正常的命令结束时，SW1SW2='9000'.

T＝1传输协议

通信由ME向UICC发送一个块开始。

发送块的权利在ME和UICC间交替。

T=1传输协议是异步半双工的块传输协议，当以下情况发生时，协议被初始化：

由冷复位引起的ATR之后

由热复位引起的ATR之后

成功的PPS交换后

通讯从终端向UICC发送一个块开始，UICC和终端轮流发送块。

一个块是最小的数据单元，它可以被发送也可包含应用数据或传输控制数据，在进一步处理已接收数据之前应该先对其做检测。

在终端和UICC中传送的块传输协议，每个块都有如下表中的结构：

起始域

信息域

结束域

NAD

PCB

LEN

INF

EDC

1byte

1byte

1byte

0-254bytes

1byte

起始域和结束域必选，信息域可选。

起始域

起始域分为下列三个必选区域

-节点地址字节（NAD），1字节

-协议控制字节（PCB），1字节

-长度（LEN）,1字节。

信息域——INF，可选，且依赖于使用该域的信息块的类型。

块的类型

INF用途

信息块I-block

传送命令和APDU的响应.

接收准备块R-block

未用

管理块S-block

传送非应用相关信息

INF应存在（单字节）以按WTX调整IFS

VPP信号错误、管理链中止或重同步时INF不存在

结束域

结束域包含了错误检测编码字节（EDC），该字节传送所传输的块的错误检测码。

结束域应使用ISO/IEC7816-3[12]定义的LRC

传输层

本节描述APDU如何在终端和UICC之间传输。

APDU中的数据定义参见7.4节。

使用T=0的APDU传输

本节描述在T=0协议中C-APDU和R-APDU的映射、APDU交换以及在方式2和方式4中GETRESPONSE命令的使用。

APDU映射为TPDU

将C-APDU映射到T=0命令头与命令方式有关。

将UICC返回的数据（若存在）和状态映射到R-APDU与返回的数据长度有关。

UICC返回过程字节‘61XX’和‘6CXX’用于控制终端和UICC传输层之间进行的交换，过程字节不能返回给终端的应用层。

若返回过程字节‘61XX’或‘6CXX’，那么表明UICC中的命令没有完成。

若UICC返回状态字‘9000’给终端传输层，它表示处理命令完成的正常状态。

终端传输层在从UICC处接收到任何状态字时（除接收到过程字节‘61XX’和‘6CXX’），它将停止命令处理（如：

将R-APDU传送给应用层并等待应用层将来的C-APDU）。

仅对于方式4中的命令，若接收到警告状态字节（‘62XX’和‘63XX’）或者与应用相关的状态字节（‘9XXX’，‘9000’除外），在成功地传输命令数据给UICC后，终端传输层将立即继续处理命令。

下面对于UICC返回数据和状态到R_APDU的映射的描述是提供信息，同时仅应用在UICC已经（成功或其它）处理完命令，在’61XX’和’6CXX’过程字节的控制下UICC已经返回所有数据（如果存在）的情况。

对于INS，和过程字节‘60’的详细用法不描述。

UICC返回的状态与最近接收到的命令有关。

在使用GETRESPONSE命令来完成方式2和方式4命令处理时，在接收到GETRESPONSE命令后，UICC返回的任何状态应与GETRESPONSE命令有关，而与完成的方式2和方式4命令无关。

使用T=1的APDU传输

C-APDU是从终端传输层发送到终端应用层的。

传输层将C-APDU不变地映射到I-block的INF。

I-block被发送到UICC。

响应数据（若存在）和状态将在I-block的INF中从UICC返回终端传输层。

若UICC返回状态，该状态指示：

-正常处理（‘61XX’）；

-警告（‘62XX’或‘63XX’）；

-应用程序方式（‘9XXX’）；

-成功执行命令（‘9000’）；

那么它将返回与命令处理相关的数据（若可得）。

在别的状态下不返回任何数据。

I-block的INF内容被不变地映射到R-APDU并返回给终端传输层。

T=1时，APDU消息的传输将按照下面描述的四种方式被映射到I-block的信息。

应用层

应用协议由终端应用层和传输层之间有序的一组交换组成。

本文件中接下来的部分将定义应用协议。

应用层交换的每一步由一个命令－响应对组成，其中终端应用层通过终端传输层发送命令给UICC，UICC处理命令并使用UICC传输层和终端传输层发送响应给终端应用层。

每一特定的命令（C-APDU）有特定的响应（R-APDU）。

命令和响应分别称为命令消息和响应消息。

C-APDU的结构见10.2节。

R-APDU的结