浅谈小灵通机卡分离中的PIM卡技术原理

    一、前言

    以前，小灵通（PHS）终端与用户相关身份信息属于机卡一体的体系，用户如果要购买小灵通终端，必须到电信营业厅进行烧号的工作，由电信运营商将网络参数、鉴权信息等烧入到小灵通终端内，从某种程度上限制了终端销售渠道的多样化和用户对终端的选择度，造成用户换机、换号手续复杂，不利于运营商开展增值业务，而且该种方式安全性差，不法分子很容易即可利用烧号器从终端内读出用户网络参数、鉴权信息等内容，并码机使用以逃避话费。

    2004年12月13日，由中国电信集团公司、中国网通集团公司、华为技术有限公司、中兴通讯股份有限公司、UT斯达康（中国）有限公司五家公司牵头在北京成立了"中国固网和无线终端联盟"（简称CFWTA）。

    联盟组织制定了"中国PHS机卡分离手机统一标准"，正式出台了小灵通PIM卡技术规范，主要内容包括：小灵通PIM卡的逻辑结构、编码和文件结构；安全特性（鉴权、算法）；机卡接口功能及其响应；EF文件内容格式；PIM卡应用工具箱（PTK）功能等。

    小灵通机卡分离中的一个重要技术创新就是：小灵通PIM卡。它是小灵通机卡分离中的灵魂，它存储着用户相关身份信息、网络参数、鉴权信息等核心内容。下面，我就简单介绍其技术原理。

    二、小灵通PIM卡技术特性

    小灵通PIM卡属于IC卡中的一种，IC卡是集成电路卡（IntegratedCircuitCard）的简称，是镶嵌集成电路芯片的塑料卡片，其外形和尺寸都遵循国际标准（ISO）。芯片一般采用不易挥发性的存储器（ROM、EEPROM）、保护逻辑电路、甚至带微处理器CPU。IC卡分为：非加密存储器卡、逻辑加密存储器卡、智能卡。小灵通PIM卡属于智能卡，目前，智能卡应用最多的是GSM移动通讯中的SIM卡和CDMA移动通讯中的UIM卡，未来将要开展的3G移动通讯中的USIM卡也属于智能卡。小灵通PIM卡与SIM卡技术特性极为相似，下面我就简单介绍PIM卡。

    （一）PIM卡定义

    SIM卡是（Subscriber Identity Module）的英文简称，PIM卡是（PHS Subscriber Identity Module）的英文简称。

    （二）PIM卡的结构和类型

    PIM卡是带有微处理器的智能芯片卡，它的构成是以下几个硬件模块：

    *CPU

    *程序存储器(ROM)

    *工作存储器(RAM)

    *数据存储器(EPROM或E2PROM)

    *串行通信单元

    这五个模块必须集成在一块集成电路中，否则其安全性会受到威胁。因为，芯片间的连线可能成为非法存取和盗用PIM卡的重要线索。

    *植入了COS（CardOperatingSystem）芯片操作系统

    *以文件模型进行信息管理

    *文件标志符作为唯一标志信息

    *存储着PSNM、KI、国家代码、运营商代码、CCH、PIN、UCHV、ADM等网络参数、鉴权信息等内容。

    PIM卡逻辑结构如下：

    在实际使用中有两种功能相同而形式不同的PIM卡：

    (a)卡片式(俗称大卡)PIM卡，这种形式的PIM卡符合有关IC卡的ISO…7816标准，类似IC卡。

    (b)嵌入式(俗称小卡)PIM卡，其大小只有25mm×15mm，是半永久性地装入到移动台设备中的卡。

    两种卡外装都有防水、耐磨、抗静电、接触可靠和精度高的特点。

    （三）PIM卡的电气特性

    我们从卡片上看到的金属部分是封装在模块上的载带的触点，有些人把它错误地叫做芯片。其实真正的半导体芯片被封装在模块的里面。PIM卡是按照IC卡的协议规范生产的，IC卡的协议规范中最基础最重要的一套规范是ISO/IEC7816协议。这套协议不仅规定了IC卡的机械电气特性，而且还规定了IC卡（特别是智能卡）的应用方法（包括COS中很多数据结构）。

    PIM卡芯片有八个触点，与移动台设备相互接通是在卡插入设备中接通电源后完成。此时，操作系统和指令设置可以为SIM提供智能特性。如图所示。

    （四）PIM卡的存储内容

    PIM卡采用新的单片机及存储器管理结构，因此处理功能大大增强。PIM卡中存有三类数据信息：

    (1)与持卡者相关的信息以及PIM卡将来准备提供的所有业务信息，这种类型的数据存储在根目录下。

    (2)PHS应用中特有的信息，这种类型的数据存储在PHS目录下。

    (3)PHS应用所使用的信息，此信息可与其它电信应用或业务共享，位于电信目录下。

    （五）PIM卡存储结构

    PIM卡的主要完成两种功能：存储数据(控制存取各种数据)和在安全条件下(个人身份号码PIN、鉴权钥Ki正确)完成客户身份鉴权和客户信息加密算法的全过程。

    与桌面系统不同的是智能卡中DF级数（相当于目录层数的概念）通常是固定的，一般为1级（MF-DF），也有的为两级（MF- DF - SubDF）结构，但7816协议本身并不严格规定DF的级数。另外，7816协议对EF文件的类型有基本的定义，所以卡上的文件很多都是有一定格式的（如"定长记录"文件），并不是像桌面系统中的文件那样给出偏移量和长度就能操作的"透明"结构。对于更高层的协议（如EMV、PBOC），对EF文件的类型有更具体的规定，这种规定往往为了适应本领域的应用。比如PBOC协议规定的"钱包文件"，就是为让智能卡适用于金融领域。

    PIM卡智能特性的逻辑结构是树型结构。全部特性参数信息都是用数据字段方式表达，如图所示。即在根目录下有三个应用目录，一个属于行政主管部门应用目录，两个属于技术管理的应用目录，分别是PHS应用目录和电信应用目录。所有的目录下均为数据字段，有二进制的和格式化的数据字段。数据字段中的信息有的是永存性的即不能更新的，有的是暂存的，需要更新的。每个数据字段都要表达出它的用途、更新程度、数据字段的特性(如识别符)、类型是二进制的还是格式化的等。

    （六）PIM卡中的保密算法及密钥

    PIM卡中最敏感的数据是保密算法A3、A8算法、密约Ki、PIN、PUK和Kc。A3、A8算法是在生产PIM卡的同时写入的，一般人都无法读A3、A8算法；PIN码可由客户在手机上自己设定；PUK码由运营者持有；Kc是在加密过程中由Ki导出；Ki需要根据客户的IMSI和写卡时用的母钥(Kki)，由运营部门提供的一种高级算法DES，即Ki＝DES(IMSI，Kki)，经写卡机产生并写入PIM卡中，同时要将IMSI、Ki这一对数据送入PHS网路单元AUC鉴权中心。

    一般流行的做法是用一高级方程DES对Ki进行加密，DES方程需要一把密钥Kdes，加密和解密都用同一把密钥。由运营部门提供DES方程给HLR／AUC设备供应商，运营部门制定严格的保密制度，管理好密钥Kdes就能保证Ki传递的安全性，此过程见图所示。

    （七）数据和参数

    PIM卡中存有数据：存储着PSNM、KI、国家代码、运营商代码、CCH、PIN、UCHV、ADM等网络参数、鉴权信息和ICCID(PIM卡号码)。

    ICCID号码一共20位，采用条形码和数字号码印刷，颜色为黑色，印在PIM卡的反面，即不带芯片的那面。大卡、小卡均印20位，大卡将条形码、数字号码印在左上方，条形码在上，数字号码在下。小卡只在芯片反面印制数字号码，数字号码分四行，每行五位。ICCID的条形码采用交叉二五码。

    （八）PIM卡的寿命

    PIM卡的使用是有一定年限的。一般来说，它的物理寿命是取决于客户的插拔次数，约在1万次左右；而集成电路芯片的寿命取决于数据存储器的写入次数，不同厂家其指标有所不同，就Motorola经试验室试验约5万次左右。PIM卡的平均寿命约为4年左右。

 

 

 

 

 

 

 

在本站查看更多关于小灵通,PIM的业界动态