一、SIM卡是什么

SIM卡是（Subscriber Identity Module客戶識別模塊）的縮寫，也稱為智能卡、用戶身份識別卡，GSM數字移動電話機必須裝上此卡方能使用。它在一電腦芯片上存儲了數字移動電話客戶的信息，加密的密鑰以及用戶的電話簿等內容，可供GSM網絡客戶身份進行鑒別，并對客戶通話時的語音信息進行加密。

SIM卡主要用于GSM系統(tǒng)，但是兼容的模塊也用于UMTS的UE（USIM）和IDEN電話。有人把CDMA2000和cdmaOne的RUIM卡和UIM卡，也稱作SIM卡，雖然兩者作用類似，并遵守了一樣的所有機械、電氣標準和部分軟件標準，但是上層應用并不一定兼容。SIM由CPU、ROM、RAM、EEPROM和I/O電路組成。用戶使用SIM時，實際上是手機向SIM卡發(fā)出命令，SIM卡應該根據標準規(guī)范來執(zhí)行或者拒絕；SIM卡并不是單純的信息存儲器。

SIM卡在GSM系統(tǒng)中的應用，使卡和手機分離，SIM卡唯一標識一個客戶。一張SIM卡可以插入任何一部GSM手機中使用，而使用手機所產生的通信費則自己記錄在該SIM卡所唯一標識的客戶帳上。SIM卡容量有8K、16K、32K、64K，其中512k以上的大容量的SIM卡統(tǒng)稱為STK卡。

二、SIM卡內部物理結構

現在SIM卡擁有四種的物理結構，最早的版本的尺寸是與標準信用卡相同（85×54×0.78毫米），觸點則符合ISO 7816對ID-1型IC卡的規(guī)定。

由于手機小型化，目前的SIM卡，又稱“Mini SIM”，一般裁剪為25x15毫米的插入式。發(fā)售時一般嵌在一個ID-1型卡中，使用前沿著預制切口取下。

2010年，歐洲電信標準協(xié)會（European Telecommunications Standards Institute）再從Mini SIM發(fā)展出縮小為15x12毫米的“Micro SIM”卡，Micro SIM卡首次使用在蘋果公司所推出的iPad及iPhone 4，后續(xù)iPhone 4S、iPad 2等眾多智能手機都有采用。

2011年，蘋果公司提出“Nano SIM”卡（8.8x12.3毫米）標準，經過2012年的一番競爭，該標準被歐盟采納為4FF標準。“Nano SIM”卡最早被應用在iPhone 5與iPad mini。

三、SIM卡原理

SIM卡實際是裝有微處理器的芯片卡，在這里面存儲了數字移動電話客戶的信息，加密的密鑰以及用戶的電話簿等內容，可供GSM網絡客戶身份進行鑒別，并對客戶通話時的語音信息進行加密。

它的內部有5個模塊，并且每個模塊都對應一個功能：微處理器CPU（8位）、程序存儲器ROM（3～8kbit）、工作存儲器RAM（6～16kbit）數據存儲器EEPROM（128～256kbit）和串行通信單元。這5個模塊被膠封在SIM卡銅制接口后與普通IC卡封裝方式相同。這5個模塊必須集成在一塊集成電路中，否則其安全性會受到威脅，因為芯片間的連線可能成為非法存取和盜用SIM卡的重要線索。

SIM卡的供電分為5V（1998年前發(fā)行）、5V與3V兼容、3V、1.8V等，現在的Micro SIM與Nano SIM卡均是1.8V，要求手機產生的SIM卡供電電壓與該SIM卡所需的電壓相匹配。SIM卡插入手機后，電源端口提供電源給SIM卡內各模塊。

SIM卡在與手機連接時，最少需要5個連接線：電源(Vcc)、時鐘(CLK)、數據I/O口(Data)、復位(RST)、接地端(GND)，如下圖：

四、SIM卡保存的數據

（1）由SIM卡生產廠商存入的系統(tǒng)原始數據。

（2）由GSM網絡運營部門或者其他經營部門在將卡發(fā)放給用戶時注入的網絡參數和用戶數據。包括鑒權和加密信息Ki（Kc算法輸入參數之一：密匙號）；國際移動用戶號（IMSI）；A3：IMSI認證算法；A5：加密密匙生成算法；A8：密匙（Kc）生成前，用戶密匙（Kc）生成算法。

（3）由用戶自己存入的數據。比如，短消息、固定撥號，縮位撥號，性能參數，話費記數等。

（4）用戶在用卡過程中自動存入和更新的網絡接續(xù)和用戶信息類數據。包括最近一次位置登記時的手機所在位置區(qū)識別號（LAI），設置的周期性位置更新間隔時間，臨時移動用戶號（TMSI）等。

這些數據都存放在各自的目錄項內，第一類數據放在根目錄，當電源開啟后首先進入根目錄，再根據指令進入相關的子目錄，每種目錄極其內部的數據域均有各自的識別碼保護，只有經過核對判別以后才能對數據域中的數據進行查詢，讀出和更新。上面第一類數據通常屬永久性的數據，由SIM卡生產廠商注入以后無法更改，第二類數據只有網絡運行部門的專門機構才允許查閱和更新，再第三、四類數據中的大部分允許用戶利用任何手機對其進行讀/寫操作。

五、GSM網絡登錄原理

對于一個用戶號碼來說，IMSI和KI碼是唯一的。TMSI是隨時變動的。但IMSI很用以被復制。KI碼需要攻擊算號才出來。TMSI是電信服務商發(fā)給的。

1、手機開機后會從SIM卡中讀取IMSI(15個數字)和TMSI(4字節(jié))；

2、手機登錄網絡時，將會IMSI或TMSI發(fā)給網絡；

3、網絡判斷到該IMSI或TMSI有效，要生成一個128bit的RAND，然后發(fā)給手機；

4、手機收到RAND后，將RAND發(fā)給SIM卡；

5、SIM以里面的KI為密鑰對RAND進行A3A8運算，生成(SRES Kc)；

6、手機讀取(SRES Kc)(32bit 64bit)，并將SRES發(fā)給網絡；

7、網絡自己進行一次A3A8運算，如果結果與手機返回的SRES相同，則認為該用戶合法。

熟知這個原理之后，一些有鎖手機的卡貼、寫卡解卡等手段的解鎖均是從這幾個步驟發(fā)展而來。以有鎖at&t合約iPhone為例，需要登陸中國移動網絡。iPhone是利用要at&t卡的IMSI在中國移動的網絡里取得進網許可，首先利用卡貼或者寫卡解卡等手段寫進at&t的IMSI碼，向中國移動發(fā)送此IMSI碼，此時中國移動認為這個卡是at&t國際漫游過來的，就分配給他一個TMSI（臨時的IMSI），此時TMSI與IMSI配合登錄個人帳戶系統(tǒng)的時候中國移動發(fā)現他是國內的用戶，繼而開放權限，按照正常帳戶處理了。

當然這只是最簡單的解鎖方法，其中卡貼是比較簡單的解鎖方式，但是有可能存在信號與穩(wěn)定問題，而寫卡解卡能夠比較好解鎖手機，但是其破解過程，當中的KI碼攻克是比較困難的事情，只有獲取了KI碼，才有可能獲取內部的IMSI碼，加上隨著加密技術的不斷發(fā)展，現在有很大一部分的新SIM卡均很難進行破解寫卡。

六、SIM卡常見故障

1、每當手機打開時，手機都要與SIM卡進行數據交流。沒插卡時，這些信號是不會送出的。當手機插入SIM卡后無任何反應或插入SIM卡顯示出錯時，這可能是因為SIM卡開關不良或接觸不良或使用廢卡產生的。如果換新卡后故障仍然存在，那么故障一般發(fā)生在SIM卡供電部分。在SIM卡插座的供電端、時鐘端、數據端，開機瞬間可用示波器觀察到讀卡信號，如無此信號，應為SIM卡供電開關周邊電阻電容元件與卡脫焊問題。

2、如SIM卡在一部手機上可用，在另一部手機上不能用，可能是在手機中已經設置了“網絡限制”和“用戶限制”功能。這可以通過16位網絡控制碼（NCK）或用戶控制碼（SPCK）啟動該手機的限制功能，這需要網絡運營商解決。另外，這種故障也可能是SIM卡供電偏低或接觸不良造成的。

3、一般SIM卡的檢測需要再初始開機時執(zhí)行，當開機檢測不到SIM卡存在時，將提示“插入SIM卡”；如果檢測SIM卡已存在，但機卡之間的通信不能實現，會顯示“檢查SIM卡”；當SIM卡對開機檢測信號沒有響應時，手機也會提示“插入SIM卡”；當SIM卡在開機使用過程中掉出、由于松動接觸不良或使用報廢卡時，手機會提示“SIM卡錯誤”。

七、剪卡需要注意的問題

前面我們已經了解到SIM卡的物理與內部的結構，其真正起到作用的是很小的一部分，其余的金屬與塑料均是無意義的封裝面積。

剪卡前，我們需要分辨SIM卡的類型，早期的SIM卡與現在SIM卡，表面的結構與連接線是不一樣的。SIM卡金屬部分，有位置的接線是沒有功用的，因此裁剪去也并不會對SIM卡產生影響。只要裁剪的時候注意保持SIM卡有功用的接線位置保持完整即可。按照現在來看，較新的SIM卡都可以進行裁剪操作，只有年代較為久遠的才需要進行SIM卡的更換。

剪卡的方法有比較多種，最直接粗暴的便是利用剪刀，按照SIM卡貼紙來進行裁剪，過程中需要適當剪大一些，好進行后期的打磨調整。此外直接購買剪卡器也是一件更方便的事情，現在市面上有Micro SIM與Nano SIM兩種剪卡器。前者可以輕松裁剪好，只需進行邊緣的稍微打磨即可使用，而Nano SIM卡裁剪后，由于其厚度要更加薄，因此打磨方面需要多花一些功夫與時間。

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