1中 国 移 动 超 级 SIM 卡 技 术白 皮 书（ 2020 年 ）中 国 移 动 研 究 院· 前 言SIM卡 是 运 营 商 认 证 用 户 身 份 的 硬 件 载 体 ， 具 有 高 安 全 等 级 的 加密 特 性 ， 是 运 营 商 与 用 户 间 的 重 要 触 点 。自 移 动 网 络 诞 生 以 来 ， 起 初 手 机 终 端 的 业 务 仅 有 打 电 话 、 发 短 信 ，SIM卡 承 担 终 端 侧 的 入 网 认 证 、 起 到 业 务 的 安 全 保 障 作 用 。 随 着 通 信网 络 、 终 端 技 术 的 演 进 ， 手 机 终 端 上 的 业 务 从 传 统 的 电 话 、 短 信 演 变为 丰 富 多 变 的 第 三 方 业 务 ， 继 而 对 SIM卡 的 需 求 也 发 生 了 变 化 ， 期 望除 电 信 功 能 外 发 挥 更 大 的 作 用 。 GP 多 应 用 和 NFC 技 术 的 兴 起 ， 使 得SIM 卡 技 术 不 断 革 新 ， 由 单 应 用 Native 卡 升 级 为 多 应 用 卡 ， 在 ISO7816接 口 基 础 上 增 加 了 支 持 NFC功 能 的 SWP（ 单 线 协 议 ） 接 口 ， 同 时提 供 用 户 应 用 空 间 与 行 业 伙 伴 合 作 ， SIM卡 发 展 为 承 载 各 类 业 务 的 高安 全 性 优 质 容 器 。 SIM卡 技 术 发 展 为 业 务 合 作 带 来 无 限 可 能 ， 中 国 移动 推 出 超 级 SIM 卡 ， 希 望 为 产 业 各 方 带 来 更 为 广 阔 的 市 场 契 机 。本 白 皮 书 旨 在 明 确 中 国 移 动 对 于 个 人 领 域 SIM卡 的 发 展 方 向 、 架构 设 计 及 能 力 要 求 ， 希 望 能 够 为 产 业 在 规 划 设 计 SIM卡 相 关 技 术 、 产品 和 解 决 方 案 时 提 供 参 考 和 指 引 。 利 用 超 级 SIM卡 空 间 开 放 能 力 ， 中国 移 动 希 望 联 合 各 行 业 合 作 伙 伴 探 索 高 质 量 的 SIM 卡 业 务 ， 提 升 SIM卡 价 值 ， 构 建 SIM卡 业 务 生 态 体 系 ， 服 务 用 户 生 活 。本 白 皮 书 的 版 权 归 中 国 移 动 所 有 ， 未 经 授 权 ， 任 何 单 位 或 个 人 不得 复 制 或 拷 贝 本 建 议 之 部 分 或 全 部 内 容 。中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 白 皮 书 （ 2020）1目 录1. 概 述 .22. 技 术 架 构 .53. 技 术 要 求 .63 .1 硬 件 层 .63.1.1 芯 片 安 全 要 求 .63.1.2 物 理 电 气 特 性 .63.1.3 终 端 与 卡 通 信 接 口 .63.1.4 擦 写 寿 命 要 求 .73 .2 COS 层 技 术 要 求 .73.2.1 基 础 电 信 功 能 .73.2.25G新 增 功 能 .73.2.3GBA认 证 .83.2.4BIP协 议 .83.2.5 多 物 理 通 道 .83.2.6 多 逻 辑 通 道 .93.2.7 密 码 算 法 性 能 .93 .3 应 用 基 础 能 力 层 技 术 要 求 .1 13.3.1GP多 应 用 管 理 技 术 .113.3.2API.113.3.3 国 密 算 法 .113.3.4RAM/RFM 技 术 .123.3.5 客 户 端 访 问 SIM卡 的 安 全 控 制 机 制 .123.3.6 用 户 空 间 .123 .4 预 置 应 用 .1 23.4.1 SIM 快 捷 确 认 .123.4.2 SIM 盾 .133.4.3 白 卡 写 卡 .134. 结 束 语 .14缩 略 语 列 表 .15参 考 文 献 .16中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 白 皮 书 （ 2020）21.概 述2020 年 是 5G 加 速 发 展 的 发 力 年 ， 根 据 国 家 “ 加 快 5G 网 络 等 新 型 基 础 设 施建 设 ， 积 极 丰 富 5G技 术 应 用 场 景 ” 战 略 部 署 ， 中 国 移 动 将 对 5G通 信 网 络 进 行 全面 升 级 ， 夯 实 经 济 数 字 化 转 型 基 础 ， 不 断 丰 富 5G 应 用 场 景 ， 拓 展 信 息 消 费 的 新业 态 、 新 模 式 。 5G支 持 eMBB（ 增 强 移 动 宽 带 ） 、 mMTC(海 量 机 器 类 通 信 )和 uRLLC(超可 靠 、 低 时 延 通 信 )三 大 典 型 应 用 场 景 ， 从 人 与 人 通 信 延 伸 到 人 与 物 、 物 与 物 的连 接 ， 真 正 实 现 了 “ 万 物 互 联 ” 。 所 有 联 网 设 备 都 需 要 通 过 SIM卡 完 成 认 证 ， 对SIM卡 提 出 了 更 高 的 安 全 要 求 和 功 能 要 求 。本 次 中 国 移 动 推 出 的 超 级 SIM 卡 ， 首 先 在 4G 基 础 上 针 对 3GPP 5G 标 准 中 定义 的 新 功 能 和 新 文 件 进 行 了 全 面 升 级 。 超 级 SIM卡 新 增 加 了 用 户 身 份 隐 私 保 护 能力 ， 采 用 国 际 高 安 全 算 法 对 用 户 标 识 （ SUPI） 进 行 加 密 得 到 SUCI， 避 免 了 5G用户 身 份 标 识 在 空 口 被 截 获 ， 降 低 了 个 人 隐 私 数 据 被 收 集 的 风 险 。 超 级 SIM卡 引 入了 3GPP5G标 准 中 升 级 的 设 备 移 动 性 管 理 功 能 ， 利 用 SIM卡 内 置 的 位 置 信 息 、 安全 上 下 文 文 件 ， 记 录 5G设 备 的 位 置 信 息 和 驻 网 信 息 ， 提 升 了 设 备 的 二 次 驻 网 速度 。 超 级 SIM卡 引 入 5G接 入 控 制 功 能 ， 通 过 卡 内 文 件 配 置 可 实 现 签 约 用 户 对 多媒 体 服 务 和 关 键 事 物 服 务 接 入 类 型 的 优 先 级 控 制 ， 满 足 用 户 的 不 同 类 别 的 通 信 业务 需 求 。 通 过 使 用 UE 路 由 选 择 策 略 服 务 ， 卡 内 可 存 储 默 认 切 片 配 置 相 关 信 息 ，为 用 户 享 受 运 营 商 提 供 的 5G基 础 切 片 服 务 提 供 支 撑 。其 次 除 提 供 基 础 4G/5G电 信 服 务 外 ， 超 级 SIM卡 还 可 凭 借 高 安 全 、 开 放 性 特点 发 挥 更 大 作 用 ， 赋 能 千 行 百 业 。 超 级 SIM卡 的 典 型 应 用 场 景 包 括 三 类 ： 一 是 NFC刷 卡 。 NFC技 术 具 有 交 易 速 度 快 、 安 全 性 高 的 优 势 ， 支 持 双 离线 场 景 （ 刷 卡 交 易 双 方 的 设 备 均 处 于 离 网 状 态 ） 。 线 下 “ 刷 ” 卡 也 是 用 户感 知 SIM卡 的 最 佳 场 景 ， 中 国 移 动 已 拓 展 的 刷 卡 类 业 务 涵 盖 公 共 交 通 、校 企 一 卡 通 和 银 行 卡 三 大 类 。 超 级 SIM还 可 “ 装 载 ” 居 民 身 份 证 件 ， 用户 刷 手 机 即 可 办 理 酒 店 入 住 、 高 铁 出 行 等 手 续 。 其 它 线 下 刷 卡 场 景 （ 如 ：小 区 /企 业 门 禁 、 车 钥 匙 等 ） ， 也 都 可 用 超 级 SIM卡 取 代 传 统 实 体 卡 。 二 是 身 份 认 证 服 务 。 基 于 SIM卡 的 鉴 权 密 钥 ， 3GPP定 义 了 一 种 通 用 认 证中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 白 皮 书 （ 2020）3机 制 GBA， 以 一 种 一 致 的 方 式 为 各 类 业 务 APP提 供 设 备 标 识 和 差 异 化密 钥 服 务 ， GBA技 术 已 在 eSIM一 号 双 终 端 业 务 和 5G消 息 业 务 中 使 用 。超 级 SIM卡 除 了 为 移 动 终 端 APP提 供 GBA_U功 能 （ APP可 以 调 用 GBA_U功 能 协 商 密 钥 、 保 护 交 易 ） 外 ， 还 定 义 了 专 用 的 API供 卡 片 APPLET调 用 。 三 是 安 全 保 障 服 务 。 超 级 SIM卡 作 为 终 端 侧 的 高 可 信 硬 件 ， 还 可 用 于 存储 APP业 务 密 钥 和 敏 感 数 据 （ 如 ： 用 户 隐 私 数 据 、 钱 包 余 额 等 ） ， 并 提 供加 、 解 密 服 务 ， 相 当 于 终 端 中 的 “ 保 险 箱 ” 和 “ 加 密 机 ” 。 以 区 块 链 技 术为 例 ， 用 户 标 识 是 一 系 列 的 公 、 私 钥 对 ， 交 易 发 起 方 通 过 自 己 地 址 （ 公钥 ） 对 应 的 私 钥 发 起 交 易 ， 交 易 接 收 方 提 供 地 址 接 收 信 息 ， 并 使 用 发 起方 公 钥 验 证 其 身 份 ， 超 级 SIM卡 可 提 供 用 户 侧 公 私 钥 生 成 、 存 储 、 运 算等 服 务 ， 极 大 提 升 了 “ 交 易 ” 的 安 全 性 和 抗 抵 赖 性 。超 级 SIM 卡 还 为 行 业 合 作 伙 伴 提 供 了 灵 活 的 应 用 管 理 模 式 及 丰 富 的 应 用 交易 服 务 ： GP标 准 应 用 管 理 服 务 。 中 国 移 动 多 应 用 管 理 （ TSM） 平 台 是 超 级 SIM卡的 全 网 统 一 业 务 管 理 平 台 ， 负 责 对 超 级 SIM卡 空 间 、 密 钥 及 应 用 接 入 进行 统 一 管 理 。 TSM平 台 为 应 用 合 作 方 提 供 独 立 辅 助 安 全 域 ， 合 作 方 可 通过 自 有 渠 道 开 展 应 用 的 业 务 推 广 和 管 理 。 卡 应 用 安 全 运 行 环 境 。 芯 片 通 过 EAL4+以 上 （ 含 ） 安 全 认 证 ， 通 过 EMVCo安 全 认 证 (或 通 过 银 联 芯 片 卡 集 成 电 路 安 全 测 试 )， 通 过 国 密 二 级 以 上（ 含 ） 认 证 。 统 一 、 高 效 的 密 码 算 法 服 务 。 芯 片 支 持 RSA(2048)、 ECC、 3DES、 AES、国 密 (SM2、 SM3、 SM4等 )协 处 理 器 ， 具 备 产 生 真 随 机 数 的 协 处 理 器 ， 具备 抗 物 理 攻 击 的 能 力 。 超 级 SIM卡 对 各 类 密 码 算 法 作 了 统 一 性 能 要 求 ，大 幅 度 提 升 了 密 码 算 法 的 执 行 速 度 。 全 面 的 机 卡 通 信 接 口 。 为 解 决 iPhone 及 部 分 安 卓 手 机 “ 机 卡 通 道 不 通 ”的 难 题 ， 超 级 SIM卡 升 级 机 卡 接 口 支 持 BIP协 议 ， 提 供 在 远 程 平 台 和 SIM卡 之 间 建 立 IP通 路 的 能 力 。 结 合 原 有 机 卡 通 道 ， 超 级 SIM卡 可 为 终 端APP和 业 务 平 台 提 供 短 信 、 本 地 机 卡 接 口 、 BIP及 NFC四 大 接 口 能 力 ， 满足 各 类 线 上 、 线 下 交 易 场 景 。中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 白 皮 书 （ 2020）4 功 能 丰 富 的 API。 支 持 GP API、 SIM API、 USIM API、 UICC API等 ， 开放 应 用 个 人 化 、 安 全 通 道 服 务 、 SIM文 件 及 主 动 式 命 令 等 能 力 ， 供 上 层应 用 调 用 。最 后 超 级 SIM卡 预 置 了 中 国 移 动 自 有 应 用 提 供 各 类 服 务 。 SIM 快 捷 确 认 应 用可 实 现 PC、 WAP、 APP、 H5等 场 景 下 的 用 户 快 捷 登 录 ， 以 及 业 务 审 批 等 二 次 确 认场 景 下 的 认 证 功 能 。 SIM盾 应 用 替 代 传 统 U盾 ， 在 SIM卡 安 全 芯 片 中 存 储 多 张 个人 数 字 证 书 ， 为 金 融 行 业 、 政 府 、 企 业 办 公 提 供 高 安 全 认 证 服 务 ， 已 与 中 国 银 行 、浦 发 银 行 开 展 商 业 合 作 。 另 外 ， 超 级 SIM卡 还 支 持 白 卡 写 卡 服 务 ， 用 户 通 过 手 机APP即 可 足 不 出 户 、 自 助 完 成 新 开 卡 、 补 换 卡 服 务 。本 白 皮 书 旨 在 明 确 中 国 移 动 对 于 个 人 领 域 SIM卡 的 发 展 方 向 、 架 构 设 计 及 能力 要 求 ， 希 望 能 够 为 产 业 在 规 划 设 计 SIM卡 相 关 技 术 、 产 品 和 解 决 方 案 时 提 供 参考 和 指 引 。 利 用 超 级 SIM卡 空 间 开 放 能 力 ， 中 国 移 动 希 望 联 合 各 行 业 合 作 伙 伴 探索 高 质 量 的 SIM卡 业 务 ， 提 升 SIM卡 价 值 ， 构 建 SIM卡 业 务 生 态 体 系 ， 服 务 用 户生 活 。中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 白 皮 书 （ 2020）52.技 术 架 构中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 架 构 如 图 2-1所 示 ， 包 括 ： 硬 件 层 、 COS层 、 应 用 基础 能 力 层 和 应 用 层 四 部 分 。图 2-1 中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 架 构硬 件 层 ： 定 义 SIM卡 与 外 部 设 备 的 通 信 接 口 ， CPU、 存 储 器 、 协 处 理 器 等 。COS层 ： 主 要 定 义 SIM卡 内 存 和 文 件 等 基 础 处 理 、 各 类 安 全 机 制 、 SIM/USIM逻辑 功 能 、 空 中 短 信 传 输 协 议 控 制 等 。应 用 基 础 能 力 层 ： 主 要 定 义 GP应 用 管 理 ， 实 现 应 用 程 序 提 供 在 卡 内 下 载 、 安装 、 删 除 的 管 理 和 存 储 等 服 务 ， 并 实 现 用 户 卡 与 外 部 设 备 通 信 的 指 令 报 文 ， 以 及包 含 鉴 权 和 加 密 机 制 的 安 全 信 道 会 话 机 制 ； 定 义 安 全 空 间 管 理 ， 在 卡 内 划 分 不 同的 安 全 区 域 以 承 载 不 同 的 行 业 应 用 ； 定 义 应 用 和 安 全 域 的 生 命 周 期 管 理 ， 提 供 各类 API供 上 层 应 用 调 用 。中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 白 皮 书 （ 2020）6应 用 层 ： 主 要 承 载 各 类 应 用 ， 包 含 各 类 行 业 应 用 （ 如 公 交 、 金 融 、 校 企 等 ）及 中 国 移 动 自 有 应 用 （ SIM盾 、 SIM快 捷 确 认 等 ） ， 应 用 可 预 置 也 可 动 态 加 载 。3.技 术 要 求3.1 硬 件 层3.1.1 芯 片 安 全 要 求芯 片 通 过 EAL4+以 上 （ 含 ） 安 全 认 证 ， 通 过 EMVCo 安 全 认 证 (或 通 过 银 联 芯片 卡 集 成 电 路 安 全 测 试 )， 通 过 国 密 二 级 以 上 （ 含 ） 认 证 。芯 片 支 持 RSA(2048)、 ECC、 3DES、 AES、 国 密 (SM2、 SM3、 SM4等 )协 处 理 器 ，具 备 产 生 真 随 机 数 的 协 处 理 器 ， 具 备 抗 物 理 攻 击 的 能 力 。3.1.2 物 理 电 气 特 性物 理 特 性 、 电 气 特 性 遵 循 ETSI 102.221的 要 求 。 其 中 针 对 SIM卡 和 CLF 芯片 的 接 口 电 压 ， 应 保 证 至 少 支 持 Class B和 C。3.1.3 终 端 与 卡 通 信 接 口通 信 接 口 指 的 是 SIM 卡 与 外 部 终 端 设 备 进 行 通 信 的 接 口 ， 应 支 持 ISO7816和 SWP两 种 接 口 。ISO7816 接 口 是 SIM 卡 与 外 部 终 端 设 备 进 行 通 信 的 接 触 式 I/O 接 口 ， 遵 循ETSI 102.221的 要 求 。SWP接 口 是 SIM卡 与 外 部 非 接 触 终 端 设 备 进 行 通 信 ， 实 现 近 距 离 通 信 相 关 业务 的 物 理 接 口 。 超 级 SIM卡 C6管 脚 支 持 SWP协 议 ， 应 遵 循 ETSITS102.613V7.10（ 及 以 上 ） 的 要 求 。 需 保 证 卡 可 以 支 持 CLF的 卡 模 拟 模 式 ， 支 持 读 卡 器 模 式 ， 可选 支 持 点 对 点 传 输 模 式 。移 动 终 端 若 支 持 NFC功 能 ， 则 应 支 持 SWP接 口 ， 与 超 级 SIM卡 协 同 实 现 刷 卡操 作 ， 为 用 户 提 供 基 于 非 接 触 感 应 的 线 下 应 用 场 景 。中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 白 皮 书 （ 2020）73.1.4 擦 写 寿 命 要 求超 级 SIM卡 能 保 证 10万 次 的 擦 写 次 数 ， 对 于 高 频 更 新 文 件 （ 如 LOCI、 会 话密 钥 文 件 等 ） 能 保 证 50万 次 的 擦 写 次 数 。3.2 COS 层 技 术 要 求3.2.1 基 础 电 信 功 能超 级 SIM卡 采 用 UICC多 应 用 架 构 要 求 ， 同 时 支 持 SIM和 USIM功 能 ， 符 合 3GPPTS 31.101和 31.102要 求 ， 同 一 时 刻 只 能 有 一 个 应 用 处 于 激 活 状 态 。支 持 USAT/STK指 令 及 功 能 ， 符 合 3GPP TS 31.111/11.14要 求 。 STK或 USAT也 称 为 “ SIM卡 应 用 工 具 箱 ” ， 是 在 原 SIM卡 或 USIM卡 被 动 式 的 操 作 系 统 上 ， 衍生 出 的 SIM卡 或 USIM卡 主 动 交 互 式 的 操 作 系 统 。 该 机 制 允 许 SIM 卡 中 的 应 用 与支 持 该 应 用 的 终 端 进 行 交 互 操 作 ， 即 支 持 SIM卡 与 ME之 间 的 主 动 式 对 话 ， 从 而使 移 动 用 户 拥 有 个 人 化 附 加 业 务 。超 级 SIM卡 增 强 速 率 至 少 支 持 (F,D)=(512,32) ， (512,16),(512,8)和 (372,1),，建 议 手 机 终 端 至 少 支 持 到 (F,D)=(512,32)速 率 ， 这 样 可 保 证 机 卡 接 口 工 作 在 高 速率 状 态 ， 提 升 数 据 传 输 速 度 。3.2.2 5G新 增 功 能5G 功 能 是 遵 照 3GPP 规 范 定 义 的 用 户 身 份 隐 私 保 护 、 5G 移 动 性 管 理 、 5G接入 控 制 、 网 络 安 全 认 证 密 钥 存 储 等 功 能 。5G 对 用 户 身 份 （ SUPI） 引 入 安 全 保 护 ， 即 通 过 SIM 卡 中 的 归 属 网 络 公 钥 对SUPI进 行 加 密 生 成 密 文 SUCI， 防 止 用 户 身 份 在 空 口 明 文 传 输 发 生 信 息 泄 露 。 超级 SIM卡 支 持 Profile A、 Profile B及 null scheme三 种 保 护 方 案 ， 且 支 持 GETIDENTITY指 令 ， 终 端 可 向 SIM卡 发 送 该 指 令 获 取 用 户 身 份 的 密 文 SUCI进 而 传 送给 网 络 进 行 用 户 身 份 认 证 。开 启 5G 移 动 性 管 理 服 务 ， 终 端 在 驻 网 成 功 后 可 向 SIM 卡 内 写 入 5G-GUTI、上 次 访 问 TAI及 状 态 更 新 、 NAS的 上 下 文 等 信 息 ， 后 续 终 端 可 使 用 该 信 息 作 为 依中 国 移 动 超 级 SIM卡 技 术 白 皮 书 （ 2020）8据 快 速 驻 网 。开 启 5G 接 入 控 制 服 务 ， 可 通 过 在 5G 卡 内 设 置 接 入 优 先 级 控 制 MPS（ Multimedia priority service） /MCS（ Mission critical service） 服 务 的接 入 ， 满 足 不 同 场 景 下 服 务 需 求 。超 级 SIM 卡 还 提 供 鉴 权 派 生 密 钥 KAUSF、 KSEAF等 的 存 储 ， 供 终 端 进 行 查 询和 更 新 。3.2.3 GBA 认 证GBA认 证 是 3GPP 定 义 的 一 种 基 于 运 营 商 通 信 网 络 的 安 全 基 础 设 施 ， 可 以 为应 用 层 业 务 提 供 统 一 的 安 全 认 证 服 务 。超 级 SIM 卡 支 持 通 用 GBA 认 证 功 能 ,符 合 3GPP TS 33.220 和 31.102 要 求 ;扩 展 支 持 基 于 GBA密 钥 的 安 全 服 务 接 口 ,可 为 业 务 建 立 “ 端 -云 ” 安 全 通 道 ,支 持业 务 各 种 安 全 需 求 。除 为 移 动 终 端 APP提 供 GBA_U功 能 外 ， 超 级 SIM卡 还 定 义 了 专 用 的 API供 卡上 APPLET调 用 ， 卡 片 APPLET亦 可 借 助 超 级 SIM卡 的 GBA功 能 完 成 密 钥 和 数 据 的个 人 化 。3.2.4 BIP 协 议BIP协 议 是 承 载 无 关 协 议 ， 是 3GPP TS 31. 111 中 提 出 的 一 种 面 向 连 接 的 传输 协 议 。 协 议 支 持 GSM、 CDMA、 UMTS、 NG-RAN等 移 动 网 络 ， 使 用 OpenChannel,Close Channel, Send Data, Receive Data, Get Channel Status 等 主 动 式 命令 和 Data Available, Channel Status 等 事 件 ， 允 许 SIM卡 和 服 务 器 建 立 基 于IP的 数 据 连 接 。 超 级 SIM卡 支 持 BIP的 HTTPS模 式 。为 满 足 基 于 BIP协 议 的 大 数 据 量 传 输 场 景 ， 手 机 终 端 需 能 正 确 响 应 SIM卡 的BIP请 求 。3.2.5 多 物 理 通 道支 持 SWP接 口 和 ISO7816接 口 ， 可 判 断 指 令 来 自 SWP接 口 还 是 ISO7816接 口 。