SIM卡
Subscriber Identity Module -- 客户身份识别卡
它是一张符合GSM规范的“智慧卡”，SIM卡有大小之分，大卡尺寸54mm×84mm（约为名片大小），小卡尺寸为25mm×15mm（比普通邮票还小）。其实“大卡”上面真正起作用的是它上面的那张“小卡”，“小卡”上起作用的部分只有小指甲盖那么大。目前国内流行样式是“小卡”，小卡也可以换成“大卡”（有个卡托即可）。“大卡”和“小卡” 分别适用于不同类型的GSM移动电话，早期的机型如摩托罗拉GC87C、308C等手机用的是“大卡”，现在新出的机型基本上都是用“小卡”。 SIM 卡可以插入任何一部符合GSM规范的移动电话中，“实现电话号码随卡不随机的功能”，而通话费则自动计入持卡用户的帐单上，与手机无关。
SIM卡叫“用户识别卡”，它实际上是一张内含大规模集成电路的智能卡片，用来登记用户的重要数据和信息。SIM卡最重要的一项功能是进行鉴权和加密。当用户移动到新的区域拨打或接听电话时，交换机都要对用户进行鉴权，以确定是否为合法用户。这时，SIM卡和交换机同时利用鉴权算法，对鉴权密钥和8位随机数字进行计算，计算结果相同的，SIM卡被承认，否则SIM卡被拒绝，用户无法进行呼叫。SIM卡还可利用加密算法，对话音进行加密，防止窃听。
手机SIM卡原理
一、SIM卡的基本组成
SIM卡是带微处理机的芯片卡，它由CPU、工作存储器RAM、程序存储器ROM、数据存储器EEPRoM和串行通信单元5个模块组成，这5个模块集成在一块集成电路中。例如Motorola公司的SC21 SIM卡，其CPU为68H05， RoM为6144比特，RAM为12比特，EEPROM为2992比特可擦除，16比特不可擦除，它们集成在一片集成电路中。目前市场上几种主要SIM卡的结构数据如下。
表一：几种主要SIM卡的结构数据
厂商 SIM卡型号 CPU ROM RAM EEPROM
MOTOROLA SC21 8位 6k比特 128K比特 3k比特
SC27 8位 12K比特 240K比特 3k比特
SC28 8位 16k比特 240k比特 8k比特
Hitachi H8/3101 8/16位 10k比特 256k比特 8k比特
Thomson ST16612 8位 6k比特 128k比特 2k比特
ST16 8位 16k比特 256k比特 8k比特
二、SIM卡中的用户信息
SIM卡上包含了所有属于本用户的信息。它是一张符合GSM规范的“智能”卡，它内部包含了与用户有关的，被存储在用户这方的信息，包括：
A、鉴权和加密信息Ki（Kc算法输入参数之一、密钥号）；
B、国际移动用户号（IMSI）；
C、A3：IMSI认证算法；
D、A5：加密密钥生成算法；
E、A8：密钥（Kc）生成前，用户密钥（Kc）生成算法。
F、呼叫限制信息、缩位拨号信息，此外，为了网络操作运行， SIM还应能存储一些临时数据，即：临时移 动台识别号（TMSI）、区域识别码（LAI）、密钥（Kc）。
GSM手机要想得到GSM系统的服务需要插入SIM卡，才能使用手机。当然使用"112" 是可以不用SM卡的，这在维修中非常有用，如果可以使用“112”，就说明手机的接收、发送电路没有
大的故障。
SIM卡的应用，使手机不固定地“属于”一个用户，若手机将别人的“SIM"卡插进去打电话，营业部门只收该卡产权用户的话费，换句话说，就是插谁的卡打电话，就收谁的费。GSM系统是通过SIM卡来识别GSM手机用户，而不是靠手机来识别用户。
目前 ，营业部门没有对手机的国际移动设备识别（IMEI）码实行鉴别，如果实行鉴别，带机人网的用户 数量可能会下降，不利于吸引更多的用户使用GSM手机。
个人识别码（PIN）是SIM卡内部的一个存储单元，错误地输入P1N码3次，将会导致“锁卡”的现象，此时只要在手机键盘上按一串阿拉伯数字（PUK码，即帕克码），就可以解锁。但是用户一般不知道PUK码。要特别注意：如果尝试输入10次仍未解锁，就会“烧卡”，就必须再去买张新卡了。设置PIN可防止SIM卡未经 授权而使用。一般情况下不要改动PIN码，SIM出厂设置的PIN码都为“1234”。
每当移动用户重新开机时，GSM系统与手机之间要自动鉴别SIM卡的合法性，
即和手机对一下“口令”，只有在系统认可之后，才为该移动用户提供服务，系统分配给用户一个临时号码
（TMSI），在待机、通话中使用的仅为这个临时号码，这就增加了保密度。
三、SIM卡的电气连接
SIM卡在与手机连接时，最少需要5个连接线，如下：
1、电源Vcc
2、时钟（CLK）
3、数据I/O （Data）
4、复位（RST）
5、接地端（GND）
SIM卡通过读卡器端口与手机及GSM系统联系，使用时要小心，不要用手去摸上面的触点，以防止静电损坏，更不能折叠。如果SIM卡脏了，可用酒精棉球轻擦。
SIM卡触点的功能如上图所示：从其上缺角的一边开始,分别为I/O、Vpp、 GND；另边则为CLK， RESET，Vcc，其余两个点没有用上。
每当开机时，手机都要与SIM卡进行数据交流，用示波器可以在SIM卡座上测到一些数据信号，没插卡时，这些信号不会送出。可谓“瞬间即逝”，但可以用示波器捕捉到，以此判别SIM卡电路有无故障。
SIM卡触点电性能表
触 点
低电平
高电平
Vcc
U＝＋5V+-10%, I＝10mA
RST
-0.3V<U<0.6V,I=200uA
4V<U<Vcc, I= 20uA
CLK
-0.3V<U<+0.6V,I＝200uA
-2.4V<U<VCC, I=200uA
Vpp
＋5v ＋- 10%
GND
I/O 输入
0V《U〈0.4V，I=1mA
0.7V《U〈Vcc，I=20uA
输出
0V《U〈0.8，I=1mA
3.8V《U〈Vcc，I=20uA
SIM卡的内部结构
SIM卡是一个装有微处理器的芯片卡，它的内部有5个模块，并且每个模块都对应一个功能：微处理器CPU（8位）、程序存储器ROM（3～8kbit）、工作存储器RAM（6～16kbit）数据存储器EEPROM（128～256kbit）和串行通信单元。这5个模块被胶封在SIM卡铜制接口后与普通IC卡封装方式相同。这5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SIM卡的重要线索。
SIM卡的供电分为5V（1998年前发行）、5V与3V兼容、3V、1.8V等，当然这些卡必须与相应的手机配合使用，即手机产生的SIM卡供电电压与该SIM卡所需的电压相匹配。SIM卡插入手机后，电源端口提供电源给SIM卡内各模 块。
检测SIM卡存在与否的信号只在开机瞬时产生，当开机检测不到SIM卡存在时，将提示“InsertCard（插入卡）”；如果检测SIM卡已存在，但机卡之间的通信不能实现，会显示“CheckCard（检查卡）”；当SIM卡对开机检测信号没有响应时，手机也会提示“InsertCard（插入卡）”；当SIM卡在开机使用过程中掉出、由于松动接触不良或使用报废卡时，手机会提示“Bad Card/SIM Error（坏卡/SIM卡错误）”。
SIM卡的存储容量有3kB、8kB、16kB、32kB、64kB等。目前多为16KB和32KB，STK卡(SIM application Tool Kit)是SIM卡的一种，它能为手机提供增值服务，如移动梦网业务等。SIM卡能够储存多少电话号码和短信取决于卡内数据存储器EEPROM的容量（有2KB、3KB、8KB容量），假设一张EEPROM容量为8KB的SIM卡，可储存以下容量的数据：100组电话号码及其对应姓名、15组短信息、25组最近拨出的号码、4位SIM卡密码（PIN）。
SIM卡的软件特性
SIM卡采用新式单片机及存储器管理结构，因此处理功能大大增强。其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，SIM卡中存有3类数据信息：
1.与持卡者相关的信息以及SIM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.GSM应用中特有的信息，这种类型的数据存储在GSM目录下；
3.GSM应用所使用的信息，此信息可与其他电信应用或业务共享，位于电信目录下。
在SIM卡根目录下有3个应用目录，一个属于行政主管部门应用目录，另外两个属于技术管理的应用目录，分别是GSM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。