手机SIM卡复制

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SIM卡基本概念

SIM（Subscriber Identity Module）直译是用户身份模块，本质是一个智能卡，用来让基站识别你是谁。eSIM本质上是将原本 SIM卡的硬件集成进了手机中，并没有不同。

SIM卡一般由六个触点：电源（C1-VCC）、复位（C2-RST）、时钟（C3-CLK）、接地端（C5-GND）、编程电压（C6-VPP）、双向半双工UART（C7-I/O）。SIM卡中会有微处理器CPU，ROM，RAM，EPROM。

SIM里储存的信息

出售时内置的数据：
- ICCID（系列号）
- IMSI（国际移动用户识别码），15位数字，包含国家码（MCC）、运营商码（MNC）和用户号（MSIN）。该信息可通过手机读取到。
- Ki number（加密根密钥），随机生成的128位数字。Ki 无法被读取，只会在SIM卡进行运算的时候会被使用。
临时数据：位置区域识别码（LAI）、移动用户暂时识别码（TMSI）、禁止接入的公共电话网等。
业务代码：个人识别码（PIN）、解锁码（PUK）、计费费率等。
用户储存的信息：通信录电话号码、短信等。

生产过程

IMEI（International Mobile Equipment Identity，国际移动设备识别码），15位数字，制造商代码、型号、序列号和校验码。每台手机一个，全球唯一。拨号界面 *#06# 可查询。

1G（模拟信号），不在讨论范围内。

2G（GSM）入网的身份认证流程比较简单，在手机和基站分别通过各自相同的密钥使用 Comp128 哈希算法进行比对来确认身份。

连接网络时，手机向基站发送 TSMI 来证明其身份。
- 在首次连接到新网络时，手机会发送 IMSI 来标识自己，基站会向手机发送新的 TMSI，TMSI 会经常变动。
基站会生成一个 128 位随机数（称为RAND），并将其发送到手机。
手机使用身份验证算法（A3）以及使用本地密钥 Ki 对 RAND 进行加密。$COMP128_A3(Ki, RAND)=SRES$，计算出 32 位值 SRES 发送回基站。
基站同样使用 A3 算法以及基站根据历史储存的 IMSI 对应的密钥 Ki 对 RAND 进行加密，获取 HASH2。
基站会比较 HASH1 和 HASH2 是否相等，相等则证明手机知道密钥 Ki，因此通过身份验证。
手机和基站使用 A8 算法计算会话密码密钥 Kc $Kc = A8_{Ki}(RAND)$
- 现实世界中，大多数移动运营商将 A3 和 A8 作为同一种算法实现。Comp128-v1 算法被泄漏，公开已知。
基站根据支持的算法列表选择加密算法并激活加密，使用 Kc 作为会话密钥。

风险

3G（UMTS）/4G（LTE）/5G（NR）改进了原先 2G（GSM）中的安全问题，使用了安全性更高的 AES-128 的 Milenage 算法，增加了 SQN 机制防止重放攻击，增加了双向认证来防止伪基站风险。

手机连接基站时，将 SIM 卡中内置的 IMEI、K、AMF、SQN、OPc、c1/c2/c3/c4/c5、R1/R2/R3/R4/R5 发送给基站。
基站生成一个随机数 RAND，基于客户端发送过来的参数以及 RAND 使用 Milenage 算法计算一个结果 RST1（AUTN、匿名密钥 AK、完整性密钥 IK、密码密钥 CK、预期响应 XRES、响应 RES）。
基站将 RST1、RAND 返回给手机，手机基于 K（来自 SIM 卡）、RAND（来自基站返回）、AUTN（来自基站返回）以及步骤 1 中的参数，使用 Milenage 算法计算一个结果 RST2，比较 RST1 和 RST2 是否相同，相同则会将 RST1 发送给基站。同时，会递增本地 SQN 值，以防止重放攻击。
基站也同样比对 RST1 和 RST2 是否相同，相同则认证验证完成。同时，会递增本地 SQN 值，以防止重放攻击。

$AUTN = (SQN AK) || AMF || MAC-A$

风险

待补充实操经验