Сотовый «Сим-сим»

SIM-карты, используемые в сотовых телефонах GSM, не способны, подобно волшебной силе из сказки про Али-бабу, двигать горы, однако превращения, производимые ими с мобильным телефоном, впечатляют ничуть не меньше.

Возникновение

SIM-карты являются неотъемлемыми частями сотовых телефонов GSM, однако телефоны многих других стандартов вполне обходятся без них. Зачем же они потребовались?

Для того чтобы мобильный телефон мог обслуживаться в какой-либо сотовой сети, он должен быть для нее «своим» и иметь индивидуальное «имя», по которому сеть будет к нему обращаться. «Своим» в сотовой сети телефон становился путем «прописки» – регистрации его «имени» в абонентской базе системы. «Именами» телефонов, начиная с самых первых систем сотовой связи, служили специальные индексы, в качестве которых обычно использовались уникальные заводские номера аппаратов и их электронные аналоги – Electronic Serial Number (ESN). Именно этот номер мобильный телефон автоматически и сообщал сотовой сети при обращении к ней для выполнения звонка. Аналогично и вызов на телефон со стороны сети передавался по его ESN. Но вот здесь и возникли проблемы.

Все было предельно просто, когда, например, компания Ericsson создавала первую сотовую сеть стандарта NMT-450 в Саудовской Аравии. Она поставляла все оборудование – от коммутатора сотовой сети до мобильных телефонов, номера которых, естественно, могли задаваться в любой удобной форме и, кроме того, были известны еще при производстве. Поэтому все операции по «прописке» телефонов в сети могли быть выполнены даже прямо на заводе. Но потом ситуация усложнилась. Число производителей сотовых телефонов стало непрерывно расти, и все они использовали свои собственные буквенно-цифровые системы обозначения заводских номеров аппаратов. Такой разнобой исключал возможность их простой и единообразной записи в базе. Кроме того, для предотвращения ошибок при регистрации номеров телефонов целесообразно максимальное исключение из этого процесса людей, а также устранение всех видов помех, что лучше всего достигается при непосредственном подключении телефона к оборудованию сети. Другими словами, для «прописки» телефона его всегда надо было привозить к сотовому оператору.

Впервые задача устранения этого требования была поставлена в начале 90-х годов двадцатого века перед разработчиками только еще создававшегося тогда нового «общеевропейского» цифрового стандарта сотовой связи – GSM. Вот именно ими и было предложено разделить функции идентификации оборудования и абонентов.

Для идентификации телефонов в стандарте GSM используется специальный 15-значный уникальный номер Международного идентификатора мобильного оборудования – International Mobile Equipment Identifier (IMEI), присваиваемый каждому аппарату при производстве (он пишется на упаковочной коробке и на самом телефоне – под аккумулятором) и сообщаемый им сотовой сети при начале обмена. Параметры же абонента были вынесены в специальный сменный модуль – Subscriber Identity Module (SIM), вставляемый в телефон.

По замыслу разработчиков стандарта GSM, код оборудования IMEI используется лишь для проверки «легальности» телефонов – сотовая сеть отказывает в обслуживании «незаконным» (например, украденным) аппаратам, чьи номера значатся в специальном «стоп-листе» (если быть более точным, то существуют даже три списка – «черный», «серый» и «белый», но сути дела это не меняет). Так как обмен номерами всех «подозрительных» телефонов может производиться непосредственно между сотовыми сетями, то для разрешения обслуживания легальных телефонов нет необходимости в какой-либо их регистрации в сети, и абонент может самостоятельно менять телефоны по своему усмотрению. Кроме того, надо отметить, что и сама проверка кода IMEI в сетях GSM не является обязательной и поддерживается далеко не всеми компаниями. Именно поэтому в мире и существует, и более того, процветает подпольный рынок торговли ворованными телефонами GSM.

Ну а что касается SIM-карт, то они содержат все данные, необходимые для однозначной идентификации самого абонента. При этом SIM-карты могут программироваться заранее, а потом продаваться в виде полностью готового товара в любой торговой точке. Купивший ее пользователь может самостоятельно как вставить ее в свой сотовый телефон, так и переставить в любой другой. Во всех этих случаях его визит в сотовую компанию для проведения каких-либо технических манипуляций с телефоном или SIM-картой совершенно не нужен.

Типы и возможности SIM-карт

В принципе SIM-карта могла бы быть предельно простой и содержать только идентификационный номер абонента. Но ее создатели пошли другим путем и сразу реализовали в ней функции, связанные не только с идентификацией абонента, но и с проверкой подлинности карты (аутентификацией) и шифрацией переговоров. Другими словами, весь комплект функций, выполняемых в других стандартах непосредственно телефоном, в GSM поделен между телефоном и SIM-картой. Все чисто «связные» операции (прием и передача сигналов, их модуляция и детектирование, воспроизведение звуков и отображение символов на дисплее и т. п.) выполняются в телефоне, а все, что касается персональных данных, – реализуется в SIM-карте. Благодаря такому подходу совершенно исправный телефон GSM самостоятельно (без SIM-карты) обеспечивает возможность выполнения только лишь звонков «SOS» (обычно по международному коду 112) в аварийные службы: полиция, пожарные, медицинская помощь и т. п. – это требование было изначально заложено в стандарт.

С другой стороны, необходимость выполнения SIM-картой операций по обработке информации привела к реализации ее по принципу специализированного вычислителя, работающего под управлением своей операционной системы и содержащего все основные элементы микро-ЭВМ: 8-разрядный процессор, узлы ввода и вывода информации, а также постоянную (ROM), оперативную (RAM) и перепрограммируемую (EEPROM) память. Именно в энергонезависимой, но изменяемой памяти EEPROM (в современных SIM-картах она имеет емкость до 64 кбайт) и размещается вся прикладная информация – как пользовательская, так и служебная. При этом служебная часть EEPROM, где хранится специальный международный идентификационный номер абонента мобильной связи (International Mobile Subscriber Identity – IMSI), его индивидуальный шифровальный ключ (Ki) и программа криптографического алгоритма (A3), построена так, что информация из нее доступна только внутреннему процессору SIM-карты и никаким способом не может быть считана извне. Благодаря таким мерам «взлом» SIM-карты возможен только методом прямого подбора необходимых номеров, что достижимо лишь в случаях, когда карта на длительное время попадает в руки злоумышленников. Но даже и против таких действий во всех новых картах имеется специальная защита. Другими словами, SIM-карта надежно защищает абонента от любых попыток незаконно пользоваться связью за его счет.

По своей вычислительной мощности SIM-карты вполне сопоставимы с персональными компьютерами восьмидесятых годов прошлого века, и достижения современной микроэлектроники позволяют постоянно увеличивать их возможности. В результате этого в SIM-картах стали реализовываться и многие другие функции: записные книжки емкостью до 100 и более телефонных номеров с именами, списки последних сделанных и принятых вызовов и т. п.

Поистине революционные изменения в любом телефоне, поддерживающем фазу развития стандарта GSM 2+ (сюда попадают практически все модели, выпущенные после 1998 г.), совершает созданная несколько лет тому назад технология SIM Application Toolkit (STK). Она базируется на широком использовании для обмена информацией SMS-сообщений и представляет собой специальные программные приложения, записываемые на SIM-карте в виде наборов исполняемых процедур и команд. Под управлением таких программ телефон способен автоматически выполнять различные последовательности действий. Это может быть звонок по определенному номеру, отправка короткого сообщения по определенному номеру и с определенным содержанием, отправка электронной почты или факса и т. п. Все эти процедуры, естественно, могут выполняться и вручную, но автоматизация процесса существенно упрощает и ускоряет пользование такими услугами. В их число могут входить: доступ к информационно-справочным службам (прогноз погоды, курс обмена валют, последние новости, обстановка на дорогах и т. п.), управление подключением и отключением используемых услуг сотовой сети, доступ в интернет, оплата различных услуг с мобильного телефона, игры и т. п.

Для пользователя новая технология проявляется в том, что на дисплее телефона с установленной STK-картой, помимо стандартного для данного аппарата набора пунктов меню, появляется еще один пункт – SIM-меню (или SIM Service), содержащий перечень дополнительных возможностей. Их набор определяется оператором мобильной сети GSM и может даже оперативно изменяться без замены телефона или SIM-карты. Процесс пользования такими услугами приблизительно выглядит так. В зависимости от выбираемых абонентом видов дополнительного сервиса с помощью SIM-карты, поддерживающей технологию STK, автоматически формируются и отправляются соответствующие SMS-запросы. Вся необходимая информация о результатах проведенных операций возвращается на телефон абонента также в виде SMS. STK-карты емкостью 32–64 кбит, например, оснащаются даже специальным SIM-браузером, обеспечивающим доступ в интернет с мобильного телефона без необходимости устанавливать дорогостоящее соединение dial up. Информация при этом также передается посредством SMS, что позволяет просматривать не только WAP-страницы, но и не очень сложные страницы HTML.

В нашей стране телефоны с STK-картами могут использоваться уже в ряде сотовых сетей («Би Лайн», «МегаФон», «Мобильные ТелеСистемы», «Сибирские Сотовые Системы-900»).

Другими словами, современная SIM-карта – это многофункциональное и высокотехнологичное устройство. Но проблемы могут быть и с ней.

Чисто технически SIM-карты представляют собой адаптированную под нужды мобильной связи разновидность чиповых смарт-карт, параметры которых задаются группой международных стандартов ISO 7816. Подобные карты изначально ориентировались на использование в платежных системах, и поэтому еще на этапе разработки особое внимание было уделено надежности их работы в самых разных условиях, достаточной механической прочности и высокой стойкости к электрическим напряжениям, магнитным полям и другим воздействиям. В связи с этим SIM-карты редко выходят из строя.

Известны случаи «несовместимости» некоторых типов SIM-карт с отдельными моделями телефонов. При этом в других сочетаниях и карты, и телефоны работают нормально. Причиной может быть некоторый (допустимый стандартом!) разброс параметров сигналов, которыми обмениваются телефон и карта в процессе совместной работы. Проявляться такой эффект может, например, только при определенных условиях: по мере разряда аккумулятора, на жаре или на морозе и т. п. Другой причиной подобной проблемы может быть несоответствие рабочих напряжений. Все ранние версии SIM-карт были рассчитаны на рабочее напряжение (поступающее с телефона) величиной 5,5 В, а современные карты обычно работают с напряжением 3,3 В. Несоответствие рабочих напряжений не приводит к выходу из строя телефона или карты, но может быть причиной их неудовлетворительного взаимодействия.

Особая тема – это так называемые «лоченые» телефоны, то есть те, в которых установлена блокировка SP lock (SIM-lock), разрешающая работу телефона только в конкретной сотовой сети. Задачей такой блокировки является «привязывание» абонента, то есть создание ситуации, при которой человек, купивший телефон у определенного оператора, не имел бы возможности перейти с этим телефоном в другую GSM-сеть.

Технически данный метод защиты реализуется программно и может быть осуществлен различными способами, а суть его заключается в следующем. Оператор заказывает у производителя партию телефонов, на которые в процессе изготовления устанавливается специальная версия программного обеспечения, содержащая защиту на основе уникальной совокупности кодов оператора (NCC) и страны расположения сети (MCC). Так как эти же коды содержит и SIM-карта, то при каждом включении телефон сверяет эти коды. Если они совпали, то телефон работает нормально, если нет – на экране появляется соответствующая надпись.

В случае необходимости данный вид защиты может быть снят путем ввода прямо с клавиатуры телефона специального кода разблокирования SIM-lock, обычно поставляемого производителем вместе с партией телефонов.

Другим способом отключения блокировки является замена программного обеспечения (ведь никаких аппаратных изменений в телефоне для ее ввода не производилось). Операция не очень сложная и вполне может быть выполнена кустарными способами. Строго говоря, если вновь установленное программное обеспечение вполне корректно, то и телефон будет работать без ошибок. Если же это требование не соблюдено, то в работе телефона могут наблюдаться самые различные отклонения: периодически такой аппарат будет пытаться снова зарегистрироваться в сети, будут блокироваться исходящие вызовы, окажутся недоступными некоторые разделы меню и т. п.

Перспективы развития SIM-карт

Первоначально планировалось выпускать SIM-карты «большого» формата – размерами со стандартную пластиковую карточку. Целью этого являлась попытка обеспечить возможность универсального использования SIM-карт как в сотовых телефонах, так и в обычных стационарных таксофонах, что и было реализовано в некоторых европейских странах. Однако жизнь показала нецелесообразность такой универсальности SIM-карт, тем более что само развитие сотовой связи в некоторых местах стало приводить даже к отмиранию таксофонной связи. По этой причине во всех современных моделях сотовых телефонов используются SIM-карты только «мини-формата».

Карты, подобные SIM-картам стандарта GSM, используются в телефонах мобильной спутниковой связи («Инмарсат мини-М», «Иридиум», «Глобалстар», «Турайя»). Разработки аналогичных карт имеются и для стандартов CDMA One (IS-95) и CDMA-450 (R-UM-карты). И это не удивительно: идея выделения всех персональных настроек и данных абонента из сотового телефона на отдельную сменную SIM-карту уже уверенно доказала свою целесообразность. Скорее всего, универсальные карты, наподобие современных SIM, в будущем станут принадлежностью любых устройств мобильной связи, и не только.

Источник публикации: MOBILE NEWS