SIM卡密钥存储模块
SIM卡内置安全存储区域包含用户唯一身份标识IMSI和预置密钥Ki。该密钥在开卡阶段通过写卡机同时写入SIM卡和运营商鉴权中心(AUC)数据库，采用物理隔离技术保障数据不可复制。运营商网络通过IMSI索引调取对应密钥，实现双向鉴权基础。
鉴权算法运算模块
SIM卡芯片集成专用加密协处理器，包含以下核心算法组件：
- A3算法：执行鉴权响应值SRES生成
- A8算法：产生会话加密密钥Kc
- OTA更新模块：支持远程算法升级
这些算法在收到网络侧随机数(RAND)后，结合Ki生成动态鉴权凭证，每次鉴权过程产生不同的临时密钥。
APDU通信交互流程
基于ISO7816标准，手机与SIM卡通过APDU协议完成指令交互：
- 物理层初始化：手机发送复位信号，SIM卡返回ATR响应报文
- 指令传输：手机封装SELECT FILE等APDU命令
- 算法执行：SIM卡接收RAND参数后触发A3/A8运算
- 响应返回：SRES和Kc通过APDU响应报文回传手机
完整鉴权流程示例
典型GSM网络鉴权包含9个关键步骤：
- 手机读取SIM卡IMSI并发送至网络
- 鉴权中心生成随机数RAND
- 手机通过APDU指令将RAND传输至SIM卡
- SIM卡执行A3(RAND+Ki)→SRES，A8(RAND+Ki)→Kc
- 网络端使用相同参数计算期望值SRES’
- 手机回传SRES至核心网
- 网络比对SRES与SRES’
- 鉴权通过后建立加密通道
- 临时密钥Kc用于本次会话加密
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