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2.5.1 SIM卡的原理
图9 SIM卡引脚图
SIM卡是一个装有微处理器的芯片卡，它的内部有五个功能模块，并且每个模块都有其各自的功能：他们分别为一个八位的微处理器（CPU），程序存储器（ROM），工作存储器（RAM），数据存储器（EEPROM）和串行通信单元。这五个模块采用与普通IC卡相同的封装方式用胶封在SIM卡铜制接口后方。在生产过程中必须要将这五个模块集成封装在同一块集成电路中，否则SIM卡安全性会受到外界的威胁，因为芯片间的连线会成为非法存取和盗用SIM卡内部重要信息的突破点。
SIM卡最少需要5个连接线才能与手机正常连接，他们分别为：电源(Vcc) ，时钟(CLK) ，数据I/O口(Data) ，复位(RST) ，接地端(GND)
2.5.2 软件特性
SIM卡由于内部采用了新式单片机和新式的存储器管理结构，使处理功能大大增强。其中智能特性的逻辑结构是树型结构。其内部的所有特性参数信息都被用数据字段方式表达，SIM卡中主要存有一下3类数据信息：
1. 在根目录下，储存与持卡者本人相关的信息以及SIM卡为将来准备提供的业务信息。
2. 在GSM目录下，储存GSM在应用中特有的信息。
3. 在电信目录下，储存GSM应用所使用的信息，而此信息可与其他电信应用或业务共享，为共享模块。
在SIM卡根目录下有3个应用目录，其中一个是行政主管部门的应用目录，另外两个是属于技术管理的应用目录，分别为GSM应用目录和电信应用目录。所有的目录下储存的数据均为数据字段，包括二进制的和格式化的数据字段。其中这些数据字段中的一部分信息是永存性不能更改的，一部分是暂时穿在需要在使用的过程中更新的。而每个数据字段都要表达出数据的用途，数据更新程度以及其数据字段的特性。
2.5.3 主要功能
1.储存与用户相关的数据
SIM卡存储的数据可分为四类：
第一类是电话号码簿，是手机用户随时输入的电话号码。
第二类是相关的业务代码，如个人识别码（PIN）、解锁码（PUK）、计费费率等；
第三类是被暂时存储在相关的网络。如位置区域识别码（LAI）、移动用户暂时识别码（TMSI）、禁止接入到公共电话网络的代码；
第四类是所存储的固定数据。这类数据在ME（Mobile Equipment）被制造出来后由SIM卡厂商写入，包括国际移动用户识别号（IMSI）、认证密钥（KI）等；
2.操作和管理用户密码
SIM卡被PIN码保护着，PIN是四位到八位的个人密码，只有用户拥有正确的PIN码时并输入时，SIM卡才能被激活并启用，移动终端才可以对SIM卡内的信息进行存取，所以用户要想上网通话就必须通过PIN的认证。
3用户身份认证
确认用户身份是否合法的认证处理是在网络和SIM卡之间进行的，认证的时间通常是在入网和呼叫移动终端并登记实时信息时发生的。认证的开始时，网络产生一个128位的随机数RAND通过无线控制信道向所述移动台的SIM卡通过卡密钥Ki和算法A3，接收到的RAND计算应答信号并将SRES发送回网络侧。在网络终端中的认证中心，以确定用户的密钥Ki，具有相同的RAND和算法A3计算的SRES，并比较，如果通过验证接收的SRES相一致。则认证通过
4.SIM卡中的保密算法及密钥
SIM卡中最敏感的数据是保密算法A3，A8，密钥Ki、PIN、PUK和Kc。A3、A8算法是在生产SIM卡时写入的，无法读出。PIN码可由用户在手机上自己设定，PUK码由运营者持有，Kc是在加密过程中由Ki导出的。
2.6 串口通信与GSM模块
2.6.1 串口通信
在串口通信中串行端口的本质是作为CPU和串行设备之间的编码转换器。当数据从CPU同过串行端口发送出去时，发送出去的字节数据将会被转换为串行的位。在接收数据时，串行的位会被MCU转换为字节数据，从而能够被识别显示。在Windows环境下，串口是与外界设备连接的重要组成部分，包含在系统资源中。
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