SIM通信协议-传输协议

Posted 2020-10-17 项海龙

概述

1.SIM卡传输协议架构类似与TCP/IP的OSI模型。分为5层

• 物理层
• 数据链路层
• 传输层
• USAT层
• 应用层

 

1.1物理层

通过IO口传输二进制数据。

1.2数据链路层

定义字符交换的时序和差错处理。数据链路层定义了T=0和T=1两种传输方式。他们都是半双工传输，T=0是基于字节传输。T=1是基于块传输。

1.21 T=0传输方式（面向字节）

传输从一个命令头开始，该命令头由CLA，INS，P1,P2,P3组成。终端向UICC（智能卡)发送字节头，UICC就会响应一个字节的结果给终端。该结果有以下几种定义。

1. 如果该字节等于命令头的INS，那么终端从UICC获取剩余的数据，或者UICC从终端获取剩余的数据。
2. 如果该字节等于命令头的补码，那么终端从UICC读取另一次数据，或者UICC从终端读取另一次数据。
3. 如果该字节等于‘60’，没有额外的数据需要传输，终端只能等待传输过程字节。
4. 如果该字节等于‘61’，终端要等待第二个过程字节，并且发送P3为最大长度的GET RESPONSE 头给UICC。
5. 如果该字节等于‘6C’，终端需要等待第二个过程字节，并且发送P3位最大长度的与之前相同的头给UICC。

命令结束过，UICC返回给终端一个2个字节的状态SW1和SW2.（详细常考GSM手册。）

 

1.22 T=1传输方式（面向块）

一个块的架构如下图所示。

NAD：块地址字节（必须）

PCB：控制协议字节（必须）

INF：  0~256bit的信息字节（可选）

T=0协议定义了三种类型的块

1. I-Bolck：在应用层传输数据，还包含该数据是否需要响应的标志。
2. R-Block：用于传输响应。
3. S-Block：用于传输控制信息。

 

1.3 传输层

该层协议协定了APDU到TPDU的映射关系，以及TPDU与卡如何完成数据交互。终端要与UICC进行通信，那么必须将应用协议数据单元APDU映射为传输协议数据单元TPDU。

1.31 APDU COMMAND

APDUCOMMAND由Command header 和 Command body两部分组成。其中CLA INS P1 P2 和之前介绍的一样。只是P3变为了可变长度的Command body，Command 的Lc（期望发送的数据长度）和Le（期望接收的数据长度）两个域是可选的，于是乎我们的APDU COMMAND就有以下几种组合方式。

 

1.32 APDU COMMAND的编码

以上为APDU的编码。我们根据Case 1-Case 4来分别分析这四种组合的编码。

• Case 1 编码：包括Command header。
Case 2 编码：包括Command header 和Le，这里Le编码可以为一个字节和三个字节
• 　　当Le为一个字节时，所希望接收字节是 1到256
•       当Le为三个字节时，那么第一个字节为‘00’，后面两个字节所指示的所希望接收字节范围是1-65536
• Case 3 编码：包括Command header Lc data，Lc和上面的Le编码和意义差不多表示期望发送的字节。
• Case 4 编码：包括Command header Lc data Le。

1.33 APDU COMMAND 到TPDU COMMAND映射

这里映射也分为4种情况

1. Case 1：

    

2. Case 2: 

3. Case 3:

4.  Case 4:

 

 1.4 USAT层

USAT层使用应用状态字来指示

• 终端主动命令的可用性‘91XX’。
• 用于响应终端Envelope命令的可用数据（‘9000’，‘62XX’，‘63XX’）。
• 暂时无法使用USAT去处理Envelope（‘9300’）。

1.41 主动命令

当状态字SW1-SW2 为‘9000’，这卡可以通过回复‘91XX’来指示接下来有主动命令要发送。终端通过FETCH-APDU来获取卡的主动命令。终端通过TERMINAL RESPONSE来回复卡。

1.42 ENVELOPE 命令

该命令用于传输数据到USAT。

。

 

1.5 应用层

应用层则包括UICC的文件系统，以及UICC的安全机制，应用交互机制。

 1.51 应用层文件系统下有三类文件 EF DF MF

• Dedicated files ：DF针对功能对文件进行分组。ADF是包含特定应用相关的所有DF 和 EF。
• Elementary files : EF 分三类，Transparent EF ,Linear fixed EF,Cyclic EF.
  • Transparent EF 由一系列字节组成。当对文件进行修改操作时，由文件起始位置加上相对偏移的方式对文件相关内容进行修改。
  • Linear fixed EF 具有线性固定的结构的文件由一系列具有相同长度记录构成。第一条记录为1，SELECT命令会返回记录的总数量。
  • Cyclic EF 一系列具有相同长度的记录首尾循环组成。

 

1.52 选择文件的方法

当ATR过程结束，MF文件被自动选择成为当成路径。所有文件可以通过SELECT命令来选择，选择的文件需在当前目录下，可以选择以下几种文件

• 当前路径下的子文件
• 当前目录下的子目录
• 当前目录下的父亲目录
• 当前目录
• 当前应用下的应用目录ADF（默认可以用’777F‘选择）
• 主目录MF

以下为相对目录下可选择的文件的表

 

我们也可以通过绝对路径来选择相应文件。

不过这有以下几条限制

• 如果选择的文件在MF下，我们路径中不需要加MF。
• 如果选择路径从当前DF，终端不该使用‘777F’作为起始路径。
• 如果从MF开始或者从当前的DF开始为路径选择，终端命令的data字段不该为空。
• 如果从MF或当前DF开始时，终端不该用当前的DF标识。

1.53 短文件标识

一些在DF目录下的EF文件不需要通过SELECT来选择，以下的一些命令配合SFI（短文件标示）参数可以被默认选择。

• READ BINARY
• UPDATA RECORD
• UPDATA RECORD
• INCREASE;or
• SEARCH RECORD

 

1.54 应用会话激活

应用会话会在终端发送附带特定参数SELECT命令选择AID后，被激活。UICC需要一定的程序来激活应用会话。该应用程序用于使终端和UICC处于对话状态。终端可以通过发送STATUS命令来获知UICC是否初始化成功。

 

1.55 应用会话停止

一个应用会话终止前应该执行一段终止程序。当终止程序执行开始，UICC会发送给终端一个STATUS命令来通知终端会话将被终止。

当以下其中一个时间发生，应用会话将被终止。

• 隐性停止：当SELECT命令选择另一个AID时候，并且命令参数指明新应用将被执行。
• 直接停止：如果重新用SELECT命令选择当前的AID的DF文件，并且命令参数中指示应用会话停止。

 

1.56 应用会话停止

终端通过SELECT重新选择当前的AID的DF，并且参数指示重启。重启之后，该应用的安全状态也会改变。