[Jak to działa] Karta SIM – kawałek lat 90 w każdym telefonie

Adrian Celej Artykuły 2018-02-04

Nasze telefony mocno wyewoluowały. Z grubych i ciężkich cegieł stały się lekkimi i cienkimi patelniami. Niemal każdy element całkowicie się zmienił – monochromatyczne wyświetlacze zastąpiły kolorowe, stare modemy 2G zostały wyparte przez LTE, nawet baterie wykorzystują znacznie bardziej zaawansowane technologie niż na kiedyś. Jest jednak taki jeden element, który nie zmienił się od czasów powstania – karta SIM.

Zacznijmy od początku

W 1982 roku została powołana organizacja GSM. Jej celem było stworzenie wspólnego systemu komunikacji w ramach Europejskiej Wspólnoty Gospodarczej. W 1989 roku ktoś zorientował się, że system ten ma ogromną wadę – brak możliwości kontroli i identyfikacji użytkowników. Rozpoczęto prace nad rozwiązaniem problemu i tak w 1991 roku powstała pierwsza na świecie karta SIM. Tu trzeba coś zaznaczyć – była to pełnowymiarowa karta SIM, taka w kształcie karty kredytowej. To właśnie z tego powodu dziś karty SIM są sprzedawane razem z dużym kawałkiem plastiku. Idea nowego wynalazku była prosta – miała to być karta dostępowa do sieci. Do identyfikacji miał służyć numer seryjny karty SSN oraz numer IMSI, który jest odpowiednikiem numeru IMEI. Na podstawie numeru IMSI operator przypisuje dana kartę SIM do konkretnego abonenta.

Pierwsza karta SIM została wprowadzano do użytku w 1992 roku, kiedy to wystartowała pierwsza sieć GSM.

Co w środku?

Typowa karta SIM składa się z:

  • procesora
  • pamięci RAM ~ 8 KB
  • pamięci ROM – 64-512 KB
  • pamięci EEPROM – do 512 KB
  • układu szyfrującego komunikację z operatorem

Pewnie niektórzy z was zauważyli, że taki schemat przypomina budową komputer. Zgadza się, karta SIM to mikrokomputer z własną pamięcią i systemem operacyjnym. Dlaczego karta jest wyposażona w dwa rodzaje pamięci? Otóż w pamięci ROM przechowywany jest sam system. EEPROM to przodek współczesnych pamięci flash. Pełni tę samą funkcję, jednak ma parę ograniczeń. W pamięci tej są przechowywane takie informacje jak kontakty, SMS-y, kod PIN, konfiguracja karty i opcjonalne aplikacje. Jedną zmianą od początku produkcji było wprowadzenie kart USIM. Karty te zostały wyposażone w większe pamięci, mocniejszy procesor i lepszy układ szyfrujący. Poza tym nie zmieniło się absolutnie nic, to nadal te same karty.

Warto jeszcze poświęcić chwilę uwagi polom stykowym kart SIM. Przewidziano możliwość wyprowadzenia do 10 pół stykowych, przy czym obecnie wykorzystuje się tylko 6. Napięcie zasilania wynosi 1,8 lub 3,3 V, w pierwszych kartach na rynku wymagane było napięcie 5 V.

Co to za system?

Karta SIM jest wyposażona w system umożliwiający uruchamianie apletów javy w formacie java card. Bardzo mało wiadomo na temat tego systemu, wiele szczegółów jest trzymanych w tajemnicy. Karty SIM obsługują możliwość aktualizacji OTA. W tym celu operator wysyła do abonenta specjalnie spreparowaną, binarną wiadomość SMS, która nie wyświetla się użytkownikowi. Jest to dość prymitywna metoda, maksymalny rozmiar takiej aktualizacji to 225 bajtów. Parę lat temu wyciekło parę szczegółów od programisty pracującego z kartami SIM. Według niego rozwój ich oprogramowania jest skomplikowany, a sprzęt potrzebny do testowania go bardzo drogi. Istnieją co prawda emulatory, jednak są kompletnie nieprecyzyjne. Zdarzają się sytuacje, w których różne emulatory dają różne wyniki pracy jednego apletu. Ponadto oprogramowanie kart SIM ma kilka bardzo poważnych błędów. Nikt ich nie naprawia, ponieważ o ich istnieniu wie garstka ludzi na świecie. Trzeba tu zaznaczyć, że operatorzy mogą mieć oprogramowanie tworzone przez różne firmy, także omawiane błędy nie działają na wszystkich kartach. Głównym zagrożeniem są wspomniane aktualizacje OTA. Za ich pomocą można wykonać np. tzw. ciche połączenie – telefon wykona połączenie bez wzbudzania wyświetlacza, a po wszystkim usunie dany aplet z pamięci karty SIM. Problemem są także błędy w oprogramowaniu, z powodu błędnego wyniku pracy jednego apletu karta może wykonać niepożądaną akcję, np. usunąć kontakty.

Formaty kart SIM

Tak jak już wspominałem, pierwsze kart SIM były wielkości karty kredytowej. Do dziś są one wydawane w tym formacie w celu zapewnienia kompatybilności, choć nie ma to absolutnie żadnego sensu, ponieważ naprawdę nikt już nie korzysta z tak starych telefonów. Zdecydowanie najdłużej był z nami format miniSIM. Według mnie był to najbardziej optymalny rozmiar – karty były małe, łatwe do zamontowania i trudne do zgubienia. Niestety, technika szła do przodu i pod naciskami Apple do użytku weszły karty microSIM i nanoSIM. Szczegółowe wymiary prezentuje poniższa tabela:

Rodzaj karty Pełen rozmiar Mini SIM Micro SIM Nano SIM
Specyfikacja IEC 7810:2003, ID-1 IEC 7810:2003, ID-000 ETSI TS 102 221 V9.0.0, Mini-UICC ETSI TS 102 221
Długość (mm) 85,60 25,00 15,00 12,3
Szerokość (mm) 53,98 15,00 12,00 8,8
Grubość (mm) 0,76 0,76 0,76 0,67

Embedded SIM

W pewnym momencie nawet rozmiar karty nanoSIM zaczął komuś przeszkadzać. Z tego powodu powstała karta eSIM. Ma ona postać układu scalonego oznaczonego jako MFF2, wlutowanego w płytę główną urządzenia. Chip taki ma mieć wymiary 5×6 mm. Do tej pory tylko 2 urządzenia korzystają wyłącznie z tej technologii – Apple Watch 3 generacji i Samsung Gear S2. Oczywiście nie każdy producent chce całkowicie porzucić standardowe karty SIM, w wielu przypadkach takie działanie byłoby bardzo ryzykowne. Z tego powodu Pixel 2 został wyposażony zarówno w gniazdo karty SIM, jak i chip MFF2. Chip ten jest wykorzystywany do obsługi sieci Project Fi. Docelowo technologia eSIM ma całkowicie wyprzeć używane dziś karty. Ma to swoje wady i zalety – eSIM zniszczy handel kradzionymi telefonami, jak i utrudni możliwość szybkiej zmiany telefonu.

To nadal ta sama, stara technologia

Trochę trudno w to uwierzyć, ale nasze smartfony współpracują z technologią powstałą 27 lat temu. Owszem, karty SIM lekko się zmieniły, dostały mocniejsze podzespoły, zmieniło się oprogramowanie, są także bardziej niezawodne, jednak budowa i zasada działania w zasadzie się nie zmieniła. Dlaczego tak się stało? Otóż nikt nie chciał zniszczyć kompatybilności kart. Wprowadzenie nowego standardu, z nowym złączem i inną budową skończyłoby się złością użytkowników, którzy byliby przez pewien czas przywiązani do jednego telefonu. Dziś w razie awarii telefonu nie mamy problemów z przełożeniem karty do innego urządzenia, nawet jeśli będzie to wiekowa komórka. To właśnie wyzwanie czeka standard eSIM.

Zobacz też:



  • MoDo

    Świetny, merytoryczny i potrzebny na takich portalach jak ten, artykuł. Dobra robota!!

  • Oskar Sarna

    ciekawy treściwy artykuł

  • radeon hade

    Pójdzie crysis na karcie sim?

  • annonyinganoni

    Można prosić o źródła tych informacji ?

  • Piszę co myśle

    Bardzo Ciekawy artykuł, liczymy na więcej takich sensownych treści .

  • Mariusz Bazan

    Doskonały art! Brawo! :)))))))))))))

  • Nikifor

    Ciekawe jakie niby ograniczenia w stosunku do Flash ma pamięć EEPROM w tej aplikacji? EEPROM można kasować i zapisywać w mniejszych blokach danych i dlatego cały czas się ją wykorzystuje nawet w nowych układach. Przewagą EEPROM jest również wymagane niższe napięcie zasilania.

    Co do rozmiarów kart, to autor sam sobie odpowiedział, czemu rynek potrzebuje ich coraz mniejszych z eSIM włącznie – są one obecnie montowane nawet w zegarkach. Poza tym obecnie raczej mało kto wyjmuje SIM z telefonu na codzień. Bo niby po co?

    Kolejnym etapem po eSIM będzie SoftSIM i wtedy być może klasyczne SIM znikną. Ale to jeszcze długo zanim operatorzy się na to zgodzą (i regulacje będą musiały się dostosować).

  • marcus1212

    Panie Celej, bardzo ciekawy artykuł. W końcu coś wartościowego. Od razu wiadomo dlaczego dopiero wyjęcie baterii wyłącza telefon.

  • kamil79123

    Zgadzam się z przedmówcami – naprawdę porządny artykuł.

  • Tomasz Lach

    Super artykułów, przyjemnie się czytało

  • Karls

    No i tak powinny wyglądać artykuły na portalu technologicznym – pomijając oczywiście te o charakterze newsów. Rzeczowo, na temat, poprawnie językowo – aż przyjemnie się czyta.

  • luqi

    Fajna ciekawostka 🙂

  • Kris

    Jeden z sensowniejszych i ciekawszych artykułów jakie tu ostatnimi czasy przeczytałem, pomijając całą masę śmieci i plotek
    Więc duuuży PLUS

    • korwin

      Również się zdziwiłem że tu mozna jeszcze cos ciekawego prseczytac