5G来了,需要更换SIM卡吗?
2019年作为5g元年，随着中国5g牌照的发放，5g离我们的生活越来越近。众所周知，要想体验5g速度，换支持5g的手机是必须的。
随之而来的疑问是：之前从2g升到3g，联通用户需要换sim卡，从3g到4g的时候，移动和电信用户也需要换sim卡，sim卡似乎和网络有一个配套使用的关系。
那么，在5g时代要不要接着换卡呢？
没错，sim卡就是这个小玩意
01
—
sim卡内部有什么玄机？
首先，我们来看看什么是sim卡。
sim卡的全称是subscriber identity module，也叫用户识别模块，是装在手机之上用来识别用户的，就像手机的身份证一样，网络鉴权通过了才允许手机接入。
别看sim卡不起眼，实际上它还是一个带有集成电路芯片的卡片，简称icc（integrated circuit card）。从硬件上说，icc应该是它的正式名称，sim只是它实现的功能。
sim卡虽小，但里面竟然集成了cpu，存储（分为ram，rom，flash，eeprom几种），输入输出单元等模块，真是五脏俱全，大有乾坤。
sim卡虽小，里面大有乾坤
我们使用手机和sim卡时，实际上是手机向sim卡发出了命令，sim卡内部根据相关协议来执行运算并反馈结果，并不是想象中只做单纯的信息存储器那么简单。
02
—
sim卡里存放了哪些信息？
sim卡里面的数据分为两类：静态数据和动态数据。静态数据一种是生产时永久写入卡里的，另一种是运营商发卡时写入的，一般不会变化。动态数据一种是根据网络状况动态更新的，另一种是用户存入的通讯录和短信等数据。
sim里存储的信息
主要的静态数据分为下面这些：
1、sim卡自身芯片的全球唯一识别序列码 iccid ( integrated circuit card identifier)。
2、用户识别信息：imsi ( international mobile subscriber identity)。
imsi是由3位移动国家码，2位移动网络码，以及10位用户识别码这三部分组成。imsi仅在网络内部使用，和用户使用的手机号有一一对应的关系。
3、鉴权密钥ki，以及用于鉴权加密的a3，a5和a8算法。在算法的作用下，生成并传递鉴权数据。鉴权是sim的核心功能，在后面会详细描述。
4、两个密码：pin ( personal identification number)，puc ( personal unblocking code)。
pin用于保护sim的使用安全，如果手机启用了此功能，每次开机都要输入pin，连续输入错误3次sim卡将被锁住。
sim卡锁住了怎么办呢？这就轮到puc上场了。puc是专用于给已锁定的sim卡解锁的，但输入的时候更要小心，如果连续输入错误10次的话，sim卡将永久锁定，相当于报废了。
5、运营商其他数据：运营商名称spn，接入点名称apn，短消息中心号码smsc，其他服务号码等等。
主要的动态数据包含下面这些：
1、位置区标识lai (location area identity)：移动网络一般划分为多个位置区，手机需要定时上报自己所在的位置区，让网络知道手机的位置，方便寻呼。
2、临时移动用户标识tmsi(temporary mobile subscriber identity)：为了保护imsi信息，网络会在手机接入之后分配一个临时的标识。
3、位置更新定时器t3212，频点列表等辅助信息。
4、通信录和短信等用户数据。
03
—
sim卡是怎样给用户鉴权的？
sim卡相当于每个用户的身份证，其最主要的作用是给用户鉴权，说白了就是网络判断用户是不是系统登记过的合法用户，只有鉴权通过才能接入网络。
下面说下2g gsm的鉴权流程是怎样工作的。
2g使用sim的鉴权流程
上图这个流程的前提是：sim卡里面，核心网都存储了同样的鉴权密钥ki。
第一步，sim卡给网络发送用户的识别码imsi，申请接入网络。
第二步，网络先用imsi，一个随机数rand和密钥ki算出一个序列值sres，然后把这个随机数发给sim卡，相当于给sim卡出了道题，让sim卡也做一下同样的计算。
第三步，sim卡算出结果sres之后发给网络，网络一看，和自己的计算结果一样，就判断这个sim卡代表的用户是合法用户。具体流程比较复杂，上图进行了大量的简化，并用红色的“人话”做了翻译。
这个流程有一个明显的漏洞，就是只有网络给用户出题，判断sim卡代表的用户是否合法，sim卡并没有去判断网络是否合法。这个就给了伪基站可乘之机。
伪基站可不会真的去做什么鉴权工作，直接鉴权通过，真实用户又没有识别对方是真基站还是伪基站的能力，只得落入陷阱任人宰割。
伪基站诈骗
到了3g时代，为了提高安全等级，引入了双向鉴权机制，也就是不但网络对用户进行鉴权，用户也对网络进行鉴权，只有双方都确认对方合法之后通信才会进行。
为了支持双向鉴权，sim卡也升级成为了usim (universal subscriber identity module)卡。
usim和sim有什么不同呢？
1、硬件平台升级为uicc (universal integrated circuit card)，区别于sim的硬件icc。
2、uicc在软件上可支持sim (用于gsm)和usim (用于3g及更先进技术)等多个应用，因此也叫usim复合卡。也就是说，一般usim卡内部是兼容2g sim卡的。
3、usim内存储的是鉴权密钥k，支持支持双向鉴权及更长的秘钥，以及更新的鉴权加密算法，安全性更高。
4、usim可以存储彩信和更多的通信录。
鉴权机制的升级是引入usim卡最重要的目标，我们通过下图来看看3g的鉴权流程和2g有什么不同。
3g使用usim的鉴权流程
首先，第一步是类似的，都是给网络发送用户的识别码imsi，申请接入网络。
第二步，网络经过计算之后，把两个值：随机数rand和网络鉴权令牌auth发给usim卡。 这一步比2g多发的auth就是让usim用来对网络进行鉴权的。
第三步，usim通过auth来对网络进行鉴权，如果鉴权通过，则把用随机数rand计算出的结果res发给网络。
最后，网络把对usim发来的res和自己之前计算的结果xres一比较，如果一样就鉴权通过。具体流程比较复杂，上图进行了大量简化，并用红色的“人话”做了翻译。
这一套流程下来，就实现了usim和网络的双向鉴权，安全性大为提高，伪基站就毫无从中作梗的机会了。
4g的鉴权流程和3g非常类似，仅细节稍有不同，但对usim卡的要求是相同的。
4g使用usim的鉴权流程
在部署5g时，如果采用非独立组网 (nsa) 形式，用户面完全由4g承担，因此鉴权流程就完全和4g是一样的。如果采用独立组网形式，鉴权流程也是和4g类似的。
由此可见，从4g升级到5g，只要4g用的是usim卡，就完全可以支持5g鉴权，不需要再换卡。
04
—
为什么2g升3g/4g要换卡，而升5g不用换？
实际上，4g网络由于不支持2g时代老旧的sim卡，在从2g和3g往4g升级的过程中，大家都已经把sim卡换成usim卡了。
当然，移动，联通和电信的在从2g升级到3g和4g的选择不同，中间经历的换卡的过程也是不同的。
中国移动的3g网络 td-scdma 使用简化流程鉴权，因此老用户不需要换 usim 卡也能接入网络。然而到了4g时代，由于lte 网络不允许按照2g gsm 的方式鉴权，所以几乎所有移动用户在升级4g时需要换卡。
中国联通的3g网络wcdma使用了新的鉴权流程，因此从2g gsm 到 3g 必须换成 usim 卡，而从3g到4g就不再需要换卡了。
中国电信就要复杂一些，其2g是cdma 网络，3g是cdma2000，在技术上自成一体，和移动联通的2g gsm，3g wcdma和td-scdma 在鉴权上是完全不同的。
并且，电信的 cdma的手机卡也不叫sim卡，而是称为uim卡或r-uim卡，其数据格式跟移动和联通的 sim卡或者usim卡也不相同。
到了4g时代，电信和移动联通殊途同归，都部署的是lte网络，需要升级成usim卡并同时兼容cdma。因此，电信用户从3g升级到4g必须换卡。
三大运营商经过了从2g升级到3g和4g这一过程，其用户都已升级为usim卡，因此在5g阶段就无须再换卡了。
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首先，我们来看看什么是sim卡。
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别看sim卡不起眼，实际上它还是一个带有集成电路芯片的卡片，简称icc（integrated circuit card）。从硬件上说，icc应该是它的正式名称，sim只是它实现的功能。
sim卡虽小，但里面竟然集成了cpu，存储（分为ram，rom，flash，eeprom几种），输入输出单元等模块，真是五脏俱全，大有乾坤。
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4、两个密码：pin ( personal identification number)，puc ( personal unblocking code)。
pin用于保护sim的使用安全，如果手机启用了此功能，每次开机都要输入pin，连续输入错误3次sim卡将被锁住。
sim卡锁住了怎么办呢？这就轮到puc上场了。puc是专用于给已锁定的sim卡解锁的，但输入的时候更要小心，如果连续输入错误10次的话，sim卡将永久锁定，相当于报废了。
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1、位置区标识lai (location area identity)：移动网络一般划分为多个位置区，手机需要定时上报自己所在的位置区，让网络知道手机的位置，方便寻呼。
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3、位置更新定时器t3212，频点列表等辅助信息。
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sim卡相当于每个用户的身份证，其最主要的作用是给用户鉴权，说白了就是网络判断用户是不是系统登记过的合法用户，只有鉴权通过才能接入网络。
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第一步，sim卡给网络发送用户的识别码imsi，申请接入网络。
第二步，网络先用imsi，一个随机数rand和密钥ki算出一个序列值sres，然后把这个随机数发给sim卡，相当于给sim卡出了道题，让sim卡也做一下同样的计算。
第三步，sim卡算出结果sres之后发给网络，网络一看，和自己的计算结果一样，就判断这个sim卡代表的用户是合法用户。具体流程比较复杂，上图进行了大量的简化，并用红色的“人话”做了翻译。
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鉴权机制的升级是引入usim卡最重要的目标，我们通过下图来看看3g的鉴权流程和2g有什么不同。
3g使用usim的鉴权流程
首先，第一步是类似的，都是给网络发送用户的识别码imsi，申请接入网络。
第二步，网络经过计算之后，把两个值：随机数rand和网络鉴权令牌auth发给usim卡。 这一步比2g多发的auth就是让usim用来对网络进行鉴权的。
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