CN107027115B - 一种安全实现软sim卡的设备及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种安全实现软SIM卡的设备及方法，通过采用在可信应用程序(TA)中加载软SIM的嵌入式软件操作系统和在安全单元(SE)中安全存储软SIM的关键数据相结合的方法来实现与普通SIM卡的安全强度相类似的高安全解决方法，解决目前软SIM卡实现中的安全性问题。

Description

一种安全实现软SIM卡的设备及方法
技术领域
本发明涉及移动通信技术领域，尤其涉及一种软SIM卡安全实现的设备及方法。
背景技术
SIM卡是(Subscriber Identification Module客户识别模块)的缩写，也称为用户身份识别卡、智能卡。目前，绝大部分移动运营商都是把SIM卡作为接入运营商移动蜂窝网络的身份识别卡，用户在使用移动设备接入运营商移动蜂窝网络前须先购买SIM卡，通过SIM卡实现移动设备接入网络的认证鉴权。
目前，由于出境旅游和工作的人数逐年增加，出国用户已经成为一个不容忽视的用户群，在国外方便且便宜地使用移动设备进行通话和上网的业务已经成为出国用户的一大需求。为解决国内用户在国外移动业务的需求，软SIM(也有称为虚拟SIM卡)的解决方法应运而生。软SIM卡通过在移动设备软件中写入国外本地运营商的SIM卡认证鉴权的相关信息，使移动设备接入国外的本地运营商网络。但是，软SIM卡在移动设备软件中的安全性受到广泛的质疑。
发明内容
针对现有技术的问题，本发明提出一种软SIM卡安全实现的设备及方法，通过采用在可信应用程序(TA)中加载软SIM的嵌入式软件操作系统和在安全单元(SE)中安全存储软SIM的关键数据相结合的方法来实现与普通SIM卡的安全强度相类似的高安全解决方法，解决目前软SIM卡实现中的安全性问题。
为实现上述目的，本发明一方面提供一种软SIM卡安全实现的设备，包括基带处理器、应用处理器和安全单元，所述基带处理器与应用处理器通过物理连接保持通信，所述基带处理器用于实现设备的语音通信和数据业务，所述应用处理器用于向用户提供软SIM卡相关的移动通信服务以及用于实现软SIM卡嵌入式系统软件功能并保存软SIM卡中的非关键数据，所述安全单元用于实现对软SIM卡的鉴权关键数据的安全存储和安全传输。
进一步地，所述应用处理器中运行富执行环境和可信执行环境，两者并行运行且相互独立；所述富执行环境中运行客户应用程序，客户应用以外部接口形式为用户提供软SIM卡相关移动通信服务；
所述可信执行环境中运行可信应用程序；可信执行环境为可信应用提供安全执行环境，同时提供保密性和完整性，并对所述可信应用的数据提供访问权限的控制；可信应用程序用于实现软SIM卡嵌入式系统软件功能，并保存软SIM卡中的非关键数据。
当客户应用程序运行到与软SIM卡相关的进程或数据时，通过TEE Client API接口，向可信应用程序提出调用请求；当客户应用程序通过TEE Client API接口调用获取可信应用程序的软SIM卡嵌入式软件系统功能服务和获取软SIM卡非关键数据时，可信应用程序独立运行并做出响应；当客户应用程序通过TEE Client API接口对可信应用程序提出软SIM卡的网络鉴权认证请求时，可信应用程序通过TEE SE Interface API访问安全单元，由可信应用程序和安全单元共同完成对软SIM卡的网络鉴权认证请求的响应。
安全单元实现对软SIM卡的鉴权关键数据的安全存储和安全传输。根据具体的实施例不同，安全单元实现除了含有鉴权关键数据的安全存储和安全传输外，也可能含有执行网络鉴权认证关键算法的功能。
基于上述设备，本发明另一方面还提供一种安全实现软SIM卡的方法，具体包括以下步骤：
S1，用户通过客户应用发起基于软SIM卡的移动通信请求；客户应用通过调用TEEClient API向可信应用请求获取软SIM卡的相关信息，客户应用将从可信应用获取的软SIM卡信息和移动通信请求信息最终传递给基带处理器，基带处理器向外部移动网络发出移动通信请求信号和软SIM卡的相关信息；
S2，基带处理器从外部移动网络收到针对软SIM卡的移动网络鉴权认证消息信号后，将移动网络鉴权认证消息传递给客户应用，客户应用通过TEE Client API接口向可信应用请求进行软SIM卡移动网络鉴权认证；
S3，可信应用收到客户应用的移动网络鉴权认证请求后，可信应用调用TEE SEInterface API访问安全单元，对安全单元进行网络鉴权认证关键数据的安全传输请求，安全单元将网络鉴权认证关键数据安全地传输给可信应用，可信应用使用关键数据进行本次网络鉴权认证请求的计算比对和处理，并将网络鉴权认证结果响应反馈给客户应用；
S4，客户应用获取针对软SIM的网络鉴权认证响应后，将网络鉴权认证响应通过基带处理器反馈给移动网络；
S5，移动网络鉴权中心进行针对软SIM卡的移动网络鉴权计算，移动网络收到软SIM卡的网络鉴权认证响应后，移动网络鉴权中心将对比认证鉴权中心的计算结果和接收到的软SIM卡的移动网络鉴权认证响应，两个计算结果比对认证成功后，移动网络认为该软SIM卡用户是合法的。
进一步地，所述步骤S3中，可信应用使用关键数据进行本次网络鉴权认证请求的计算比对和处理后，对可信应用中的关键数据进行清除。
进一步地，所述步骤S3还可以为，可信应用收到客户应用的移动网络鉴权认证请求后，可信应用调用TEE SE Interface API访问安全单元并向安全单元请求网络鉴权认证，安全单元将在其内部对网络关键数据和请求数据进行鉴权认证的运算、比对和处理过程，并将认证结果安全地反馈给可信应用。
可信应用和安全单元间只进行网络鉴权认证请求和网络鉴权认证结果响应的安全传输。
与现有技术相比，本发明实现了与普通SIM卡的安全强度相类似的高安全解决方法，解决目前软SIM卡实现中的安全性问题。
附图说明
图1是含本发明软SIM卡的实现方法的一种移动设备结构示意图；
图2是含本发明实施例的移动设备使用软SIM卡进行移动通信的流程图；
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
移动设备可以是多种形式实施的，本发明中描述的移动设备可以包括诸如移动电话、智能电话、笔记本电脑、PAD(平板电脑)、PDA(个人数字助理)、PMP(便携式多媒体播放器)等等。
本发明的这种安全软SIM卡的关键技术方案是通过采用在可信应用程序(TA)中加载软SIM的嵌入式软件操作系统(嵌入式操作系统实现方式包括但不限于Native COS和JAVA COS，实现包括但不限于GSM、WCDMA、TD-SCDMA、CDMA2000、LTE等网络制式的SIM卡软件功能)和在安全单元(SE)(安全单元可以是嵌入式安全单元或者可移除式安全单元，包括但不限于嵌入式外挂安全芯片、嵌入式内置安全芯片、贴片卡、SD卡和TF卡等)中安全存储软SIM关键数据相结合的方法来实现的。
图1是含本发明软SIM卡的实现方法的一种移动设备结构示意图。
应用处理器(AP)中运行富执行环境(REE)和可信执行环境(TEE)；其中在富执行环境(REE)运行和用户使用软SIM卡相关的客户应用(CA)，在可信执行环境(TEE)中运行支持软SIM卡的可信应用(TA)。
安全芯片(SE)与应用处理器物理相连接，并只能被可信执行环境(TEE)访问，富执行环境(REE)无法访问安全芯片(SE)。
基带处理器(BP)可选连接普通SIM卡，并与应用处理器(AP)保持通讯。基带处理器提供移动设备中可支持的蜂窝通信(2G/3G/4G)的各种网络制式信号、WI-FI、蓝牙以及GPS等各种信号的编码、调制解调、转换等功能，是实现移动设备的语音通信和数据业务等功能的物理模块。
图2是含本发明实施例的移动设备使用软SIM卡进行移动通信的流程图。
使用软SIM卡进行移动通信可有两种模式：第一种模式是与使用普通SIM卡模式相同，使用基带处理器中的调制解调器的功能，直接与当地移动蜂窝网络进行语音或数据业务；
第二种模式是在已建立的数据业务连接(如：WIFI，无线局域网，普通SIM卡的数据业务等)的基础上，通过软SIM卡的鉴权认证后，在已建立的数据业务通道上传递语音业务功能。
步骤1：用户通过客户应用(CA)发起基于软SIM卡的移动通信请求。客户应用(CA)通过调用TEE Client API向可信应用(TA)请求获取软SIM卡的相关信息，客户应用(CA)将从可信应用(TA)获取的软SIM卡信息和移动通信请求信息最终传递给基带处理器，基带处理器向外部移动网络发出移动通信请求信号和软SIM卡的相关信息。
步骤2：基带处理器从外部移动网络收到针对软SIM卡的移动网络鉴权认证消息信号后，将移动网络鉴权认证消息传递给客户应用(CA)，客户应用(CA)通过TEE Client API接口向可信应用(TA)请求进行软SIM卡移动网络鉴权认证。
步骤3：可信应用(TA)收到客户应用(CA)的移动网络鉴权认证请求后，可信应用(TA)调用TEE SE Interface API访问安全单元(SE)，对安全单元(SE)进行网络鉴权认证关键数据的安全传输请求，安全单元(SE)将网络鉴权认证关键数据安全地传输给可信应用(TA)，可信应用(TA)安全地获得网络鉴权认证关键数据后不保存网络鉴权认证关键数据，仅使用关键数据进行本次网络鉴权认证请求的计算比对和处理，并将网络鉴权认证结果响应反馈给客户应用(CA)。
步骤4：客户(CA)应用获取针对软SIM的网络鉴权认证响应后，将网络鉴权认证响应通过基带处理器反馈给移动网络。
步骤5：移动网络鉴权中心进行针对软SIM卡的移动网络鉴权计算，移动网络收到软SIM卡的网络鉴权认证响应后，移动网络鉴权中心将对比认证鉴权中心的计算结果和接收到的软SIM卡的移动网络鉴权认证响应，两个计算结果比对认证成功后，移动网络认为该软SIM卡用户是合法的。通过移动网络的认证后，用户就可以使用上述第一种模式或第二种模式进行后续的移动通信业务。
进一步，步骤3中，安全单元可实现网络关键数据的安全存储、安全传输，以及网络鉴权认证算法运算的功能。可信应用(TA)向安全单元(SE)请求网络鉴权认证后，安全单元(SE)将在其内部对网络关键数据和请求数据进行鉴权认证的运算、比对和处理过程，并将认证结果安全地反馈给可信应用(TA)，此时可信应用(TA)和安全单元(SE)之间不进行网络鉴权认证关键数据的安全传输，可信应用和安全单元间只进行网络鉴权认证请求和网络鉴权认证结果响应的安全传输。
说明书中未阐述的部分均为现有技术或公知常识。本实施例仅用于说明该发明，而不用于限制本发明的范围，本领域技术人员对于本发明所做的等价置换等修改均认为是落入该发明权利要求书所保护范围内。

Claims (8)

1.一种安全实现软SIM卡的设备，包括基带处理器和应用处理器，两者通过物理连接保持通信，其特征在于：还包括一安全单元，所述基带处理器用于实现设备的语音通信和数据业务，所述应用处理器用于向用户提供软SIM卡相关的移动通信服务以及用于实现软SIM卡嵌入式系统软件功能并保存软SIM卡中的非关键数据，所述安全单元用于实现对软SIM卡的鉴权关键数据的安全存储和安全传输；
所述应用处理器中运行富执行环境和可信执行环境，两者并行运行且相互独立；所述富执行环境中运行客户应用程序，客户应用程序以外部接口形式为用户提供软SIM卡相关移动通信服务；
所述可信执行环境中运行可信应用程序；可信执行环境为可信应用程序提供安全执行环境，同时提供保密性和完整性，并对所述可信应用程序的数据提供访问权限的控制；可信应用程序用于实现软SIM卡嵌入式系统软件功能，并保存软SIM卡中的非关键数据；
客户应用程序将从可信应用程序获取的软SIM卡信息和移动通信请求信息最终传递给基带处理器，基带处理器向外部移动网络发出移动通信请求信号和软SIM卡的相关信息；
基带处理器从外部移动网络收到针对软SIM卡的移动网络鉴权认证消息信号后，将移动网络鉴权认证消息传递给客户应用程序，客户应用程序通过TEE Client API接口向可信应用程序请求进行软SIM卡移动网络鉴权认证。
2.根据权利要求1所述的一种安全实现软SIM卡的设备，其特征在于：当客户应用程序运行到与软SIM卡相关的进程或数据时，通过TEE Client API接口，向可信应用程序提出调用请求；当客户应用程序通过TEE Client API接口调用获取可信应用程序的软SIM卡嵌入式软件系统功能服务和获取软SIM卡非关键数据时，可信应用程序独立运行并做出响应；当客户应用程序通过TEE Client API接口对可信应用程序提出软SIM卡的网络鉴权认证请求时，可信应用程序通过TEE SE Interface API访问安全单元，由可信应用程序和安全单元共同完成对软SIM卡的网络鉴权认证请求的响应。
3.根据权利要求2所述的一种安全实现软SIM卡的设备，其特征在于：所述安全单元还包括执行网络鉴权认证算法模块。
4.一种安全实现软SIM卡的方法，其特征在于：包括以下步骤：
S1，用户通过客户应用程序发起基于软SIM卡的移动通信请求；
S2，基带处理器从外部移动网络收到针对软SIM卡的移动网络鉴权认证消息信号后，将移动网络鉴权认证消息传递给客户应用程序，客户应用程序向可信应用程序请求进行软SIM卡移动网络鉴权认证；
S3，可信应用程序请求安全单元进行网络鉴权认证计算，并将鉴权认证计算结果反馈给客户应用程序；
S4，客户应用程序获取针对软SIM的网络鉴权认证响应后，将网络鉴权认证响应通过基带处理器反馈给移动网络；
S5，移动网络鉴权中心进行针对软SIM卡的移动网络鉴权计算，移动网络收到软SIM卡的网络鉴权认证响应后，移动网络鉴权中心将对比认证鉴权中心的计算结果和接收到的软SIM卡的移动网络鉴权认证响应，两个计算结果比对认证成功后，移动网络认为该软SIM卡用户是合法的；
其中，用于实现所述方法的设备包括基带处理器、应用处理器、安全单元；所述基带处理器用于实现设备的语音通信和数据业务，所述应用处理器用于向用户提供软SIM卡相关的移动通信服务以及用于实现软SIM卡嵌入式系统软件功能并保存软SIM卡中的非关键数据，所述安全单元用于实现对软SIM卡的鉴权关键数据的安全存储和安全传输；所述应用处理器中运行富执行环境和可信执行环境，两者并行运行且相互独立；所述富执行环境中运行客户应用程序，客户应用程序以外部接口形式为用户提供软SIM卡相关移动通信服务；所述可信执行环境中运行可信应用程序；可信执行环境为可信应用程序提供安全执行环境，同时提供保密性和完整性，并对所述可信应用程序的数据提供访问权限的控制；可信应用程序用于实现软SIM卡嵌入式系统软件功能，并保存软SIM卡中的非关键数据。
5.根据权利要求4所述的一种安全实现软SIM卡的方法，其特征在于：所述步骤S1具体为：客户应用程序通过调用TEE Client API向可信应用程序请求获取软SIM卡的相关信息，客户应用程序将从可信应用程序获取的软SIM卡信息和移动通信请求信息最终传递给基带处理器，基带处理器向外部移动网络发出移动通信请求信号和软SIM卡的相关信息。
6.根据权利要求5所述的一种安全实现软SIM卡的方法，其特征在于：所述步骤S3具体为：可信应用程序收到客户应用程序的移动网络鉴权认证请求后，可信应用程序调用TEESE Interface API访问安全单元，对安全单元进行网络鉴权认证关键数据的安全传输请求，安全单元将网络鉴权认证关键数据安全地传输给可信应用程序，可信应用程序安全地获得网络鉴权认证关键数据后不保存网络鉴权认证关键数据，仅使用关键数据进行本次网络鉴权认证请求的计算比对和处理，并将网络鉴权认证结果响应反馈给客户应用程序。
7.根据权利要求6所述的一种安全实现软SIM卡的方法，其特征在于：所述步骤S3为，可信应用程序收到客户应用程序的移动网络鉴权认证请求后，可信应用程序调用TEE SEInterface API访问安全单元并向安全单元请求网络鉴权认证，安全单元将在其内部对网络关键数据和请求数据进行鉴权认证的运算、比对和处理过程，并将认证结果安全地反馈给可信应用程序。
8.根据权利要求5或6所述的一种安全实现软SIM卡的方法，其特征在于：可信应用程序和安全单元间只进行网络鉴权认证请求和网络鉴权认证结果响应的安全传输。
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