转载自 https://cloud.tencent.com/developer/article/1467944 很好的一篇文章

关于SIM和eSIM，看这一篇就够啦！

2019-07-20阅读 3.5K0

大家好，我是小枣君。

今天要聊的话题，是关于「SIM卡」的。

嗯，没错，就是这个东东——

现在是移动互联时代，几乎人手一部手机。

但是，大家都知道，手机再牛逼，如果没有SIM卡，也是个废柴——既不能打电话，也不能发短信，更不能移动上网。

为什么呢？因为SIM卡代表了手机的“合法身份”，相当于是手机的“身份证”。

在营业厅办理的SIM卡

有了这个“身份证”，手机才能使用运营商的通讯网络，享受通信服务。

SIM卡槽

那么，用于“身份识别”的SIM卡，就只是一个存储了“手机号”的小金属片吗？还存了别的信息吗？它到底是一个什么样的工作原理呢？

别急，小枣君今天会逐一给大家揭秘！

SIM卡的构造

SIM卡，通常简称SIM，全名是Subscriber Identity Module（用户识别模块），因为它一直以卡片形式存在，所以我们都习惯叫它SIM卡。

实际上，SIM卡是一个装有微处理器的芯片卡。

嗯，没错，SIM卡里竟然有个CPU！

除了CPU之外，SIM卡上面还有程序存储器ROM、工作存储器RAM、数据存储器EEPROM，以及串行通信单元。

是不是觉得很耳熟？对，一台计算机就有CPU、ROM、RAM、I/O设备。所以说，一个SIM卡，基本上就是一个微型计算机了。

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卡根据标准规范来执行并反馈结果，不是想象中只做单纯的信息存储器那么简单。

如果各位仔细观察SIM卡，会发现这个小金属片上面会被划分成不同的区域，有点像“图腾”。

这些不同的区域，实际上是SIM卡和手机连接时，不同的触点连接。

SIM卡槽和触点

不同的触点，有着不同的用处。有的是给SIM卡供电，有的是为了手机和SIM卡交换数据。

电源(Vcc) 、复位(RESET) 、时钟(CLK) 、接地端(GND)、编程电压(VPP)、数据I/O口(Data)

前面小枣君说了，在SIM卡上，存储了我们手机用户的信息。那么，究竟是哪些信息呢？如下：

1、由SIM卡生产厂商存入的系统原始数据。

2、由移动运营商在将卡发放给用户时注入的网络参数和用户数据。包括鉴权和加密信息、算法、参数。

3、由用户自己存入的数据。比如，短消息、通讯录、话费记数等。

4、用户在用卡过程中自动存入和更新的网络接续和用户信息类数据。包括最近一次位置登记时的位置信息，临时移动用户号（TMSI）等。

这些数据信息中，第1类是写死无法修改的，第2类是只有专业部门才能查阅和更新的，第3、4类才是手机可以读写更新的。

所以说，SIM卡里，大有乾坤。

SIM卡的演进历史

说完SIM卡的构造，我们再来看看它的历史。

SIM卡作为通信史上的一个伟大发明，其实已经诞生快30年了。

上世纪90年代，2G通信标准GSM在欧洲诞生，并在全球迅速普及。

1991年，德国捷德公司开发了世界上第一张SIM卡，随后卖了300张给芬兰运营商Radiolinja。

沃达丰的Orbitel 901

发出了第一条短信的GSM移动电话，也是第一部插入了SIM卡的移动电话

大家知道为什么现在新办的SIM卡，都会嵌入在一张名片大小的卡片上吗？

SIM卡片

除了方便携带之外，最主要的原因，就是——最开始的SIM卡，就是名片那么大的。。。使用时，必须整张卡，塞进手机里。。。

标准卡（原卡） VS 银行卡

上面这个才是真正的「标准SIM卡」，也叫“原卡”。

我们国家移动通信起步晚，基本上错过了“原卡”的时代。大部分人最早接触的SIM卡，是这样的——

Mini SIM卡（红框内）

上图这种卡，叫「Mini SIM卡」，是手机小型化之后，在原卡基础上发展出来的。

2010年，欧洲电信标准协会（ETSI）再从Mini SIM发展出「Micro SIM卡」。

Micro SIM卡首次使用在苹果公司所推出的iPad及iPhone 4，后续iPhone 4S、iPad 2等众多智能手机都有采用。

Micro SIM 和 iphone4

2011年，又是苹果公司，提出「Nano SIM卡」标准，经过2012年的一番竞争（战胜了诺基亚、RIM、摩托罗拉联合提交的方案），该标准被ETSI采纳为4FF标准。

Mini SIM、Micro SIM、Nano SIM（从左到右）

所以，独立实体形态的SIM卡，一共有四个标准。

SIM卡和UIM卡

其实，关于SIM卡，大家还有一个误解。

一直以来，我们把手机卡都叫做SIM卡，这并不严谨。

SIM卡是属于GSM技术的，对于GSM的死敌——CDMA来说，它的手机卡，并不叫SIM。

那早期的CDMA手机，用的是什么卡？

答案是——没有卡。

嗯，你没听错，早期的CDMA手机是不插卡的。而且，目前国际上的CDMA运营商（为数不多了），它们的手机，基本上都是不插卡的。

那CDMA手机靠什么来拥有手机号码等信息呢？

有的是运营商直接在手机中写入号码，然后一起卖给用户；有的是通过OTA，也就是Over The Air，空中放号。

例如，买了全新的CDMA手机之后，第一次开机，按指定格式发一些消息，即可实现手机号码信息的写入，变成一部正常的手机，这就是一次OTA空中放号的过程。

如果大家有点印象，iPhone刚火起来的时候，很多人去买国外的水货iPhone 4S，就会买到美国CDMA运营商Verizon的iPhone 4S，当时被称为“V版”iPhone，都是不能插手机卡的。如果你要在中国用它，必须“找关系”，对手机进行“烧号”，才能使用。其实，就是把你的电信号码“烧进”手机里面，实现机卡一体。

话说，当年中国加入WTO时，和美国谈判，作为条件之一，美国“要求”我们必须建一张CDMA网络，我们才有了联通的那张C网（后来卖给中国电信）。而我们也对这张C网做了一点“小改动”，就是必须有“卡槽”。

于是，中国这张CDMA网络，成了世界上唯一一张要插手机卡的CDMA网络。

CDMA制式的手机卡，叫UIM卡，全名是User Identify Module，很巧，中文名也叫用户识别模块。

Subscriber和User，都有“用户”的意思。

通信行业里，通常用subscriber指代手机用户。

现在，UIM是由中国电信倡导，CDMA的大旗，也是中国电信在扛。不过，应该也扛不了多久了。

UIM和SIM除了技术制式上的区别之外，在外型尺寸、作用功能方面几乎没有什么不同，所以大家通常也把UIM称为SIM。

eSIM卡的诞生背景

前面讲到剪卡。那么，问题来了。

既然SIM卡已经被剪成只剩金属部分，那还能不能再剪了呢？

很多人会问，难道Nano-SIM还不够小吗？还不能满足要求吗？

众所周知，随着科技的不断发展，我们的手机已经变得非常轻薄。

即便如此，手机厂商们在手机尺寸和空间利用上依然是殚精竭虑，丧心病狂。

Nano-SIM虽然看上去已经很小了，但是对于手机厂商来说，还是无法忍受。

除了SIM卡本身之外，卡槽结构以及对应的接口走线，也要占用空间。

除了手机之外，最要命的是可穿戴智能设备（智能手表、运动手环、智能眼镜）。对它们来说，即使是Nano-SIM，也还是太大了。

带通讯功能的手表，空间非常有限

此外，有卡就有卡槽，有卡槽就有缝隙。

手机卡槽

SIM卡槽的缝隙，严重影响设备的防水，进而限制了设备的使用场景。

所以说，厂商们迫切希望能够干掉手机上所有的“孔”和“缝”。

第三点，SIM卡是插在卡槽里的，通过金属触片连接，但是这种非焊接的接触，就会存在接触不良的问题。

尤其是可穿戴设备，经常会有磕碰，时间长了，容易导致松动或脱落，影响使用。

最后一点，也是最重要的一点，就是换号困难。

SIM卡代表了用户和单一运营商的契约关系。你办理了SIM卡，就是和运营商签订了合同，凭卡享受服务。

SIM卡就好像一把钥匙。一把钥匙只能开一个门，如果你想开别的门，就必须再买别的钥匙。

换钥匙就是换卡，对于手机用户来说，换卡是一件挺麻烦的事。

卡针，要用的时候却永远找不到

所以，手机厂商们一直在考虑，如何才能彻底解决SIM卡的这些问题。

这一次，苹果公司最先想到了办法。

2011年，苹果公司向美国专利和商标局申请了一项虚拟SIM卡专利。

2014年，苹果发布了自己的SIM卡——Apple SIM，嵌入美国和英国发售的iPad Air 2和iPad Mini 3平板电脑中，允许用户设备动态选择运营商网络。

2015年7月，苹果公司和三星计划联手推出eSIM卡。

2016年6月，GSMA（GSM协会）发布智能手机eSIM规范。这一规范获得全球超过30家运营商、芯片商及苹果、三星、谷歌等智能手机厂家的支持。

那么，到底什么是eSIM呢？

看到eSIM这个词，你可能会以为“e”代表“电子（electronic）”，是电子SIM卡，其实并非如此。

eSIM是指Embedded-SIM（嵌入式SIM卡），本质上还是一张SIM卡，只不过它变成了一颗SON-8的封装IC，直接嵌入到电路板上。

这样一来，不仅解决了连接可靠性的问题，也节约了高达90%的空间。

而且，eSIM是可编程的，支持通过OTA（空中写卡）对SIM卡进行远程配置，实现运营商配置文件的下载、安装、激活、去激活及删除。

OTA过程

说白了，你不用去营业厅，就可以灵活选择多家运营商的网络，像选Wi-Fi一样方便。

这不是要了运营商的老命？！

长期饭票变成临时饭票，用户和运营商之间的契约关系说完蛋就完蛋，用户粘性大幅下降，说翻脸就翻脸，运营商一点办法都没有！

对于苹果、华为这样的终端设备商来说，eSIM简直不要太爽——即节约了空间，方便了设计，也降低了难度和成本。

Apple Watch Series3

仅比前代手表增加了0.2mm的厚度，就实现通讯功能

最重要的是，有了eSIM，终端设备商就可以绕开运营商，直接和用户搭上线了。至于你运营商会怎么样，他们才不会在乎呢。

这就是为什么，终端设备商愿意大力推广eSIM——

2015年8月，三星Gear S2成为首款支持eSIM的智能手表。

2017年9月，苹果发布的Apple Watch 3也采用了eSIM方案。

2017年10月，Google最新发布的两款手机Pixel 2与Pixel 2 XL成为首款兼容eSIM的智能手机。

……

一时间，狼烟四起，终端设备商们纷纷投入eSIM的怀抱。

话说回来，前面提到，是GSMA发布了eSIM的规范。而GSMA（GSM协会）是一个代表全球移动运营商利益的组织，按理来说应该抵制才对，为什么会推动eSIM呢？

因为运营商们根本不是为了手机才推进eSIM的。他们关注的重点，是物联网。

根据专业机构预测，到2025年，全球M2M（Machine to Machine）连接设备数量将达到300亿，这些设备都依赖e-SIM相关网络技术实现联网，对于网络运营商来说是一块超大的蛋糕。

所以，即使是心里不情愿，很多运营商还是忍痛支持eSIM——包括AT&T、德国电信、沃达丰、西班牙电信以及Orange等各大运营商，都在推动eSIM的发展和普及。

国内的运营商当然也不会坐视不理。他们瞅准了eSIM在物联网上的巨大商机，频繁做出响应。

2017年6月，上海CES Asia(亚洲消费电子展)，中国移动推出一款全球尺寸最小的eSIM NB-IoT通信模组M5310，成为热点。

联通对eSIM的推广

除了eSIM之外，大家可能还听说过softSIM和vSIM。

如果说eSIM至少还算是一个硬件，那么，softSIM和vSIM干脆一不做二不休，彻底消灭了硬件。

例如SoftSIM，依托操作系统软件实现SIM功能，没有实际的物理芯片存在，对基带进行修改后，基带重定向直接通过其它接口和操作系统层交互，而不再需要访问SIM硬件。（这应该是虚拟SIM的终极形态吧！）

华为的天际通，就是基于海思SoftSIM技术

虚拟SIM技术的未来

eSIM、softSIM和vSIM，都是虚拟SIM技术。

虚拟SIM的发展之路注定是坎坷的。从诞生之日起，围绕这项技术的就是持续不断的纷争、博弈。

例如最开始的Apple SIM，刚发布后，美国几大运营商就很不情愿，各种推诿，各种附加条件，Verizon干脆直接拒绝。

还有后来的Apple WATCH，也是屡次发布，不发布，又发布，反反复复……

刚刚提到的天际通，也传言被有关部门约谈…

这些阻碍eSIM的神秘力量，都是有原因的——承载着用户数据的SIM卡，牵扯了太多的利益，是运营商的最重要资产之一，哪能拱手让人？

除了利益损害之外，安全因素也是一个大问题。

终端设备厂商鱼龙混杂，有大企业，也有小企业，用户在各个运营商的签约信息，是否可以放心交给他们？他们怎么才能保证不篡改、不泄露？

对于eSIM系统来说，谁控制配置eSIM的平台，谁就拥有主动权

尽管eSIM的前进道路充满阻碍，但谁都不能否认它的未来趋势。

据权威部门预测，至2020年，新增eSIM连接数将达到2亿个，全球将拥有3.46-8.64亿部内置eSIM卡的智能手机。德国电信甚至大胆预计，至2025年，eSIM将全面取代传统SIM。