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专题
2024/7/2 15:38

高速SPI接口在SIM卡上的应用设计

邮电设计技术  王海涛,衣莉莉,孙阳阳,刘 觅

本文版权为《邮电设计技术》所有,如需转载请联系《邮电设计技术》编辑部

摘要:通过对当前物联网的安全威胁进行深入分析,发现SIM卡安全方案在实际使用过程中存在的一些问题。鉴于此,结合安全元件(SE)的 SPI接口优点,设计了SPI接口应用在SIM卡上的全新方案,详述了该方案的软硬件架构,最后阐述了该方案在实际应用中所具有的优势。

关键词:SPI;SIM;SE;物联网安全

doi:10.12045/j.issn.1007-3043.2024.06.010

概述

随着物联网设备的普及和应用范围不断扩大,物联网设备的安全问题逐渐凸显,已成为迫切需要解决的重要问题。目前解决物联网设备安全问题主要有2种解决方案:一是增加单独的 SE 模块(Secure Element);二是复用运营商的 SIM卡。SIM卡作为运营商蜂窝网络身份鉴权的载体,除具备基础通信能力外,天然具有安全存储和数据加解密运算能力,非常适合用来解决物联网终端风险中的数据安全风险问题。然而在 SIM 卡实际的使用过程中,存在以下2个方面的问题。

a)SIM 卡 传 输 速 率 较 低 。 SIM 卡 仅 有 一 个ISO7816接口,对外通信采用半双工模式,理论最大传输速率为 270 kbit/s,接口性能仅能满足传输数据量小、交互频率低的设备需求。然而,物联网终端通常需要采集和传输大量数据,对数据传输接口速率要求较高。以常见的1080P(200万像素)单路摄像头为例,其传输速率可达 4 Mbit/s,SIM 卡的 ISO7816 接口性能存在瓶颈,限制了SIM卡安全能力的输出,同时也制约了SIM卡在物联网设备安全解决方案中的快速发展。

b)SIM 卡接口能力受到限制。安全元件(SE)模块可以通过SPI(Serial Peripheral Interface)接口与基带芯片或主控芯片通信。与SE模块不同,SIM卡仅通过ISO7816 直接与基带芯片连接,缺乏其他接口。外部的主控芯片只能通过基带芯片提供的 AT指令来调用SIM 卡的功能,无法直接访问。因此,在某些情况下,主控芯片无法充分利用 SIM 卡的功能,从而限制了其灵活性。

为了解决SIM卡传输速率低和接口能力不足的问题,本文借鉴了SE模块的SPI接口,设计了支持SPI接口的SIM卡。这一设计在保留SIM卡原有通信功能的基础上,增加了通用的 SPI 接口。这一创新使 SIM 卡能够为各种物联网应用提供安全、稳定、快速的连接,实现远程监控、数据采集、远程控制等功能,从而提升生产效率,优化资源利用,改善服务质量。

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