Когда речь заходит о том, как смартфон подключается к сети 5G, внимание обычно уделяется таким элементам сети, как gNB, AMF, SMF и UPF. Гораздо меньшую USIM легко упустить из виду. Однако на практике USIM также требуются специализированные структуры данных для поддержки функций — от регистрации в 5G и хранения состояния мобильности до конфиденциальности идентификатора абонента, контекстов безопасности NAS и управления доступом.

С появлением 5G файловая система USIM была соответствующим образом расширена. Это не было простым добавлением нескольких параметров в существующую структуру SIM. В приложении USIM были введены новые каталоги, специфичные для 5GS, индикаторы служб и файлы EF, чтобы мобильное оборудование могло определить, какие возможности 5G поддерживаются картой, какие данные необходимо хранить и откуда следует читать соответствующую конфигурацию.

Запоминание таких названий, как EF5GS3GPPLOCI, EF5GAUTHKEYS и EFSUCI_Calc_Info, по отдельности может быстро запутать. Более практичный подход — сгруппировать эти файлы по задачам, которые они решают: мобильность, безопасность, конфиденциальность идентификатора абонента, управление доступом и информация об операторе.

Почему UICC и файловая система важны перед рассмотрением файлов USIM для 5G

SIM появилась в эпоху 2G и может пониматься как модуль идентификации абонента, в котором аппаратное и программное обеспечение были тесно интегрированы. Аппаратный компонент — это микросхема интегральной схемы, а программная часть включает операционную систему COS, файловую систему и приложения или службы верхнего уровня.

С появлением 3G USIM (универсальный модуль идентификации абонента) более чётко отделил приложение от карточной платформы, на которой оно работает. UICC — это базовая платформа универсальной интегральной схемы, а USIM работает как приложение на этой платформе. Иными словами, то, что обычно называют «USIM-картой», с точки зрения логической архитектуры точнее описывается как приложение USIM, работающее на UICC.

Это различие важно, поскольку 5G не создала полностью отдельную систему данных вне USIM. Вместо этого возможности 5G продолжают использовать существующую модель служб и управления файлами USIM.

Большой объём данных смарт-карты хранится в виде файлов. Логическая структура в основном включает:

• MF (главный файл): файл верхнего уровня в файловой системе карты.

• DF (выделенный файл): выделенный каталог, используемый для организации конкретного приложения или группы данных.

• EF (элементарный файл): основные файлы, которые фактически хранят служебные данные, информацию о состоянии и параметры конфигурации.

Для 5G под приложением USIM был добавлен выделенный каталог DF5GS для организации файлов EF, связанных с 5GS. Соответствующая спецификация приложения USIM определяет девять служб, связанных с 5G, и десять соответствующих файлов EF для этого набора возможностей.

Какие возможности 5G добавлены в DF5GS?

Наличие только файла EF не означает автоматически, что функция должна использоваться. Ещё один важный файл — EFUST (таблица служб USIM).

EFUST указывает, какие службы поддерживаются USIM. Таблица служб содержит всего 131 службу, а рассматриваемые здесь службы, связанные с 5G, имеют номера со 122 по 130. Если служба отмечена как недоступная, мобильное оборудование не будет её выбирать. Фактическая конфигурация службы определяется оператором.

Эта таблица полезнее, чем заучивание отдельных имён файлов, поскольку показывает базовую модель проектирования USIM: индикация возможности службы плюс соответствующие данные EF.

Например, когда служба 122 доступна, USIM должна предоставить соответствующие файлы для управления мобильностью 5GS. Когда доступна служба 123, требуется файл ключей аутентификации 5G. Когда доступна служба 129, USIM предоставляет список PLMN оператора 5GS.

С инженерной точки зрения EFUST отвечает на вопрос «Что поддерживает эта карта?», а отдельные файлы EF отвечают на следующий вопрос «Какие данные требуются для этой возможности?». Мобильное оборудование использует обе части информации, чтобы определить, как следует обрабатывать соответствующую функцию 5G.

Почему состояния местоположения и безопасности 5G хранятся отдельно для доступа 3GPP и non-3GPP?

Одна из самых простых групп файлов в DF5GS связана с управлением мобильностью.

EF5GS3GPPLOCI хранит информацию о местоположении 5GS для доступа 3GPP, включая:

• 5G-GUTI;

• последний посещённый 5G-TAI;

• статус обновления 5GS.

Соответствующий файл EF5GSN3GPPLOCI хранит тот же тип информации для доступа non-3GPP. Эти два файла служат схожей цели, но применяются к разным типам доступа.

Это показывает, что USIM делает больше, чем просто хранит номер абонента в контексте мобильности 5GS. Она также сохраняет временный идентификатор, недавние данные о местоположении и статус обновления, которые могут использоваться в последующих процедурах.

То же разделение применяется к контекстам безопасности NAS. EF5GS3GPPNSC хранит контекст безопасности NAS для доступа 3GPP, а EF5GSN3GPPNSC хранит соответствующий контекст безопасности NAS для доступа non-3GPP.

Ещё один специализированный файл безопасности — EF5GAUTHKEYS. Когда служба 123 в EFUST доступна, этот файл обязателен и хранит ключи, связанные с аутентификацией 5G, включая KAUSF и KSEAF, генерируемые мобильным оборудованием.

Рассмотрение этих файлов вместе раскрывает логику проектирования USIM для 5G. Данные не просто сгруппированы по названию протокола. Они организованы вокруг фактического рабочего состояния UE: где он зарегистрирован, как он получает доступ к сети, какой контекст безопасности в настоящее время действителен и какая информация аутентификации может потребоваться позже.

Как SUCI, управление доступом и информация оператора сопоставляются с конкретными файлами EF?

Помимо контекстов мобильности и безопасности, 5G вводит дополнительные требования к данным на стороне USIM для конфиденциальности идентификатора абонента и управления доступом. Возможности, связанные с SUCI, — один из самых наглядных примеров.

EFSUCI_Calc_Info хранит информацию, необходимую для вычисления и защиты SUCI. Доступность этого файла для мобильного оборудования зависит от сочетания служб 124 и 125 в EFUST.

Если служба 124 доступна, а служба 125 недоступна, вычисление SUCI выполняется мобильным оборудованием. В этом случае EFSUCI_Calc_Info должен присутствовать и быть доступен для мобильного оборудования.

Если обе службы 124 и 125 доступны, вычисление SUCI выполняется USIM. В этом случае EFSUCI_Calc_Info не должен быть доступен для мобильного оборудования. Если сама служба 124 недоступна, файл также не должен быть доступен мобильному оборудованию.

Ключевые объекты данных в файле включают:

• Список идентификаторов схем защиты: содержит приоритеты схем защиты и индекс ключа.

• Список открытых ключей домашней сети: содержит открытые ключи домашней сети и связанные идентификаторы, используемые для защиты SUPI.

Ещё один файл, используемый с SUCI, — EFRouting_Indicator. Он хранит индикатор маршрутизации, который является частью SUCI и может использоваться для маршрутизации к AUSF и UDM домашней сети.

Помимо конфиденциальности идентификатора абонента, USIM может участвовать в унифицированном управлении доступом. EFUAC_AIC хранит конфигурацию управления доступом, включая идентификаторы доступа, связанные с определёнными высокоприоритетными службами. Эти значения могут использоваться вместе с категорией доступа для поддержки контроля доступа для конкретных служб.

Для информации, отображаемой оператором, EFOPL5G хранит ассоциации между 5G-TAI и идентификаторами записей имён сетей PLMN. Когда UE регистрируется в PLMN, мобильное оборудование может использовать эти ассоциации, а затем прочитать соответствующую информацию об имени оператора для отображения имени или значка поставщика услуг.

EFNSI, в свою очередь, хранит SUPI типа идентификатора, специфичного для сети. В этом случае SUPI использует формат NAI и не должен быть IMSI.

Какую роль USIM действительно играет в сети 5G?

Если рассматривать USIM только как карту идентификации абонента, трудно объяснить, почему 5G требует так много дополнительных служб и файлов EF.

В совокупности эти файлы показывают, что USIM обеспечивает набор функций хранения, управляемых таблицей служб, для данных абонента, состояния UE, информации безопасности и политики оператора.

Он хранит гораздо больше, чем фиксированную идентификационную информацию. 5G-GUTI и последний посещённый TAI представляют состояние мобильности. Контекст безопасности NAS и ключи аутентификации 5G представляют состояние безопасности. Файлы, связанные с SUCI, участвуют в защите конфиденциальности идентификатора абонента, а UAC, PLMN и контроль вызовов сеанса PDU показывают, как политика оператора также может влиять на поведение UE через USIM.

Служба 127 обеспечивает управление UE в VPLMN на основе плоскости управления и может использоваться при выборе PLMN, связанном с роумингом. Служба 128 обеспечивает контроль вызовов в сеансе PDU с помощью USIM. Перед соответствующей операцией терминал может предоставить USIM такую информацию, как тип сеанса PDU, режим SSC, возможности 5GSM и информацию об обслуживающей соте, а затем продолжить в соответствии с инструкцией, возвращаемой картой.

Это также имеет практическое значение для устранения неполадок. При расследовании проблем совместимости терминалов 5G, сбоев регистрации, проблем конфиденциальности идентификатора абонента или специфического поведения управления доступом проверки только радиосети и ядра 5G может быть недостаточно. Инженерам также может потребоваться проверить, правильно ли USIM объявляет соответствующую службу, существует ли требуемый EF и соответствует ли содержимое файла конфигурации оператора.

Практическая последовательность устранения неполадок такова: сначала проверьте EFUST, чтобы подтвердить поддерживаемую возможность, убедитесь, что соответствующий EF существует, а затем проверьте содержимое EF. Это часто эффективнее, чем читать каждый файл, связанный с 5G, по отдельности.

Для инженеров по устройствам 5G и опорной сети это и есть настоящая ценность понимания файловой системы USIM. Многие, казалось бы, отдельные функции 5G в конечном итоге сводятся к одному конкретному вопросу: прежде чем UE выполнит сетевую процедуру, какую возможность объявила USIM и какие данные она сохранила для этой функции?

Часто задаваемые вопросы