0 引言

在當今互聯網時代的大背景之下，互聯網技術迅猛發展，手機上網的網民也日趨增長。同樣，用戶在境外出行時的移動上網需求也日益強烈，移動用戶出國活動頻繁，國際漫游業務量明顯增加[1]，傳統的實體SIM卡用戶需要在出國之前辦理國際漫游業務后，能夠使用漫游地網絡服務。然而，國際漫游資費高是困擾消費者的一大難題。為了解決上述所提出問題，基于智能終端的虛擬SIM卡技術得到重視和發展。通過支持虛擬SIM技術的終端消費者可以在全球覆蓋范圍內，以接近目的地價格水平使用數據上網服務。本文根據虛擬卡平臺架構，結合Android Telephony框架結構，研究虛擬卡在Android終端中的應用以及相關的技術。針對虛擬卡參數在下載以及保存階段可能出現的用戶信息被攻擊，設計基于ARM TrustZone技術實現虛擬卡的安全運行及數據安全。最后通過測試表明可以通過虛擬卡APP完成上網操作。

1 平臺架構

虛擬SIM卡平臺架構如圖1所示，平臺由三部分組成：支持虛擬SIM卡技術的終端、用戶管理中心和SIM云端服務提供商。

（1）虛擬SIM卡終端：支持虛擬SIM技術，能從云端下載虛擬SIM卡參數，可用虛擬SIM卡參數接入相應的網絡。

（2）用戶管理中心：目的是與終端虛擬SIM APP進行交互，提供用戶管理，開啟或終止用戶使用虛擬SIM卡參數。

（3）虛擬SIM卡云端服務供應商：提供運營商參數IMSI、Ki等網絡鑒權所必須的虛擬卡參數。本方案與二六三移動通信有限公司合作，開發支持虛擬卡技術的終端。

本方案的目的是設計實現支持虛擬SIM卡的終端，支持虛擬SIM卡技術的終端可以通過WiFi或者移動運營商網絡請求從動態IMSI分配服務器下載虛擬SIM卡參數。參數包括國際移動用戶識別碼（International Mobile Subscriber Identification Number，IMSI）、鑒權密鑰（Key identifier，Ki）等登錄網絡時用于用戶身份認證的關鍵參數。

2 終端軟件架構與設計

2.1 Android Telephony框架結構

Android Telephony[2]采用了分層結構的設計，共跨越了三層：Java Application（應用層）、Java Frameworks（框架層）和RIL（Radio Interface Layer，無線接口層）。Telephony結構與Android框架結構一致。Android Telephony的業務應用跨越了AP和BP。AP與BP相互通信是目前智能手機的基本硬件架構。Android系統在AP上運行，而Telephony運行在Linux Kernel之上的User Space空間。BP側負責射頻控制，包括信號調制、編碼、射頻移位等高度時間相關的操作。對于不同的安卓廠商，他們的AP側允許相同，但是Modem側可能會有差異。因此，Android在AP與Modem之間設計了RILC框架，不同的芯片廠商就可以將其協議連接到AP側。本虛擬卡方案基于高通平臺。對于高通平臺來說，它的RILC就是QCRIL。

2.2 終端軟件架構

虛擬SIM卡終端架構如圖2所示，其軟件架構與Android Telephony整體分層結構保持一致，包括應用層、框架層、無線通信接口層。

其中處于應用層的APP與框架層的service通信是基于Binder機制實現進程間通信，通過安卓接口描述語言（Android Interface Definition Language，AIDL）技術定義進程間通信接口。虛擬卡是在Frameworks中單獨添加的一個服務，為了使其他的應用程序也可以訪問本應用程序提供的服務，Android提供了AIDL來自動生成用于進程間通信的代碼。RILJ與RILC的交互是基于rild端口的Socket連接，RILJ接收到Telephony Frameworks發出的請求后，通過Socket連接向RILC發起RIL請求。最后，高通平臺通過高通消息接口（Qualcomm Messaging Interface，QMI）作為AP與Modem之間的通信接口。采用IDL_QCSI_QCCI的方式實現。QCCI（QMI Common Client Interface）封裝客戶端進行通信的C庫，主要是注冊client，用于發送和接收message。QCSI（QMI Common Service Interface）封裝服務端進行通信的C庫，提供服務注冊，發送和接收message，根據消息ID查找回調函數實現消息響應。至此，從應用軟件到Telephony Frameworks到RIL再到BP的Modem全線貫通，之后應用軟件就可以處理相關通信業務了。

傳統SIM卡是插在Modem中的，終端與SIM卡的交互必須要經過Modem。而虛擬卡相當于在模塊側虛擬了兩個卡槽，虛擬卡槽和物理卡槽的連接是互斥的。當虛擬卡激活時，表示當前模塊連接的是Softslot，此時模塊無法上報物理卡槽slot信息。當無虛擬卡或者虛擬卡去激活時，模塊連接到物理的slot上，此時可以通過接口獲取物理slot的信息。當發生了物理卡和虛擬卡切換時，相當于發生了一次熱插拔，模塊將會將原有的卡信清除，并上報新的卡信息。

2.3 流程設計

虛擬SIM卡流程設計如圖3所示。