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。
