Ao observar como um smartphone se conecta a uma rede 5G, a atenção geralmente se volta para elementos de rede como o gNB, o AMF, o SMF e o UPF. A USIM, muito menor, é fácil de passar despercebida. Na prática, porém, a USIM também precisa de estruturas de dados dedicadas para suportar funções que vão desde o registro 5G e o armazenamento do estado de mobilidade até a privacidade da identidade do assinante, os contextos de segurança NAS e o controle de acesso.
Com a introdução do 5G, o sistema de arquivos da USIM foi ampliado de acordo. Não se tratou simplesmente de armazenar alguns parâmetros adicionais na estrutura SIM existente. Novos diretórios específicos do 5GS, indicadores de serviço e arquivos EF foram introduzidos dentro da aplicação USIM para que o equipamento móvel possa determinar quais capacidades 5G são suportadas pelo cartão, quais dados precisam ser armazenados e de onde a configuração correspondente deve ser lida.
Memorizar nomes como EF5GS3GPPLOCI, EF5GAUTHKEYS e EFSUCI_Calc_Info de forma isolada pode rapidamente se tornar confuso. Uma abordagem mais prática é agrupar esses arquivos pelos problemas que abordam: mobilidade, segurança, privacidade da identidade do assinante, controle de acesso e informações da operadora.
Por que a UICC e o sistema de arquivos são importantes antes de examinar os arquivos USIM 5G
O SIM surgiu na era 2G e pode ser entendido como um módulo de identidade do assinante no qual o hardware e o aplicativo estavam intimamente integrados. O componente de hardware é o chip de circuito integrado, enquanto a parte de software inclui o sistema operacional COS, o sistema de arquivos e os aplicativos ou serviços de camada superior.
Com a introdução do 3G, o USIM (Módulo Universal de Identidade do Assinante) separou mais claramente o aplicativo da plataforma de cartão na qual ele é executado. O UICC é a plataforma subjacente de Cartão de Circuito Integrado Universal, enquanto o USIM opera como um aplicativo nessa plataforma. Em outras palavras, o que comumente se chama de "cartão USIM" é, do ponto de vista da arquitetura lógica, descrito com mais precisão como um aplicativo USIM executando em um UICC.
Essa distinção é importante porque o 5G não introduziu um sistema de dados totalmente separado fora do USIM. Em vez disso, as capacidades 5G continuam a usar o modelo existente de serviço e gerenciamento de arquivos do USIM.
Uma grande quantidade de dados do cartão inteligente é armazenada em forma de arquivos. A estrutura lógica inclui principalmente:
MF (Arquivo Mestre): o arquivo de nível superior no sistema de arquivos do cartão.
DF (Arquivo Dedicado): um diretório dedicado usado para organizar um aplicativo ou grupo de dados específico.
EF (Arquivo Elementar): os arquivos básicos que realmente armazenam dados de serviço, informações de estado e parâmetros de configuração.
Para o 5G, foi adicionado um diretório DF5GS dedicado sob o aplicativo USIM para organizar os arquivos EF relacionados ao 5GS. A especificação do aplicativo USIM correspondente define nove serviços relacionados ao 5G e dez arquivos EF correspondentes para esse grupo de capacidades.
Quais capacidades 5G são adicionadas sob o DF5GS?
A presença de um arquivo EF por si só não significa automaticamente que um recurso deva ser usado. Outro arquivo importante é o EFUST (Tabela de Serviços USIM).
O EFUST indica quais serviços são suportados pelo USIM. A tabela de serviços contém 131 serviços no total, enquanto os serviços relacionados ao 5G discutidos aqui são numerados de 122 a 130. Se um serviço estiver marcado como indisponível, o ME não o selecionará. A configuração real do serviço é definida pela operadora.
| Nº do Serviço | Serviço 5G | Arquivo ou função principal relacionado |
|---|---|---|
| 122 | Informações de gerenciamento de mobilidade 5GS | Informações de localização 3GPP e não 3GPP e contextos de segurança NAS |
| 123 | Parâmetros de segurança 5G | EF5GAUTHKEYS |
| 124 | Suporte à privacidade do identificador do assinante | EFSUCI_Calc_Info e EFRouting_Indicator |
| 125 | Cálculo do SUCI pelo USIM | Indica que o cálculo do SUCI é realizado pelo USIM |
| 126 | Suporte a identidades de acesso UAC | EFUAC_AIC |
| 127 | Direcionamento de UE em VPLMN baseado no plano de controle | Capacidade de direcionamento de PLMN para cenários de roaming |
| 128 | Controle de chamada em sessão PDU pelo USIM | Controle de chamada baseado no USIM para sessões PDU |
| 129 | Lista de PLMN da operadora 5GS | EFOPL5G |
| 130 | Suporte a SUPI do tipo identificador específico de rede | EFNSI |
Esta tabela é mais útil do que memorizar nomes de arquivos individuais porque mostra o modelo básico de design do USIM: indicação de capacidade de serviço mais os dados EF correspondentes.
Por exemplo, quando o serviço 122 está disponível, o USIM precisa fornecer os arquivos relevantes para o gerenciamento de mobilidade 5GS. Quando o serviço 123 está disponível, o arquivo de chave de autenticação 5G é necessário. Quando o serviço 129 está disponível, o USIM fornece a lista de PLMN da operadora 5GS.
Do ponto de vista da engenharia, o EFUST responde à pergunta "O que este cartão suporta?" e os arquivos EF individuais respondem à pergunta seguinte "Quais dados esta capacidade exige?". O ME usa ambas as informações para determinar como a função 5G correspondente deve ser tratada.
Por que os estados de localização e segurança 5G são armazenados separadamente para acesso 3GPP e não 3GPP?
Um dos grupos de arquivos mais diretos sob o DF5GS está relacionado ao gerenciamento de mobilidade.
EF5GS3GPPLOCI armazena informações de localização 5GS para acesso 3GPP, incluindo:
5G-GUTI;
o último 5G-TAI visitado;
Status de atualização 5GS.
O arquivo correspondente EF5GSN3GPPLOCI armazena o mesmo tipo de informação para acesso não 3GPP. Os dois arquivos servem a um propósito semelhante, mas se aplicam a tipos de acesso diferentes.
Isso mostra que o USIM faz mais do que armazenar um número de assinante em um contexto de mobilidade 5GS. Ele também retém identidade temporária, dados de localização recentes e status de atualização que podem ser usados em procedimentos posteriores.
A mesma separação se aplica aos contextos de segurança NAS. O EF5GS3GPPNSC armazena o contexto de segurança NAS para acesso 3GPP, enquanto o EF5GSN3GPPNSC armazena o contexto de segurança NAS correspondente para acesso não 3GPP.
Outro arquivo de segurança dedicado é o EF5GAUTHKEYS. Quando o serviço 123 no EFUST está disponível, esse arquivo é obrigatório e armazena chaves relacionadas à autenticação 5G, incluindo KAUSF e KSEAF geradas pelo ME.
Observar esses arquivos em conjunto revela a lógica de design do USIM 5G. Os dados não são simplesmente agrupados por nome de protocolo. Eles são organizados em torno do estado operacional real do UE: onde está registrado, como está acessando a rede, qual contexto de segurança está atualmente válido e quais informações de autenticação podem ser necessárias posteriormente.
Como SUCI, controle de acesso e informações da operadora são mapeados para arquivos EF específicos?
Além dos contextos de mobilidade e segurança, o 5G introduz requisitos adicionais de dados no lado do USIM para privacidade da identidade do assinante e controle de acesso. As capacidades relacionadas ao SUCI são um dos exemplos mais claros.
EFSUCI_Calc_Info armazena as informações necessárias para o cálculo e a proteção do SUCI. A disponibilidade desse arquivo para o ME depende da combinação dos serviços 124 e 125 no EFUST.
Se o serviço 124 estiver disponível e o serviço 125 não estiver, o cálculo do SUCI será realizado pelo ME. Nesse caso, o EFSUCI_Calc_Info deve estar presente e disponível para o ME.
Se ambos os serviços 124 e 125 estiverem disponíveis, o cálculo do SUCI será realizado pelo USIM. Nesse caso, o EFSUCI_Calc_Info não deve estar disponível para o ME. Se o próprio serviço 124 não estiver disponível, o arquivo também não deve ser exposto ao ME.
Os principais objetos de dados no arquivo incluem:
Lista de identificadores de esquema de proteção: contém prioridades de esquema de proteção e o índice de chave.
Lista de chaves públicas da rede doméstica: contém as chaves públicas da rede doméstica e os identificadores associados usados para proteção do SUPI.
Outro arquivo usado com o SUCI é o EFRouting_Indicator. Ele armazena o indicador de roteamento, que faz parte do SUCI e pode ser usado para roteamento em direção ao AUSF e UDM da rede doméstica.
Além da privacidade da identidade do assinante, o USIM também pode participar do Controle de Acesso Unificado. O EFUAC_AIC armazena a configuração de gerenciamento de acesso, incluindo identidades de acesso associadas a serviços de alta prioridade definidos. Esses valores podem ser usados juntamente com a categoria de acesso para suportar o controle de acesso para serviços específicos.
Para informações de exibição da operadora, o EFOPL5G armazena associações entre 5G-TAIs e identificadores de registro de nome de rede PLMN. Quando o UE se registra em uma PLMN, o ME pode usar essas associações e, em seguida, ler as informações de nome da operadora correspondentes para exibir o nome ou ícone do provedor de serviços.
O EFNSI, por sua vez, armazena um SUPI do tipo identificador específico de rede. Nesse caso, o SUPI usa o formato NAI e não deve ser um IMSI.
Qual o real papel da USIM em uma rede 5G?
Se a USIM for vista apenas como um cartão de identidade do assinante, é difícil explicar por que o 5G exige tantos serviços e arquivos EF adicionais.
Em conjunto, esses arquivos mostram que a USIM fornece um conjunto de funções de armazenamento controladas por tabela de serviços para dados do assinante, estado do UE, informações de segurança e política da operadora.
Ela armazena muito mais do que informações de identidade fixas. O 5G-GUTI e o último TAI visitado representam o estado de mobilidade. O contexto de segurança NAS e as chaves de autenticação 5G representam o estado de segurança. Os arquivos relacionados ao SUCI participam da proteção da privacidade da identidade do assinante, enquanto UAC, PLMN e controle de chamadas de sessão PDU mostram como a política da operadora também pode influenciar o comportamento do UE por meio da USIM.
O serviço 127 fornece direcionamento de UE em VPLMN baseado no plano de controle e pode ser usado na seleção de PLMN relacionada a roaming. O serviço 128 fornece controle de chamadas em sessão PDU pela USIM. Antes da operação relevante, o terminal pode fornecer à USIM informações como o tipo de sessão PDU, o modo SSC, as capacidades 5GSM e as informações da célula servidora, e então continuar de acordo com a instrução retornada pelo cartão.
Isso também tem implicações práticas para a solução de problemas. Ao investigar problemas de compatibilidade de terminais 5G, falhas de registro, problemas de privacidade de identidade do assinante ou comportamentos específicos de controle de acesso, verificar apenas a rede de rádio e o núcleo 5G pode não ser suficiente. Os engenheiros também podem precisar verificar se a USIM declara corretamente o serviço correspondente, se o EF necessário existe e se o conteúdo do arquivo corresponde à configuração da operadora.
Uma sequência prática de solução de problemas é: verifique primeiro o EFUST para confirmar a capacidade suportada, verifique se o EF correspondente existe e, em seguida, inspecione o conteúdo do EF. Isso costuma ser mais eficiente do que ler cada arquivo relacionado ao 5G individualmente.
Para engenheiros de dispositivos 5G e de rede central, esse é o verdadeiro valor de entender o sistema de arquivos da USIM. Muitas funções 5G aparentemente separadas acabam se resumindo a uma pergunta muito concreta: antes de o UE executar um procedimento de rede, que capacidade a USIM declarou e quais dados ela armazenou para essa função?
Perguntas frequentes
Qual é a relação entre DF5GS e ADFUSIM?
DF5GS não é um aplicativo separado fora da USIM. É um diretório dedicado dentro da estrutura de arquivos da USIM usado para organizar dados relacionados ao 5GS. ADFUSIM pode ser visto como o espaço de arquivos principal do aplicativo USIM, enquanto DF5GS fornece um local dedicado para arquivos EF relacionados ao 5G.
O que acontece se o EFUST marcar um serviço 5G como disponível, mas o arquivo EF necessário estiver ausente?
Para serviços em que a especificação exige que o EF correspondente esteja presente quando o serviço está disponível, isso indica uma inconsistência entre a declaração do serviço e a configuração dos arquivos do cartão. A solução de problemas deve se concentrar primeiro nos dados de personalização da USIM, na configuração do EFUST e se o EF necessário foi criado corretamente, em vez de olhar apenas para o lado da rede.
Um smartphone pode modificar livremente os arquivos EF 5G na USIM?
Não necessariamente. Diferentes arquivos EF têm diferentes condições de acesso. A leitura ou atualização de alguns arquivos pode exigir autorização por PIN, enquanto alterações de ativação, desativação ou certas mudanças de configuração podem exigir privilégios ADM. Portanto, a possibilidade de ler, atualizar, ativar ou desativar um arquivo depende das condições de acesso definidas para esse EF específico.
Por que alguns serviços 5G têm um número de serviço no EFUST, mas não um arquivo EF dedicado?
Nem todo serviço USIM requer um EF separado para armazenar dados. Alguns serviços são indicadores de capacidade, como indicar que o cálculo do SUCI é realizado pela USIM, enquanto outros representam um comportamento de controle implementado pelo próprio aplicativo USIM. Portanto, uma entrada de serviço no EFUST não implica necessariamente uma relação um para um com um arquivo EF dedicado.
