JAVACARD SIM內(nèi)存管理方法優(yōu)化研究

JAVACARDSIM內(nèi)存管理方法優(yōu)化研究無線通信RadioCommunicationJAVACARDSIM內(nèi)存管理方法JAVACARDSIMMemoryManagementMethod優(yōu)化研究HuangJianwen，HuangJian，CaiQiuyan，YangGuang（ResearchInstituteofChinaTelecomCorporationLimited，Guangzhou510630，China）在移動通信網(wǎng)絡(luò)中，SIM主要負(fù)責(zé)移動通信網(wǎng)絡(luò)接入鑒權(quán)認(rèn)證，并承載各種行業(yè)應(yīng)用，當(dāng)前SIM芯片物理內(nèi)存資源有限，需提升SIM內(nèi)存利用率從而加載更多行業(yè)應(yīng)用。首先對SIM的內(nèi)存架構(gòu)進(jìn)行分析，將物理內(nèi)存分為固定內(nèi)存和剩余待分配內(nèi)存。其次明確了待分配內(nèi)存中DTR和RTR內(nèi)存的管理原則。最后結(jié)合應(yīng)用的安裝、刪除等管理操作，闡述了待分配內(nèi)存申請占用、釋放回收、內(nèi)存溢出等管理原則。通過對待分配內(nèi)存優(yōu)化管理可提升SIM物理內(nèi)存利用率，加載并運(yùn)行更多的行業(yè)應(yīng)用。關(guān)鍵詞：Keywords：1概述隨著移動通信技術(shù)從1G到5G持續(xù)演進(jìn)，移動通信已滲透到人們生產(chǎn)生活的方方面面［1-2］。3G時代移動通信技術(shù)和互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)開始結(jié)合［3］4G推動了移動互聯(lián)網(wǎng)的高速發(fā)展［4］出現(xiàn)了微信、支付寶等超級應(yīng)用APP。5G通信技術(shù)帶來了大帶寬（eMBB）、大連接（mMTC）和低時延（uRLLC）等新應(yīng)用場景，快速拉動大數(shù)據(jù)、人工智能、物聯(lián)網(wǎng)和智能駕駛等一系列新業(yè)收稿日期：2023-11-28態(tài)。6G開始進(jìn)入空天一體化時代，將形成沉浸式云在1G~3G時代，SIM的核心用途是移動網(wǎng)絡(luò)接入認(rèn)證，是使用NATIVE語言開發(fā)的單應(yīng)用卡。在4G、5G時代，由于行業(yè)應(yīng)用的快速推廣和終端技術(shù)的快速JAVACARD與GP架構(gòu)技術(shù)的多應(yīng)用卡成為未來SIM的主流發(fā)展方向，SIM具備入網(wǎng)鑒權(quán)與應(yīng)用加載雙重核心用途。在5G、6G時代，電信運(yùn)營商不僅向外提供移動通信數(shù)據(jù)管道服務(wù)，同時正力爭成為全產(chǎn)業(yè)鏈綜合服務(wù)商。電信運(yùn)營商發(fā)揮SIM的天然安全屬性向外郵電設(shè)計技術(shù)/2023/1263無線通信RadioCommunicationJAVACARDSIM內(nèi)存管理方法優(yōu)化研究輸出安全服務(wù)能力，并借用SIM卡安全存儲空間承載數(shù)字貨幣、數(shù)字身份、數(shù)字公交、市民卡等國礎(chǔ)實(shí)施應(yīng)用［6］。SIMRAM內(nèi)存資源是行業(yè)應(yīng)用開發(fā)、加載流程中不可或缺的重要元素，將決定行業(yè)應(yīng)用在SIM內(nèi)的運(yùn)行效率及穩(wěn)定性。為滿足行業(yè)應(yīng)用在SIM上最大程度的加載需求，本文后續(xù)將從SIM芯片、COS內(nèi)存資源現(xiàn)狀，國際規(guī)范內(nèi)存資源管理要求，分析優(yōu)化提升SIM內(nèi)存資源利用率的方法。2SIM卡內(nèi)存資源現(xiàn)狀2.1國際標(biāo)準(zhǔn)現(xiàn)狀現(xiàn)有JAVACARDJCRE國際標(biāo)準(zhǔn)將SIM內(nèi)存分為CLEAR_ON_RESET和CLEAR_ON_DESELECT2類。CLEAR_ON_RESET簡稱RTR內(nèi)存，用于存儲應(yīng)用的永久性狀態(tài)，CLEAR_ON_DESELECT簡稱DTR內(nèi)存，用于存儲應(yīng)用的臨時性、過渡性狀態(tài)。RTR內(nèi)存在應(yīng)用安裝時候申請并占用，應(yīng)用刪除后釋放回收為待分配的RTR，DTR在應(yīng)用安裝時申請，應(yīng)用選擇運(yùn)行時候內(nèi)存占用，應(yīng)用去選擇后釋放回收為DTR內(nèi)存。2.2芯片現(xiàn)狀當(dāng)前國內(nèi)運(yùn)營商發(fā)行的JAVACARDSIM芯片主要以國產(chǎn)芯片為主，典型代表為華大電子CIU98M25、紫光國微THD89，芯片物理內(nèi)存為40~44KB。2.3現(xiàn)有SIM內(nèi)存管理方法現(xiàn)狀現(xiàn)有SIM內(nèi)存管理方法將待分配內(nèi)存資源按一定比例預(yù)先固定劃分為DTR和RTR內(nèi)存，應(yīng)用安裝將在固定的DTR和RTR空間內(nèi)進(jìn)行申請分配，DTR和RTR內(nèi)存類型不可混合使用?，F(xiàn)有SIM內(nèi)存管理方法，當(dāng)應(yīng)用實(shí)際DTR大于預(yù)先固定設(shè)置DTR時，應(yīng)用被禁止安裝，限制了應(yīng)用DTR內(nèi)存資源的使用。目前國內(nèi)具備多應(yīng)用SIM產(chǎn)品研發(fā)能力的主流卡商有東信和平、品可用于行業(yè)應(yīng)用加載運(yùn)行使用的待分配RAM剩余空間為15~18KB。3JAVACARDSIM內(nèi)存管理優(yōu)化方法3.1SIM內(nèi)存分配管理架構(gòu)本文遵循JAVACARD國際標(biāo)準(zhǔn)對DTR與RTR內(nèi)存類型的管理原則：DTR內(nèi)存在各個應(yīng)用間可共享，應(yīng)用去選擇后進(jìn)行內(nèi)存釋放；RTR內(nèi)存類型分配即占SIM卡芯片物理內(nèi)存分為基礎(chǔ)功能層內(nèi)存和應(yīng)用層內(nèi)存?；A(chǔ)功能層內(nèi)存是分配給基本通信能力、JAVACARD、GP管理架構(gòu)使用的固定物理內(nèi)存，在SIM卡開發(fā)過程中被固定分配，不可釋放供后下載應(yīng)用使用；應(yīng)用層內(nèi)存即SIM卡的剩余內(nèi)存空間，只提供給應(yīng)用下載使用。應(yīng)用層內(nèi)存空間分為邏輯通道固定分配內(nèi)存空間和當(dāng)前待分配內(nèi)存空間。固定分配內(nèi)存空間標(biāo)記為N×Dc，N表示SIM支持的邏輯通道數(shù)量，Dc表示每個邏輯通道固定獨(dú)立分配的DTR，每個邏輯通道間獨(dú)立使用Dc字節(jié)DTR，不共享。當(dāng)前待分配內(nèi)存空間標(biāo)記為M，可作為DTR和RTR使用，不預(yù)設(shè)置其內(nèi)存類型，根據(jù)應(yīng)用安裝參數(shù)進(jìn)行內(nèi)存類型設(shè)置和內(nèi)存數(shù)量分配。JAVACARDSIM內(nèi)存分配管理架構(gòu)如圖1所示。3.2JAVACARDSIM內(nèi)存管理原則為便于JAVACARDSIM內(nèi)存管理，根據(jù)GP國際標(biāo)準(zhǔn)，定義如下應(yīng)用內(nèi)存管理參數(shù)：C7表示應(yīng)用可使用最大RTR內(nèi)存空間；D7表示至少為應(yīng)用固定預(yù)留的RTR內(nèi)存空間；R表示應(yīng)用安裝實(shí)際使用的RTR空間；D表示應(yīng)用安裝實(shí)際使用的DTR空間。JAVACARDSIM應(yīng)用層M+N×Dc內(nèi)存空間，在應(yīng)用安裝、應(yīng)用選擇、應(yīng)用刪除等管理流程中，按如下原則進(jìn)行內(nèi)存申請釋放管理。a）當(dāng)前待分配M字節(jié)內(nèi)存空間管理原則，分配前不預(yù)設(shè)置DTR和RTR類型，根據(jù)內(nèi)存分配請求進(jìn)行基礎(chǔ)基礎(chǔ)通信功能GP管理功能JAVA運(yùn)行環(huán)境OTA管理功能關(guān)鍵算法功能NFC通信功能基礎(chǔ)功能層內(nèi)存數(shù)字金融應(yīng)用數(shù)字出行應(yīng)用數(shù)字身份應(yīng)用數(shù)字政務(wù)應(yīng)用DTRRTRDTRRTRDTRRTRDTRRTR邏輯通道獨(dú)立固定DTR邏輯通道獨(dú)立固定DTR邏輯通道獨(dú)立固定DTR邏輯通道獨(dú)立固定DTR待分配內(nèi)存空間（RTR或DTR）SIM芯片物理內(nèi)存64圖1JAVACARDSIM內(nèi)存管理架構(gòu)2023/12/DTPTJAVACARDSIM內(nèi)存管理方法優(yōu)化研究無線通信RadioCommunicationDTR和RTR類型分配。RTR分配即被占用不可共享、應(yīng)用刪除后該應(yīng)用占用的RTR釋放，RTR分配后1∶1實(shí)際占用物理內(nèi)存；DTR分配后可共享，應(yīng)用去選擇后該應(yīng)用的DTR被釋放，多段DTR內(nèi)存可臨時共享占用相同物理內(nèi)存。b）獲取SIM當(dāng)前剩余空間原則，SIM在應(yīng)用安裝前可使用GP指令獲取SIM當(dāng)前可使用的剩余內(nèi)存空間，獲取SIM當(dāng)前可使用的RTR空間為M，獲取當(dāng)前SIM可使用DTR空間為Dc+M。77安裝參數(shù)的應(yīng)用安裝內(nèi)存申請管理原&（M+Dc-≤M第X個應(yīng)用允許安裝成功，X為正整數(shù)。77安裝參數(shù)的應(yīng)用安裝內(nèi)存申請管理&（R≤M第X個應(yīng)用允許安裝成功，X為正整數(shù)。e）應(yīng)用調(diào)用API獲取應(yīng)用可使用的內(nèi)存空間管理原則。當(dāng)應(yīng)用不帶C7/D7參數(shù)時，應(yīng)用可使用的內(nèi)存空間為當(dāng)前SIM待分配空間M，RTR為M，DTR為M+RTR為C7-D7；DTR為M+Dc-D。7的應(yīng)用刪除內(nèi)存管理原則，刪除前SIM當(dāng)前待分配內(nèi)存空間為M，刪除后SIM當(dāng)前待分配內(nèi)存空間為D7+M，刪除后可使用的RTR為D7+M，刪除后可使用的DTR為D7+M+Dc。刪除前SIM當(dāng)前待分配內(nèi)存空間為M，刪除后SIM當(dāng)前待分配內(nèi)存空間為R+M，刪除后可使用的RTR為R+M，刪除后可使用的DTR為R+M+Dc。h）應(yīng)用選擇DTR內(nèi)存溢出沖突管理原則，SIM卡支持n個邏輯通道同時打開n個應(yīng)用，每次在邏輯通道選擇應(yīng)用應(yīng)按如下規(guī)則進(jìn)行內(nèi)存溢出沖突判斷：c溢出，SIM應(yīng)禁止當(dāng)前在第X邏輯通道上選擇DX應(yīng)用，需等待其余邏輯通道上的DTR內(nèi)存釋放后再進(jìn)行選擇。（b）在支持X個邏輯通道的SIM上，不會產(chǎn)生內(nèi)存溢出沖突的DTR最大平均值為M/X+Dc；當(dāng)SIM卡全部安裝只要求DTR的應(yīng)用時，DTR≤M/X+生DTR內(nèi)存溢出；當(dāng)應(yīng)用帶RTR和DTR、且DTR≤Dc時，不會產(chǎn)生內(nèi)存溢出沖突。3.3SIM內(nèi)存分配管理實(shí)例假設(shè)JAVACARDSIM應(yīng)用層內(nèi)存空間為16KB，SIM支持4個邏輯通道，每個邏輯通道固定分配1KBDTR共4×1KBDTR，剩余12KB為當(dāng)前待分配內(nèi)存空間，可根據(jù)需要作為DTR或RTR內(nèi)存類型分配使用。a）分別安裝配置C7/D7參數(shù)的應(yīng)用APP-A、APP-B后SIM內(nèi)存狀態(tài)如表1所示。APP-A應(yīng)用：C7=25，D7API方式獲取應(yīng)用可用空間：C7-D7>M_AF，RTR_API=M_AF；C7-D7≤M_AF，RTR_API=C7-D7。b）分別安裝不配置C7/D7參數(shù)的應(yīng)用APP-C、APP-D、E、F后SIM內(nèi)存狀態(tài)如表2所示。APP-C應(yīng)7=07=07=0c）累計可安裝APP-A的數(shù)量與內(nèi)存溢出沖突實(shí)c-D77裝5個APP-A應(yīng)用，第6個應(yīng)用安裝失敗。采用API方式獲取應(yīng)用可用空間：C7-D7>M_AF，RTR_API=M_AF；C7-D7≤M_AF，RTR_API=C7-D7。DTR內(nèi)存溢出時，產(chǎn)生DTR內(nèi)存溢出，SIM卡只能在2個邏輯通道上同時選擇2個應(yīng)用，在第3個邏輯通道上打開第3個應(yīng)用時DTR內(nèi)存溢出，應(yīng)禁止打開。d）刪除SIM卡內(nèi)多個APP-A應(yīng)用后，SIM內(nèi)存狀表1安裝APP-A、APP-B應(yīng)用后SIM剩余內(nèi)存狀態(tài)應(yīng)用類型安裝前SIM剩余內(nèi)存空間/KB安裝后SIM剩余內(nèi)存空間/KBAPI方式獲取的應(yīng)用可用空間/KBDTR=M+DRTR=MMDTR_AF=M-DRTR_AF=M-DM_AF=M-DDTR_API=M_AF+D-DcRTR_APIAPP-A925-2>10，RTR_API=10APP-B910-2<10，RTR_API=8郵電設(shè)計技術(shù)/2023/1265無線通信RadioCommunicationJAVACARDSIM內(nèi)存管理方法優(yōu)化研究表2安裝APP-C、APP-D應(yīng)用后SIM剩余內(nèi)存狀態(tài)應(yīng)用類型安裝前SIM剩余內(nèi)存空間/KB安裝后SIM剩余內(nèi)存空間/KBAPI方式獲取的應(yīng)用可用空間/KBDTR=M+DRTR=MMDTR_AF=M-R+DcRTR_AF=M-RM_AF=M-RDTR_API=M_AF+D-DcRTR_API=M_AFAAP-CAAP-D表3累計安裝多個APP-A應(yīng)用SIM內(nèi)存狀態(tài)變化應(yīng)用類型安裝前SIM剩余內(nèi)存空間/KB應(yīng)用安裝后SIM剩余內(nèi)存空間/KBAPI方式獲取的應(yīng)用可用空間/KBDTR=M+DRTR=MMDTR_AF=M-DRTR_AF=M-DM_AF=M-DDTR_API=M_AF+D-DcRTR_APIAPP-A1925-2>10，RTR_API=10APP-A2988725-2>8，RTR_API=8APP-A3988766525-2>8，RTR_API=6APP-A4766544525-2>8，RTR_API=4APP-A5544322125-2>8，RTR_API=2APP-A63221<200安裝失敗APP-A12；初始條件：SIM已安裝5個APP-A；當(dāng)前SIM待分配內(nèi)存空間為2。表4刪除APP-A應(yīng)用SIM內(nèi)存狀態(tài)應(yīng)用類型應(yīng)用刪除前SIM待分配空間/KB應(yīng)用刪除后SIM待分配空間/KBDTR=M+DRTR=MMDTR_AF=M+D+DRTR_AF=M+DM_AF=M+DAPP-A1322544APP-A2544766APP-A3766988APP-A4988APP-A54總結(jié)本文在JAVACARD國際標(biāo)準(zhǔn)RTR和DTR內(nèi)存類型管理原則基礎(chǔ)上，對SIM應(yīng)用層待分配內(nèi)存空間進(jìn)行優(yōu)化管理，對待分配內(nèi)存空間不預(yù)設(shè)置分配內(nèi)存類型，待分配空間可作為RTR和DTR混合使用，應(yīng)用刪除后釋放回收的內(nèi)存空間可作為RTR和DTR混合使用。本文結(jié)合應(yīng)用安裝、應(yīng)用選擇、應(yīng)用刪除等流程，定義了SIM應(yīng)用層內(nèi)存空間管理原則、RTR和DTR內(nèi)存類型管理原則、應(yīng)用安裝內(nèi)存申請管理規(guī)則、應(yīng)用刪除內(nèi)存回收管理原則、應(yīng)用選擇內(nèi)存溢出沖突管理原則和應(yīng)用開發(fā)安裝內(nèi)存類型推薦原則。本文定義的內(nèi)存管理方法具有如下優(yōu)點(diǎn)：可指導(dǎo)SIM卡