eSIM机卡安全技术白皮书

全球智慧物联网联盟（GIIC） 2026年6月 声明 本白皮书由全球智慧物联网联盟（GIIC）组织编制，旨在凝聚产业共识、推动eSIM机卡安全技术在产业链中规模化落地。 关于技术方案的使用：本白皮书所阐述的技术方案、协议流程、状态模型、命令格式等内容，欢迎产业链各方（包括但不限于网络运营方、芯片厂商、模组厂商、终端厂商、eUICC供应商、行业用户等）参考、实施并构建相关产品与服务，以共同推进eSIM安全生态建设。 关于标准化使用：本联盟支持并鼓励本白皮书所述技术方案被引入相关行业标准、团体标准或国家标准。标准化组织可基于本白皮书的技术内容（包括协议流程、状态模型、命令格式、参数定义等）开展标准化工作。涉及的具体知识产权许可事宜，由相关标准化组织与权利人按各自的知识产权政策另行约定。 免责声明：本白皮书所载材料和信息仅供参考，不构成法律、商业或技术承诺，也不替代专业意见。本白皮书不构成对任何专利、商标或其他知识产权的明示或默示授权；具体实施过程中涉及的第三方知识产权，由实施方自行确认与处理。 编写说明 eSIM技术作为下一代通信终端的核心基础设施，正在从消费电子向物联网、车联网、工业互联网等更广阔的领域加速渗透。eUICC与终端设备之间的安全认证既是支撑eSIM规模化应用的关键能力，也是保障网络接入安全和用户身份真实可信的核心环节。 近年来，国家高度重视新一代信息基础设施安全。围绕数字经济、物联网新型基础设施、车联网安全等方向，国家相关部门先后出台了一系列政策文件与行业指引，将“提升终端可信接入与安全管控能力”作为产业升级的重要任务之一。GSMA等国际标准化组织也持续推进eSIM相关规范的演进，为eSIM机卡安全技术提供了良好的标准与协议基础。 在此背景下，全球智慧物联网联盟（GIIC）组织相关成员单位编写了《eSIM机卡安全技术白皮书》，旨在凝聚产业共识，推动eSIM机卡安全技术的标准化与规模化落地，为产业链各方提供统一的技术参考框架。 本白皮书主要分为十个部分。第一部分介绍eSIM技术演进及由此带来的新型安全风险；第二部分阐述机卡安全的技术目标与设计原则；第三部分给出整体架构与状态模型；第四部分介绍方案所依据的密码学基础；第五部分详述配对与互认证的核心流程；第六部分定义命令格式与交互协议；第七部分讨论重试、锁定与会话保护等安全机制；第八部分介绍MEP多配置文件模式下的适配；第九部分分析典型异常场景与处置策略；第十部分阐述产业价值与后续演进方向。 编制单位 组织单位：全球智慧物联网联盟（GIIC） 牵头编制单位：中国联合网络通信有限公司、紫光同芯微电子有限公司、梵利特科技（北京）有限公司 参与编制单位：芯昇科技有限公司、北京银联金卡科技有限公司、东信和平科技股份有限公司、北京中电华大电子设计有限责任公司、北京中广瑞波科技股份有限公司、楚天龙股份有限公司、恒宝股份有限公司 目录 1行业背景与挑战.................................................................62技术目标与设计原则.............................................................63整体架构与状态模型.............................................................74密码学基础.....................................................................85核心流程：配对与互认证.........................................................96命令格式与交互协议............................................................137安全机制：重试、锁定与会话保护................................................138MEP多配置文件模式适配.........................................................159典型异常场景与处置............................................................1610产业价值与展望...............................................................18 1行业背景与挑战 1.1eSIM技术的产业演进 eSIM是将传统可插拔SIM卡的功能嵌入到设备中的一种新型解决方案。通过eUICC（嵌入式通用集成电路卡）芯片承载，可实现配置文件（Profile）的远程下载、激活与切换，无需更换实体卡片。这一技术正在被广泛应用于智能手机、可穿戴设备、车载终端、工业物联网模组、智能电表、共享设备等场景。 根据GSMA及主要市场调研机构的判断，eSIM正在从消费电子向更大规模的物联网与车联网市场加速渗透。eSIM的普及一方面提升了终端设计的灵活性和用户体验，另一方面也对产业链的安全管控能力提出了更高要求。 1.2eSIM带来的新安全风险 传统SIM卡是一种独立的物理实体，用户对卡片的“持有”即是网络接入身份的最直接体现。而eSIM在便利化的同时，也带来了几类新的安全风险： ——eUICC被非法移植：攻击者可能将一台合法设备中的eUICC芯片取出并焊接到另一台未授权设备中，从而以原用户身份接入网络。——设备被非法更换eUICC：攻击者可能在已被合法激活的设备上更换eUICC，以绕过设备认证策略（如定制设备、补贴机等）。——批量盗用与黑灰产风险：未做配对的eUICC在二手流通环节存在被恶意提取、复用的风险，影响产业相关方和合规企业用户的资产安全。 上述风险均直接威胁到“机”与“卡”之间应有的对应关系。要真正构建可信的eSIM生态，必须从协议层面建立机卡之间的强认证能力。 2技术目标与设计原则 2.1总体目标 本方案的目标是在eUICC与设备之间建立一种基于密码学协议的双向锁定关系，使得： ——一旦配对完成，设备与eUICC形成唯一对应关系，任何一方被替换均无法通过认证。——已配对的eUICC接入其他设备时，新设备无法通过互认证，eUICC拒绝提供网络认证服务。——已配对的设备接入其他eUICC时，设备识别该卡非原对应卡，拒绝完成配对或互认证流程。——配对过程在终端出厂前完成，不依赖联网或在线服务器，具备良好的离线可用性。 2.2设计原则 方案遵循以下设计原则： ——标准密码学算法优先：采用业界广泛认可的ECDH、AES等标准算法，避免私有密码学。——最小信任假设：不依赖在线的可信第三方，仅依赖出厂前的一次性配对过程。——流程对称简洁：配对与互认证流程在结构上保持高度对称，便于芯片实现与互通测试。——可配置可灰度：eSIMLock功能在生产阶段可配置开关，便于业务管理方按场景灵活启用。——通信层与安全层解耦：将Modem超时等通信问题与密码学验证失败明确区分，避免误锁定。——设备侧密钥安全存储：设备侧对协商密钥Ks的存储安全等级直接决定了整体方案的安全基线。设计上要求设备侧具备硬件级或TEE级的密钥保护能力，作为启用eSIMLock功能的前提条件之一。 3整体架构与状态模型 3.1通信通道 方案在不改动现有终端-eUICC接口的基础上，复用SIM Toolkit（STK）机制中的GETINPUT主动命令，承载配对与互认证所需的APDU数据交换。设备完成上电与初始化后，eUICC通过GETINPUT主动向设备发起请求，设备通过TerminalResponse应答，构成完整的双向交互。 3.2状态定义 3.3状态矩阵与预期行为 设备与eUICC的状态组合决定了系统应执行的下一步动作。预期行为如下： 4密码学基础 4.1非对称算法 方案采用基于椭圆曲线的密钥协商算法ECKA，选用NISTP-256曲线（ECC256-bit），实现方式为ECDH（椭圆曲线Diffie-Hellman）。密钥协商的形式化表达为： SS=ECKA(SK,PK)=SK×PK 其中SS为协商生成的共享密钥，SK为己方私钥，PK为对方公钥，×表示NISTP-256曲线上的标量点乘运算。eUICC与设备各自生成临时密钥对（otSK/otPK），交换公钥后双方都可独立计算出同一个共享密钥SS。 4.2对称算法 方案采用AES-128-CCM（Counter with CBC-MAC）作为认证加密算法（参见NIST SP800-38C），同时提供数据机密性、完整性与来源认证性。 CCM由CTR模式（加密）与CBC-MAC（认证）组合而成，均为eUICC芯片的标准硬件加速能力，与GlobalPlatformSCP03的密码学栈完全一致，具备最广泛的智能卡平台兼容性。 Nonce：长度为12字节（96-bit），对应CCM格式参数q=3，支持最大消息长度2²⁴-1字节，满足本方案需求。每次会话的Nonce必须唯一，禁止重复使用，推荐由安全随机数发生器直接生成12字节随机值。eUICC侧和设备侧分别独立生成各自的Nonce（即nonce_icc和nonce_dev）。 认证标签（Tag）：长度为16字节（128-bit），取最高认证强度。CCM运算完成后，Tag附加在密文之后一并传输。接收方在解密前必须首先验证Tag，Tag验证失败时应终止当前会话且不递减重试计数器（详见第7.2节）。 明文：本方案中CCM加密的明文为16字节挑战值random。 附加认证数据（AAD）：将1字节会话方向标识作为AAD输入CCM运算（0x01表示Device→eUICC，0x02表示eUICC→Device），用于防止反射攻击。AAD不被加密，仅纳入认证标签计算。 4.3共享密钥的产生 配对阶段，双方通过ECDH协商出共享秘密SS后，取其前16字节作为对称密钥Ks： Ks=SS[0:16] 此Ks同时用于AES-CCM运算中的加密与认证标签生成（CCM模式内部使用同一密钥完成CTR加密和CBC-MAC计算），在配对成功后由eUICC和设备分别持久化保存，作为后续每次互认证流程的唯一密钥。此处“持久化保存”指将Ks写入非易失性安全存储区域（如eUICC侧的NVM、设备侧的SE/TEE安全存储），确保掉电后数据不丢失。Ks在eUICC和设备中长期有效。 设备侧应将Ks存储于安全环境中（如SE、TEE、安全芯片或硬件级密钥存储区），禁止以明文形式存储于普通文件系统或可被应用层访问的存储区域。若设备不具备上述安全存储能力，则应在产品安全评估中明确标注为已知风险，并由业务管理方根据业务场景决定是否启用eSIMLock功能。 4.4共享密钥的归属与生命周期 Ks的存储层级与Profile的关系是本方案在多Profile场景下的核心设计决策，明确如下： Ks归 属 于eUICC平 台 级 （ISD-R层 ） ， 而 非 某 个 具 体Profile。 这 意 味 着Ks独 立 于Profile的启用/禁用/删除/下载操作，在eUICC的整个配对生命周期内持续有效。 设计理由：配对关系的本质是设备硬件与eUICC芯片之间的物理配对，而非设备与某个Profile之间的逻辑配对。将Ks关联到Profile层会导致以下问题：Profile切换时需要重新配对或多次配对，增加流程复杂度并暴露更多攻击面；Profile被删除后配对关系失效，与“防止eUICC物理移植”的安全目标相矛盾。 GETINPUT的发起上下文：虽然GETINPUT命令在协议层上是由当前EnabledProfile的STKApplet发起，但配对/互认证的逻辑实体应为eUICC平台级安全模块。建议的实