Cơ chế OTA SIM (Over-The-Air SIM Management) — Tài liệu kỹ thuật tổng hợp

Tham chiếu chuẩn: ETSI TS 102.225 (Secured Packet), ETSI TS 102.226 (Remote APDU), 3GPP TS 31.115 / TS 31.116, GlobalPlatform Amendment B, GSMA SGP.21/22 (eSIM RSP)

1. Tổng quan

OTA SIM là cơ chế nhà mạng quản lý, cập nhật dữ liệu/applet trên SIM (UICC) từ xa mà không cần thay SIM vật lý — dùng để cập nhật danh bạ mạng, cấu hình STK menu, cài/gỡ applet Java Card, cập nhật khoá bảo mật, v.v.

2. Các thành phần liên quan

┌─────────────────┐   SMPP/HTTP   ┌─────────┐         SMS-PP/CAT_TP        ┌─────────┐
│  OTA Platform    │──────────────►│  SMSC   │──────────────────────────────►│  UICC   │
│ (Remote Provi-   │               │         │      (qua hạ tầng MO/MT-SMS   │ (SIM)   │
│  sioning Server) │◄──────────────│         │◄──────────────────────────────│         │
└─────────┬─────────┘               └─────────┘        chuẩn)                 └─────────┘
          │
          ▼
   ┌─────────────┐
   │ OTA Key DB   │  ← lưu KIc/KID/TAR/Counter riêng theo từng ICCID/IMSI
   └─────────────┘

• OTA Platform: hệ thống của nhà mạng (thường gắn với SIM vendor hoặc trung tâm cấp phát), sinh lệnh và mã hoá bằng khoá OTA riêng của từng SIM.
• SMSC: chỉ đóng vai trò bearer trung gian — coi bản tin OTA như một SMS bình thường, không hiểu nội dung bên trong.
• UICC: có Security Domain chứa khoá OTA (KIc, KID) và Toolkit Applet đích (định danh bằng TAR) để thực thi lệnh.

3. Cấu trúc gói tin OTA (theo TS 102.225)

SMS TPDU
 ├─ TP-PID   = "SIM Data Download"    ← đánh dấu đây là bản tin cho SIM, không phải cho user
 ├─ TP-DCS   = Class 2                ← Class 2 = SIM-specific, KHÔNG vào Inbox, chặn ở baseband
 └─ TP-UD (User Data)
      └─ Command Packet (Secured Packet)
           ├─ CPL / CHL          : độ dài gói/header
           ├─ SPI                : chỉ định chế độ mã hoá + có yêu cầu PoR (Proof of Receipt) không
           ├─ KIc                : chỉ định thuật toán + khoá dùng để CIPHER (DES/3DES/AES)
           ├─ KID                : chỉ định thuật toán + khoá dùng để AUTHENTICATE (CC/DS)
           ├─ TAR (3 byte)       : định danh Applet/Security Domain đích trên SIM
           ├─ CNTR (Counter)     : chống replay — phải tăng dần theo từng bản tin
           ├─ PCNTR              : padding counter
           ├─ RC/CC/DS           : Redundancy Check / Cryptographic Checksum / Digital Signature
           └─ Secured Data       : APDU command đã mã hoá (payload thực sự)

4. Luồng đầy đủ trên mạng lưới (Push mode — SMS-PP)

 OTA Platform      SMSC          HLR/HSS      MSC/VLR         MME          eNodeB         UE(baseband)      UICC
      │              │              │             │             │             │                │              │
      │1.Tạo lệnh OTA│              │             │             │             │                │              │
      │ mã hoá bằng  │              │             │             │             │                │              │
      │ KIc/KID của  │              │             │             │             │                │              │
      │ SIM đích     │              │             │             │             │                │              │
      │──SMPP───────►│              │             │             │             │                │              │
      │  (SMS-PP MT, │              │             │             │             │                │              │
      │  Class2,     │              │             │             │             │                │              │
      │  TP-PID=SIM  │              │             │             │             │                │              │
      │  Data DL)    │              │             │             │             │                │              │
      │              │2.MAP SRI-SM  │             │             │             │                │              │
      │              │─────────────►│             │             │             │                │              │
      │              │◄─────────────│             │             │             │                │              │
      │              │3.MAP MT-ForwardSM          │             │             │                │              │
      │              │────────────────────────────►│             │             │                │              │
      │              │              │             │4.SGsAP-DL-  │             │                │              │
      │              │              │             │ UNITDATA    │             │                │              │
      │              │              │             │────────────►│5.NAS DL     │                │              │
      │              │              │             │             │ Transport   │                │              │
      │              │              │             │             │────────────►│6.RRC/DL         │              │
      │              │              │             │             │             │───────────────►│              │
      │              │              │             │             │             │                │7.Baseband bắt│
      │              │              │             │             │             │                │ TP-DCS Class2│
      │              │              │             │             │             │                │ → KHÔNG hiện │
      │              │              │             │             │             │                │ Inbox, chuyển│
      │              │              │             │             │             │                │ thẳng SIM    │
      │              │              │             │             │             │                │──APDU───────►│
      │              │              │             │             │             │                │ ENVELOPE     │
      │              │              │             │             │             │                │ (SMS-PP DL)  │8.Verify:
      │              │              │             │             │             │                │              │ - check CNTR
      │              │              │             │             │             │                │              │ - check CC/DS
      │              │              │             │             │             │                │              │ - decrypt KIc
      │              │              │             │             │             │                │              │ 9.Route theo
      │              │              │             │             │             │                │              │ TAR → Applet
      │              │              │             │             │             │                │              │ đích thực thi
      │              │              │             │             │             │                │              │ APDU command
      │              │              │             │             │             │                │              │ (STORE DATA,
      │              │              │             │             │             │                │              │ update EF...)
      │              │              │             │             │             │                │◄──10.Response │
      │              │              │             │             │             │                │  Packet (PoR)│
      │              │              │             │             │             │                │11.SIM trigger│
      │              │              │             │             │             │                │ gửi SMS-PP MO│
      │              │              │             │             │◄────────────│◄────────────────│──────────────│
      │              │◄──MAP MO-ForwardSM (PoR)────│◄────────────│             │                │              │
      │◄──SMPP DR────│              │             │             │             │                │              │
      │12.Ghi log kết quả cập nhật (thành công/lỗi mã/lỗi counter) vào Provisioning DB           │              │

Điểm quan trọng: toàn bộ hạ tầng báo hiệu (SGsAP, S1AP, MAP, SRI-SM…) giống hệt luồng MT-SMS thông thường — OTA không cần hạ tầng riêng, chỉ khác ở TP-DCS = Class 2 và TP-PID = SIM Data Download, khiến baseband UE chặn bản tin lại và đưa cho SIM thay vì hiện lên Inbox người dùng.

5. Pull mode — CAT_TP/BIP (khi cần transfer dữ liệu lớn)

Khi payload vượt quá giới hạn ~140 byte/segment của SMS (ví dụ cập nhật applet Java Card lớn, cấu hình phức tạp):

SIM (qua STK)                    Baseband/Modem                   OTA Platform
   │  1.Nhận trigger (từ SMS-PP nhỏ, chỉ mang lệnh "hãy mở kênh")   │
   │──STK: OPEN CHANNEL─────────►│                                  │
   │                              │──PDP Context/data bearer───────►│
   │──STK: SEND DATA─────────────►│──CAT_TP hoặc TCP/HTTPS─────────►│
   │◄──STK: RECEIVE DATA──────────│◄────────────────────────────────│
   │  2.Nhận file lớn, cài đặt applet, đóng kênh                    │

→ Cơ chế này gần giống nguyên lý mà eSIM Remote SIM Provisioning (RSP – GSMA SGP.21/22) sau này kế thừa và mở rộng (dùng HTTPS thuần thay vì CAT_TP).

6. Bảo mật — 3 lớp phòng vệ

7. Bảng “ai thấy gì” trên đường truyền

→ Giống hệt nguyên lý ranh giới TP-User-Data ở SMS thường: chỉ hai đầu cuối nắm khoá (OTA Platform và chính con SIM đó) mới giải mã được nội dung lệnh, mọi node trung gian (SMSC, MSC, MME) chỉ relay theo transport layer mà không có khả năng đọc payload thật.

8. Bảng thuật ngữ (Glossary)