将安全元件连接到移动网络运营商的网络的方法及相应的安全元件
1.本发明涉及电信，并且提出了藉由临时imsi（ephemeral imsi，e
‑
imsi）将与装置协作的安全元件连接到mno（移动网络运营商）的网络的方法。
2.本发明与wo 2018/141896中描述的方法相关，wo 2018/141896描述了通过仅使用信令消息将现有订阅配置文件从mno传输到蜂窝电信网络中的安全元件的方法。wo 2018/141896中描述的发明的目的是要不收取装置所有者或mno支付的费用。
3.在传统的蜂窝电信网络中，诸如uicc、e
‑
uicc（嵌入式uicc）或i
‑
uicc（集成在装置芯片中的uicc）之类的安全元件与装置协作。装置可以是手机、智能手机、平板电脑、手表等。安全元件包括订阅配置文件（程序、文件、密钥、文件结构等），其允许订户接入与mno网络的通信。在装置开机时，它连接到该mno的基站，以便访问互联网、处理呼叫等。
4.然而，在某些情况下，例如在m2m域（机器到机器）或iot（物联网）中，安全元件不包含任何mno订阅。它只能包括引导应用程序、imsi（国际移动订户标识）和密钥ki。这种情况允许例如装置的用户在多个运营商当中选择mno。当引导mno在国外时，此解决方案在配置文件下载期间会导致漫游成本。
5.wo 2018/141896提出了使用在安全元件与服务器之间交换的经修改的标准化信令消息，以便远程（在空中）配置该安全元件而不会产生任何漫游成本。
6.临时imsi（e
‑
imsi）是mcc/mnc（移动国家代码/移动网络代码）是能够向安全元件提供第二imsi（最终或永久imsi）的第一mno的那些的第一imsi。该第一mno藉由跟在imsi中的mcc/mnc代码之后的msin（移动订户标识号）的内容（imsi=mcc mno msin）来识别安全元件希望获得永久imsi。为此，第一mno将一系列imsi赋予系统的运营商，该运营商将永久imsi和相关凭证赋予包含e
‑
imsi的安全元件。当最终mno与赋予临时imsi的mno相同时，就是这种情况。如果mno不同，则系统的运营商必须用最终imsi和相关凭证来更新最终mno的hlr。
7.因此，基本思想是安全元件在第一次连接时在空中检索要使用的订阅（imsi和相关凭证），从而避免与地理约束相关的任何预提供阶段。
8.为此，该系统使用临时imsi，其目标是要通过服务plmn（公共陆地移动网络）的信令被路由到d
‑
hlr（发现归属位置寄存器），hlr代理负责使用认证请求l3消息的某些字段来下载装置安全元件中的相关（且永久的）imsi/ki。
9.l3是gsm信令协议，分为三个子层：
‑ꢀ
无线电资源管理，其要控制无线电和固定信道的设立、维护和终止，包括切换；
‑ꢀ
移动性管理，其要管理位置更新和注册程序，以及安全性和认证；以及
‑ꢀ
连接管理，其要处理一般呼叫控制并管理补充服务和短消息服务。
10.在第一次开启时，与包括e
‑
imsi的安全元件协作的装置将在执行3gpp网络选择程序后首先找到服务网络，并使用它来注册由服务网络路由到d
‑
hlr的其e
‑
imsi，通过用包含imsi/ki的认证令牌挑战该装置来对此做出响应。安全元件解码imsi/ki并中止认证。正在进行的注册然后也被中止。
11.然而，在第一个服务网络（vplmn
‑
访问plmn）不是与最终订阅相对应的网络的情况下，该第一个服务网络没有特别的兴趣来帮助免费下载竞争对手的订阅。因此可能发生的是，某些服务网络可能会尝试避免在其自己的资源上提供。
12.在这种情况下，服务网络的较低成本是要检测e
‑
imsi特异性（例如：给定mcc/mnc、e
‑
imsi的范围）并且只是不回应呈现此类e
‑
imsi的任何注册请求。技术问题是，在这种情况下，终端会一次又一次地尝试连接到这个网络，而网络不会转发它的请求。这样就不可能用永久imsi（第二个imsi）替换e
‑
imsi（第一个imsi）。
13.当e
‑
imsi未加密时，这种基于e
‑
imsi的检测非常容易。在5g中，当使用imsi（以及更普遍的supi）加密来保护用户隐私时，要注意的是，这种检测仍然是可能的，因为mcc和mnc代码以及路由指示符是以明文提供给服务网络（第一个选择的网络），以将加密的订阅标识（加密的e
‑
imsi）路由到归属网络（第一mno）。
14.因此，如果mno检测到具有相同mcc/mnc代码和路由指示符的许多注册请求被其网络路由，并且在此路由之后没有任何事情发生（终端沉默），则该mno可以阻止具有此类属性的所有新的连接请求尝试。
15.本发明提出了对该问题的解决方案。
16.更准确地说，本发明提出了检测mno拒绝机制（来自第一个选择的网络）并将可以路由安全元件的另一网络上的终端移动到能够为其提供永久imsi的第一mno的网络。
17.就此而言，本发明提出了藉由称为第一imsi的临时imsi（e
‑
imsi）来将与装置协作的安全元件连接到第一移动网络运营商的网络的方法，第一imsi存储在安全元件中，以便从第一移动网络运营商获得称为第二imsi的另一imsi（t
‑
imsi），该方法包括：a
‑
装置在执行3gpp网络选择程序之后选择无线电服务网络（vplmn），称为第一个选择的网络，第一个选择的网络未列在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；b
‑
装置向第一个选择的网络发送包括第一imsi（e
‑
imsi）的注册请求消息；c
‑
如果第一个选择的网络（vplmn）没有将该消息路由到第一移动网络运营商的网络，则停止尝试注册到第一个选择的网络（vplmn）并将第一个选择的网络（vplmn）的mcc/mnc代码放在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；d
‑
装置用3gpp网络选择程序搜索另一网络以进行注册；e
‑
重复步骤a到d，直到网络将第一imsi（e
‑
imsi）路由到了第一移动网络运营商的网络。
18.安全元件优选地是e
‑
uicc或i
‑
uicc。
19.有利地，在步骤a到e不允许安全元件获得第二imsi（t
‑
imsi）的情况下，本发明提出向具有与第一imsi（e
‑
imsi）不同的mnc或不同的mcc代码的漫游中枢移动网络运营商合作伙伴发送包括所述不同的mnc或不同的mcc代码的注册请求消息。
20.本发明还涉及包括软件的安全元件，软件包括用于执行以下步骤的指令，所述步骤用于藉由称为第一imsi的临时imsi（e
‑
imsi）来将与装置协作的安全元件连接到第一移动网络运营商的网络，第一imsi存储在安全元件中，以便从第一移动网络运营商获得称为第二imsi的另一imsi（t
‑
imsi），所述步骤包括：a
‑
装置在执行3gpp网络选择程序之后选择无线电服务网络（vplmn），称为第一个选择的网络，第一个选择的网络未列在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；
b
‑
装置向第一个选择的网络发送包括第一imsi（e
‑
imsi）的注册请求消息；c
‑
如果第一个选择的网络（vplmn）没有将该消息路由到第一移动网络运营商的网络，则停止尝试注册到第一个选择的网络（vplmn）并将第一个选择的网络（vplmn）的mcc/mnc代码放在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；d
‑
装置用3gpp网络选择程序搜索另一网络以进行注册；e
‑
重复步骤a到d，直到网络将第一imsi（e
‑
imsi）路由到了第一移动网络运营商的网络。
21.通过阅读接下来对本发明的优选实施方式的描述，将更好地理解本发明。
22.根据本发明，像uicc、e
‑
uicc或i
‑
uicc之类的安全元件包含称为第一imsi的临时imsi（e
‑
imsi）。该安全元件与装置协作，所述装置像是例如m2m装置或智能手机。
23.e
‑
imsi的目的是要用于将安全元件连接到第一移动网络运营商的网络，以便从该第一移动网络运营商获得另一imsi（t
‑
imsi），称为第二imsi。
24.在wo 2018/141896中，这对应于图8的步骤61：d
‑
hss接收e
‑
imsi并查找相应的t
‑
imsi以发回给安全元件。然后，安全元件可以使用该t
‑
imsi来附接到具有相应mcc/mnc代码的mno网络。
25.3gpp的规范ts 23.122解释了安全元件在其装置首次开机时要执行的网络选择程序中的许多步骤（国际漫游、国内漫游、是否使用oplmn（运营商控制的plmn）等等）。
26.本发明提出与安全元件协作的装置在执行了3gpp网络选择程序之后选择无线电服务网络（vplmn——访问plmn），称为第一个选择的网络。第一个选择的网络当然没有列在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中。
27.在该选择之后，装置向第一个选择的网络发送包括第一imsi（e
‑
imsi）的注册请求消息。
28.如果第一个选择的网络没有将该消息路由到第一移动网络运营商的网络，则该装置将停止尝试注册到第一个选择的网络，并将该第一个选择的网络的mcc/mnc代码放在安全元件的fplmn列表中，并且装置将用3gpp网络选择程序搜索另一网络以进行注册。
29.重复这些不同的步骤，直到网络将第一imsi路由到了第一移动网络运营商的网络。
30.因此，该方法允许扫描所有可用的网络，直到这些网络之一接受将包含第一imsi（e
‑
imsi）的注册请求消息路由到第一mno的网络。
31.当vplmn检测到了e
‑
imsi用于通过这些vplmn的网络免费获得t
‑
imsi时，vplmn可实施不同的方法以便不将注册请求消息路由到其目的地（第一mno）。例如：
‑ꢀ
因网络错误原因（例如网络繁忙）拒绝注册请求；
‑ꢀ
不回应注册请求消息；
‑ꢀ
提供假令牌；
‑ꢀ
或者一般来说，以较低的成本撤销该程序的任何策略。
32.为了确保至少一个网络将会将这个注册请求消息路由到第一mno的网络，提出了通过可用网络向具有与第一imsi（e
‑
imsi）不同的mnc或不同的mcc代码的漫游中枢移动网络运营商合作伙伴发送包括这些不同的mnc或不同的mcc代码的注册请求消息（在此步骤之前进行fplmn清理，以允许该装置连接到可用网络）。
33.漫游中枢移动网络运营商合作伙伴是与所有全球运营商（像是例如摩纳哥电信
™
（monaco telecom
™
））具有漫游协议的mno。这确保了即使所有可用的mno都拒绝了包含e
‑
imsi的注册请求消息，该安全元件也将能够连接到该漫游中枢移动网络运营商合作伙伴。
34.例如，摩纳哥电信随后将接收注册请求消息，查找msin字段，于是检测到该安全元件请求第二imsi（为获得第二imsi（t
‑
imsi）的目的而保留的msin）并将该第二imsi发送给该装置。然后用摩纳哥电信的mcc/mnc代码来替换第一mno的mcc/mnc代码（这些摩纳哥电信的mcc/mnc代码存储在安全元件的存储器中）。
35.漫游中枢mno合作伙伴imsi，如rh_imsi，不需要被多样化。它对应于如果没有任何一个服务器网络接受转发该e
‑
imsi则可以使用的备用imsi。
36.在本发明中，oplmn可以留空。
37.本发明还涉及包括软件的安全元件，软件包括用于执行以下步骤的指令，所述步骤用于藉由称为第一imsi的临时imsi（e
‑
imsi）来将与装置协作的安全元件连接到第一移动网络运营商的网络，第一imsi存储在安全元件中，以便从第一移动网络运营商获得称为第二imsi的另一imsi（t
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imsi），这些步骤包括：a
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装置在执行3gpp网络选择程序之后选择无线电服务网络，称为第一个选择的网络，第一个选择的网络未列在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；b
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装置向第一个选择的网络发送包括第一imsi（e
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imsi）的注册请求消息；c
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如果第一个选择的网络没有将该消息路由到第一移动网络运营商的网络，则停止尝试注册到第一个选择的网络并将第一个选择的网络的mcc/mnc代码放在安全元件的禁止vplmn列表中；d
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装置用3gpp网络选择程序搜索另一网络以进行注册；e
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重复步骤a到d，直到网络将第一imsi路由到了第一移动网络运营商的网络。
38.优选地，安全元件存储漫游中枢mno合作伙伴的mcc/mnc代码，并且在步骤a到e不允许安全元件获得第二imsi（t
‑
imsi）的情况下，将包括这些mcc/mnc代码的注册请求消息发送到可用的mno网络。在此步骤之前进行fplmn清理，以允许该装置连接到可用网络。
1.本发明涉及电信，并且提出了藉由临时imsi（ephemeral imsi，e
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imsi）将与装置协作的安全元件连接到mno（移动网络运营商）的网络的方法。
2.本发明与wo 2018/141896中描述的方法相关，wo 2018/141896描述了通过仅使用信令消息将现有订阅配置文件从mno传输到蜂窝电信网络中的安全元件的方法。wo 2018/141896中描述的发明的目的是要不收取装置所有者或mno支付的费用。
3.在传统的蜂窝电信网络中，诸如uicc、e
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uicc（嵌入式uicc）或i
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uicc（集成在装置芯片中的uicc）之类的安全元件与装置协作。装置可以是手机、智能手机、平板电脑、手表等。安全元件包括订阅配置文件（程序、文件、密钥、文件结构等），其允许订户接入与mno网络的通信。在装置开机时，它连接到该mno的基站，以便访问互联网、处理呼叫等。
4.然而，在某些情况下，例如在m2m域（机器到机器）或iot（物联网）中，安全元件不包含任何mno订阅。它只能包括引导应用程序、imsi（国际移动订户标识）和密钥ki。这种情况允许例如装置的用户在多个运营商当中选择mno。当引导mno在国外时，此解决方案在配置文件下载期间会导致漫游成本。
5.wo 2018/141896提出了使用在安全元件与服务器之间交换的经修改的标准化信令消息，以便远程（在空中）配置该安全元件而不会产生任何漫游成本。
6.临时imsi（e
‑
imsi）是mcc/mnc（移动国家代码/移动网络代码）是能够向安全元件提供第二imsi（最终或永久imsi）的第一mno的那些的第一imsi。该第一mno藉由跟在imsi中的mcc/mnc代码之后的msin（移动订户标识号）的内容（imsi=mcc mno msin）来识别安全元件希望获得永久imsi。为此，第一mno将一系列imsi赋予系统的运营商，该运营商将永久imsi和相关凭证赋予包含e
‑
imsi的安全元件。当最终mno与赋予临时imsi的mno相同时，就是这种情况。如果mno不同，则系统的运营商必须用最终imsi和相关凭证来更新最终mno的hlr。
7.因此，基本思想是安全元件在第一次连接时在空中检索要使用的订阅（imsi和相关凭证），从而避免与地理约束相关的任何预提供阶段。
8.为此，该系统使用临时imsi，其目标是要通过服务plmn（公共陆地移动网络）的信令被路由到d
‑
hlr（发现归属位置寄存器），hlr代理负责使用认证请求l3消息的某些字段来下载装置安全元件中的相关（且永久的）imsi/ki。
9.l3是gsm信令协议，分为三个子层：
‑ꢀ
无线电资源管理，其要控制无线电和固定信道的设立、维护和终止，包括切换；
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移动性管理，其要管理位置更新和注册程序，以及安全性和认证；以及
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连接管理，其要处理一般呼叫控制并管理补充服务和短消息服务。
10.在第一次开启时，与包括e
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imsi的安全元件协作的装置将在执行3gpp网络选择程序后首先找到服务网络，并使用它来注册由服务网络路由到d
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hlr的其e
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imsi，通过用包含imsi/ki的认证令牌挑战该装置来对此做出响应。安全元件解码imsi/ki并中止认证。正在进行的注册然后也被中止。
11.然而，在第一个服务网络（vplmn
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访问plmn）不是与最终订阅相对应的网络的情况下，该第一个服务网络没有特别的兴趣来帮助免费下载竞争对手的订阅。因此可能发生的是，某些服务网络可能会尝试避免在其自己的资源上提供。
12.在这种情况下，服务网络的较低成本是要检测e
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imsi特异性（例如：给定mcc/mnc、e
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imsi的范围）并且只是不回应呈现此类e
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imsi的任何注册请求。技术问题是，在这种情况下，终端会一次又一次地尝试连接到这个网络，而网络不会转发它的请求。这样就不可能用永久imsi（第二个imsi）替换e
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imsi（第一个imsi）。
13.当e
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imsi未加密时，这种基于e
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imsi的检测非常容易。在5g中，当使用imsi（以及更普遍的supi）加密来保护用户隐私时，要注意的是，这种检测仍然是可能的，因为mcc和mnc代码以及路由指示符是以明文提供给服务网络（第一个选择的网络），以将加密的订阅标识（加密的e
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imsi）路由到归属网络（第一mno）。
14.因此，如果mno检测到具有相同mcc/mnc代码和路由指示符的许多注册请求被其网络路由，并且在此路由之后没有任何事情发生（终端沉默），则该mno可以阻止具有此类属性的所有新的连接请求尝试。
15.本发明提出了对该问题的解决方案。
16.更准确地说，本发明提出了检测mno拒绝机制（来自第一个选择的网络）并将可以路由安全元件的另一网络上的终端移动到能够为其提供永久imsi的第一mno的网络。
17.就此而言，本发明提出了藉由称为第一imsi的临时imsi（e
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imsi）来将与装置协作的安全元件连接到第一移动网络运营商的网络的方法，第一imsi存储在安全元件中，以便从第一移动网络运营商获得称为第二imsi的另一imsi（t
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imsi），该方法包括：a
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装置在执行3gpp网络选择程序之后选择无线电服务网络（vplmn），称为第一个选择的网络，第一个选择的网络未列在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；b
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装置向第一个选择的网络发送包括第一imsi（e
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imsi）的注册请求消息；c
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如果第一个选择的网络（vplmn）没有将该消息路由到第一移动网络运营商的网络，则停止尝试注册到第一个选择的网络（vplmn）并将第一个选择的网络（vplmn）的mcc/mnc代码放在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；d
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装置用3gpp网络选择程序搜索另一网络以进行注册；e
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重复步骤a到d，直到网络将第一imsi（e
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imsi）路由到了第一移动网络运营商的网络。
18.安全元件优选地是e
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uicc或i
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uicc。
19.有利地，在步骤a到e不允许安全元件获得第二imsi（t
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imsi）的情况下，本发明提出向具有与第一imsi（e
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imsi）不同的mnc或不同的mcc代码的漫游中枢移动网络运营商合作伙伴发送包括所述不同的mnc或不同的mcc代码的注册请求消息。
20.本发明还涉及包括软件的安全元件，软件包括用于执行以下步骤的指令，所述步骤用于藉由称为第一imsi的临时imsi（e
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imsi）来将与装置协作的安全元件连接到第一移动网络运营商的网络，第一imsi存储在安全元件中，以便从第一移动网络运营商获得称为第二imsi的另一imsi（t
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imsi），所述步骤包括：a
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装置在执行3gpp网络选择程序之后选择无线电服务网络（vplmn），称为第一个选择的网络，第一个选择的网络未列在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；
b
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装置向第一个选择的网络发送包括第一imsi（e
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imsi）的注册请求消息；c
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如果第一个选择的网络（vplmn）没有将该消息路由到第一移动网络运营商的网络，则停止尝试注册到第一个选择的网络（vplmn）并将第一个选择的网络（vplmn）的mcc/mnc代码放在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；d
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装置用3gpp网络选择程序搜索另一网络以进行注册；e
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重复步骤a到d，直到网络将第一imsi（e
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imsi）路由到了第一移动网络运营商的网络。
21.通过阅读接下来对本发明的优选实施方式的描述，将更好地理解本发明。
22.根据本发明，像uicc、e
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uicc或i
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uicc之类的安全元件包含称为第一imsi的临时imsi（e
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imsi）。该安全元件与装置协作，所述装置像是例如m2m装置或智能手机。
23.e
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imsi的目的是要用于将安全元件连接到第一移动网络运营商的网络，以便从该第一移动网络运营商获得另一imsi（t
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imsi），称为第二imsi。
24.在wo 2018/141896中，这对应于图8的步骤61：d
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hss接收e
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imsi并查找相应的t
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imsi以发回给安全元件。然后，安全元件可以使用该t
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imsi来附接到具有相应mcc/mnc代码的mno网络。
25.3gpp的规范ts 23.122解释了安全元件在其装置首次开机时要执行的网络选择程序中的许多步骤（国际漫游、国内漫游、是否使用oplmn（运营商控制的plmn）等等）。
26.本发明提出与安全元件协作的装置在执行了3gpp网络选择程序之后选择无线电服务网络（vplmn——访问plmn），称为第一个选择的网络。第一个选择的网络当然没有列在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中。
27.在该选择之后，装置向第一个选择的网络发送包括第一imsi（e
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imsi）的注册请求消息。
28.如果第一个选择的网络没有将该消息路由到第一移动网络运营商的网络，则该装置将停止尝试注册到第一个选择的网络，并将该第一个选择的网络的mcc/mnc代码放在安全元件的fplmn列表中，并且装置将用3gpp网络选择程序搜索另一网络以进行注册。
29.重复这些不同的步骤，直到网络将第一imsi路由到了第一移动网络运营商的网络。
30.因此，该方法允许扫描所有可用的网络，直到这些网络之一接受将包含第一imsi（e
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imsi）的注册请求消息路由到第一mno的网络。
31.当vplmn检测到了e
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imsi用于通过这些vplmn的网络免费获得t
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imsi时，vplmn可实施不同的方法以便不将注册请求消息路由到其目的地（第一mno）。例如：
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因网络错误原因（例如网络繁忙）拒绝注册请求；
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不回应注册请求消息；
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提供假令牌；
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或者一般来说，以较低的成本撤销该程序的任何策略。
32.为了确保至少一个网络将会将这个注册请求消息路由到第一mno的网络，提出了通过可用网络向具有与第一imsi（e
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imsi）不同的mnc或不同的mcc代码的漫游中枢移动网络运营商合作伙伴发送包括这些不同的mnc或不同的mcc代码的注册请求消息（在此步骤之前进行fplmn清理，以允许该装置连接到可用网络）。
33.漫游中枢移动网络运营商合作伙伴是与所有全球运营商（像是例如摩纳哥电信
™
（monaco telecom
™
））具有漫游协议的mno。这确保了即使所有可用的mno都拒绝了包含e
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imsi的注册请求消息，该安全元件也将能够连接到该漫游中枢移动网络运营商合作伙伴。
34.例如，摩纳哥电信随后将接收注册请求消息，查找msin字段，于是检测到该安全元件请求第二imsi（为获得第二imsi（t
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imsi）的目的而保留的msin）并将该第二imsi发送给该装置。然后用摩纳哥电信的mcc/mnc代码来替换第一mno的mcc/mnc代码（这些摩纳哥电信的mcc/mnc代码存储在安全元件的存储器中）。
35.漫游中枢mno合作伙伴imsi，如rh_imsi，不需要被多样化。它对应于如果没有任何一个服务器网络接受转发该e
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imsi则可以使用的备用imsi。
36.在本发明中，oplmn可以留空。
37.本发明还涉及包括软件的安全元件，软件包括用于执行以下步骤的指令，所述步骤用于藉由称为第一imsi的临时imsi（e
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imsi）来将与装置协作的安全元件连接到第一移动网络运营商的网络，第一imsi存储在安全元件中，以便从第一移动网络运营商获得称为第二imsi的另一imsi（t
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imsi），这些步骤包括：a
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装置在执行3gpp网络选择程序之后选择无线电服务网络，称为第一个选择的网络，第一个选择的网络未列在安全元件的禁止vplmn列表（fplmn）中；b
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装置向第一个选择的网络发送包括第一imsi（e
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imsi）的注册请求消息；c
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如果第一个选择的网络没有将该消息路由到第一移动网络运营商的网络，则停止尝试注册到第一个选择的网络并将第一个选择的网络的mcc/mnc代码放在安全元件的禁止vplmn列表中；d
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装置用3gpp网络选择程序搜索另一网络以进行注册；e
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重复步骤a到d，直到网络将第一imsi路由到了第一移动网络运营商的网络。
38.优选地，安全元件存储漫游中枢mno合作伙伴的mcc/mnc代码，并且在步骤a到e不允许安全元件获得第二imsi（t
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imsi）的情况下，将包括这些mcc/mnc代码的注册请求消息发送到可用的mno网络。在此步骤之前进行fplmn清理，以允许该装置连接到可用网络。
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