識(shí)別和降低系統(tǒng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，確保連接汽車的安全

作者/ Prem Kumar Arora 美高森美公司SoC產(chǎn)品營銷總監(jiān)

摘要：自動(dòng)駕駛作為汽車工業(yè)發(fā)展的又一方向，ADAS、V2V、V2X等相關(guān)技術(shù)已經(jīng)得到了一定的發(fā)展，但是，自動(dòng)駕駛的安全問題仍然未能完全解決。本文針對(duì)V2X網(wǎng)絡(luò)安全問題，介紹了硅IC生物簽名和公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)系統(tǒng)兩種解決方法。

引言

　　100多年以來，汽車工業(yè)一直是經(jīng)濟(jì)增長的推動(dòng)力。汽車工業(yè)連續(xù)開展技術(shù)變革，讓汽車成為安全、舒適和高效的交通形式。但是，到目前為止，這些都只是一點(diǎn)一點(diǎn)增加和演變，而不是革命性地大變化。隨著自動(dòng)駕駛汽車的出現(xiàn)，我們才站到了革命性變化的前沿。引領(lǐng)這種變革但不損失安全，需要從設(shè)計(jì)階段到IC層面都更密切地關(guān)注系統(tǒng)級(jí)風(fēng)險(xiǎn)及其減緩措施。

自動(dòng)駕駛面臨的挑戰(zhàn)

　　隨著這些技術(shù)的成熟，成功部署最重要的因素將是可靠性和現(xiàn)場(chǎng)性。汽車電子系統(tǒng)的歷史記錄，特別是最近的記錄問題重重。我們已經(jīng)了解了電子訪問控制系統(tǒng)的脆弱性，以及自加速汽車造成傷亡的事件。兩名“道德”黑客因演示遠(yuǎn)程訪問的脆弱性，成功控制大切諾基吉普并使其失控而登上了新聞?lì)^條。這些事件暴露了自動(dòng)駕駛潛在的挑戰(zhàn)。

　　最常見的三個(gè)威脅領(lǐng)域是：

　　1)車對(duì)車和車對(duì)基礎(chǔ)設(shè)施通信;

　　2)使用可移動(dòng)設(shè)備，U盤或MP3設(shè)備;

　　3)售后和工作站/診斷。

　　安全挑戰(zhàn)隨著與外部世界連接的每個(gè)節(jié)點(diǎn)而提升。作為V2V網(wǎng)絡(luò)的一部分，在連接的汽車中，有幾個(gè)這樣的節(jié)點(diǎn)與互聯(lián)網(wǎng)連接，或與另一臺(tái)汽車對(duì)話。在這些汽車中，必須確保與外界的通信源自經(jīng)驗(yàn)證的來源，并且在傳輸時(shí)未被更改。

　　為了確保安全，將要求設(shè)計(jì)人員從底層硬件開始，通常需要解決以下問題：

　　1)硬件完整性，預(yù)防/檢測(cè)硬件篡改;

　　2)車內(nèi)軟件和數(shù)據(jù)的完整性和真實(shí)性，任何車輛軟件未經(jīng)授權(quán)的更改必須不可行/可檢測(cè);

　　3)車內(nèi)通信的完整性和真實(shí)性，接收器必須能夠檢測(cè)出未經(jīng)授權(quán)的數(shù)據(jù)更改;

　　4)車內(nèi)通信和數(shù)據(jù)的保密性，未經(jīng)授權(quán)的保密數(shù)據(jù)傳輸或保存必須不可行;

　　5)向其它(遠(yuǎn)程)實(shí)體證明平臺(tái)完整性和真實(shí)性，證明其平臺(tái)配置的完整性和真實(shí)性的能力;

　　6)車內(nèi)數(shù)據(jù)和資源的訪問控制，實(shí)現(xiàn)利用性和良好定義的訪問。

　　挑戰(zhàn)歸納為三個(gè)主要方面：1)安全硬件，底層硬件非常安全，無法篡改，能夠形成信任根;2)設(shè)計(jì)安全，硬件上實(shí)施的設(shè)計(jì)是安全的，無法被篡改;3)數(shù)據(jù)安全，所有數(shù)據(jù)通信類型都安全可靠。

　　確保系統(tǒng)安全從確保硬件安全開始。安全受信任的硬件構(gòu)成了安全系統(tǒng)的基礎(chǔ)，它提供了必要的構(gòu)件，用于驗(yàn)證和授權(quán)通信、行動(dòng)等，對(duì)任何系統(tǒng)都是如此，但是，對(duì)V2X系統(tǒng)來說尤其重要。

確保V2X安全

　　為了實(shí)現(xiàn)可靠的V2V/V2I通信，必須確保通信來自已知來源，且在傳輸過程中未被更改。

　　為了證明真實(shí)性，信息發(fā)送者必須向接收者提供能夠驗(yàn)證的某些識(shí)別形式，以確認(rèn)信息來自正確的來源。這可以采用對(duì)稱或不對(duì)稱加密技術(shù)實(shí)現(xiàn)。

　　對(duì)V2X網(wǎng)絡(luò)來說，由于網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性和規(guī)模，通常不能使用對(duì)稱加密，而是采用不對(duì)稱加密，提供可擴(kuò)展的方法，連接網(wǎng)絡(luò)可能需要的許多節(jié)點(diǎn)。為了實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)采用私鑰，對(duì)傳輸?shù)拿總€(gè)信息簽署數(shù)字簽名。接收器采用傳輸給所有接收節(jié)點(diǎn)的相關(guān)公鑰，對(duì)這種數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證。除擴(kuò)展性比對(duì)稱加密方案好以外，采用這種方法，出錯(cuò)節(jié)點(diǎn)的更換也更容易。

　　但是這種方法帶來了另一個(gè)問題：如何確保每個(gè)節(jié)點(diǎn)使用的私鑰和公鑰是真實(shí)且未被篡改的?

　　問題第一部分的最佳可能解決方案，是采用以每個(gè)器件制造工藝中微小的物理變化為基礎(chǔ)的硅IC生物簽名。這些工藝變化永遠(yuǎn)不可能相同，無法被克隆，也沒有兩個(gè)IC具有相同的工藝變化，從而為每個(gè)器件提供了唯一的簽名。這種簽名被稱為物理不可克隆功能(PUF)。除不可克隆之外，基于PUF的密鑰通常是在原子級(jí)別實(shí)現(xiàn)的，還很難被黑客提取。IC可以基于幾種物理因素定義的PUF，如存儲(chǔ)元件、邏輯延遲和電阻。基于SRAM的IC利用SRAM單元唯一的隨機(jī)啟動(dòng)狀態(tài)產(chǎn)生私鑰，由于該單元的狀態(tài)在關(guān)機(jī)時(shí)被擦除，因此更為安全。

　　問題的第二部分可通過公鑰基礎(chǔ)設(shè)施(PKI)解決。PKI是創(chuàng)建、儲(chǔ)存和分配數(shù)字證書的系統(tǒng)，該數(shù)字證書用于驗(yàn)證特定公鑰屬于某一實(shí)體。PKI創(chuàng)建映射實(shí)體公鑰的數(shù)字證書，將這些證書安全地儲(chǔ)存在中央儲(chǔ)存庫內(nèi)，不需要時(shí)將它們廢除。

　　在PKI系統(tǒng)中，認(rèn)證機(jī)構(gòu)(CA)利用自己的私鑰對(duì)其公鑰簽署數(shù)字簽名，對(duì)所有節(jié)點(diǎn)進(jìn)行認(rèn)證。最常見的公鑰認(rèn)證格式是X.509。當(dāng)一個(gè)設(shè)備傳輸用其私鑰簽署數(shù)字簽名信息時(shí)，該信息可采用該設(shè)備的公鑰驗(yàn)證。該設(shè)備還可以將其X.509證書發(fā)送給接收其信息的所有節(jié)點(diǎn)，使得它們都擁有其公鑰。X.509證書，包括設(shè)備的公鑰，也都可以采用CA事先放在所有節(jié)點(diǎn)且本質(zhì)受信任的公鑰在接收器處進(jìn)行驗(yàn)證。采用這種方案，由于發(fā)射器采用的簽名可以由接收器驗(yàn)證，因此，可以建立經(jīng)過證明、基于證書的分級(jí)信任鏈。這種方案還確保容易檢測(cè)出假冒設(shè)備。

　　本文來源于《電子產(chǎn)品世界》2017年第5期第23頁，歡迎您寫論文時(shí)引用，并注明出處。