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[15766] 2020-08-23_汽车安全OTA的全球技术方案解析

文档创建者：s7ckTeam
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最后更新：2025-01-18
2020-08-23_汽车安全OTA的全球技术方案解析 汽 车 安 全 O T A 的 全 球 技 术 方 案 解 析 原 创   李 泉   F r e e B u f   2 0 2 0 - 0 8 - 2 3 我 们 来 讨 论 一 下 全 世 界 科 研 人 员 对 最 先 进 的 安 全 O T A （ 空 中 下 载 技 术 ） 的 贡 献 和 成 就 。 我 将 会 给 大 家 分 享 世 界 上 常 见 的 六 类 O T A 软 件 更 新 技 术 方 案 。 分 别 是 基 于 对 称 密 钥 加 密 的 安 全 O T A 更 新 技 术 ； 基 于 H A S H 算 法 的 安 全 O T A 更 新 技 术 ； 基 于 区 块 链 技 术 的 安 全 O T A 更 新 技 术 ； 基 于 R S A 和 隐 写 术 的 安 全 O T A 更 新 技 术 ； 基 于 对 称 密 钥 和 非 对 称 密 钥 双 加 密 的 安 全 O T A 更 新 技 术 ； 基 于 硬 件 安 全 模 块 。 （ 图 1 ） 图   1 基 于 对 称 密 钥 加 密 技 术 基 于 对 称 密 钥 加 密 技 术 2 0 0 5 年 ， M a h m u d 等 人 在 核 心 期 刊 I E E E   I n t e l l i g e n t   V e h i c l e s   S y m p o s i u m 提 出 了 一 种 智 能 汽 车 的 安 全 更 新 技 术 。 提 议 在 原 始 主 机 厂 、 软 件 供 应 商 （ S S ） 之 间 共 享 一 组 链 路 密 钥 。 在 任 何 软 件 更 新 之 前 ， 使 用 一 个 链 路 密 钥 在 软 件 供 应 商 和 车 辆 之 间 建 立 安 全 连 接 ， 形 成 可 信 通 道 。 为 了 提 高 安 全 性 ， 作 者 建 议 使 用 随 机 间 隔 至 少 发 送 两 次 加 密 后 的 软 件 副 本 。 在 收 到 加 密 软 件 的 多 个 副 本 后 ， 车 辆 终 端 解 密 并 安 装 其 中 一 个 有 效 的 安 装 包 。 参 考 文 献 : “ S e c u r e   s o f t w a r e   u p l o a d   i n   a n i n t e l l i g e n t   v e h i c l e   v i a   w i r e l e s s   c o m m u n i c a t i o n   l i n k s ” 2 0 1 2 年 ， M a n s o u r 等 人 设 计 了 一 种 诊 断 和 安 全 O T A 系 统 ， 称 为 A i r o D i a g ， 用 于 连 接 车 辆 。 图 2 为 A i r o D i a g 的 架 构 。 A i r o D i a g 架 构 的 主 要 分 为 : O E M 、 汽 车 和 云 端 。 A i r o D i a g 采 用 了 对 称 密 钥 技 术 ， 特 别 是 采 用 了 先 进 的 加 密 标 准 来 保 证 软 件 更 新 过 程 中 的 通 信 安 全 。 在 A i r o D i a g 中 ， 密 钥 存 储 在 O E M 端 的 数 据 库 中 。 A i r o D i a g 应 用 始 终 保 持 与 网 络 的 连 接 ， 处 理 来 自 车 机 端 的 任 何 连 接 请 求 。 在 A i r o D i a g 中 ， 软 件 更 新 过 程 由 客 户 端 触 发 。 一 旦 触 发 软 件 更 新 过 程 ， 车 辆 首 先 与 O E M 建 立 安 全 连 接 。 接 下 来 ， 车 辆 将 告 知 O E M 端 当 前 已 安 装 软 件 的 版 本 。 如 果 有 新 软 件 可 用 ， O E M 将 触 发 软 件 更 新 过 程 ， 并 与 汽 车 建 立 安 全 连 接 。 参 考 ： A i r o D i a g :   a   s o p h i s t i c a t e d   t o o l   t h a t   d i a g n o s e s   a n d   u p d a t e s   v e h i c l e s   s o f t w a r e   o v e r   a i r
基 于 哈 希 算 法 基 于 哈 希 算 法 2 0 0 8 年   N i l s s o n 和 L a r s o n 在 I E E E 大 会 上 提 出 了 一 种 用 于 车 联 网 的 安 全 O T A 固 件 更 新 协 议 。 在 他 的 架 构 中 分 为 了 四 个 实 体 : 车 、 服 务 器 后 端 、 互 联 网 和 无 线 基 站 （ 图 3 ） 。 在 这 里 ， 服 务 器 后 端 是 负 责 与 网 联 车 通 信 的 主 要 单 元 。 作 者 先 将 更 新 后 的 二 进 制 文 件 划 分 为 多 个 数 据 块 。 然 后 以 相 反 的 顺 序 对 每 个 片 段 进 行 哈 希 处 理 ， 创 建 哈 希 表 。 最 后 ， 服 务 器 后 端 使 用 预 共 享 的 加 密 密 钥 对 的 每 个 数 据 块 进 行 加 密 ， 然 后 再 将 它 们 传 输 汽 车 终 端 。 考 虑 到 车 辆 中 有 限 的 资 源 ， 后 端 使 用 分 块 哈 希 加 密 作 为 加 密 技 术 。 尽 管 这 种 变 法 可 以 确 保 不 会 受 到 窃 听 、 拦 截 和 篡 改 攻 击 ， 但 是 无 法 防 止 拒 绝 服 务 攻 击 。 参 考 ： S e c u r e   f i r m w a r e   u p d a t e s   o v e r   t h e   a i r   i n   i n t e l l i g e n t   v e h i c l e s 基 于 区 块 链 技 术 基 于 区 块 链 技 术 2 0 1 8 年 ， S t e g e r 等 人 在 工 作 中 引 入 了 区 块 链 ( B C ) 的 架 构 来 解 决 智 能 汽 车 O T A 升 级 的 安 全 和 隐 私 问 题 。 该 体 系 结 构 的 主 要 实 体 有 : O E M 、 服 务 中 心 、 汽 车 、 云 服 务 器 和 S W 主 机 （ 图 4 ） 。 该 架 构 中 ， 所 有 参 与 的 实 体 组 成 一 个 集 群 ， 一 旦 出 现 了 新 的 O T A 包 ， S W 主 机 上 的 程 序 就 会 触 发 软 件 更 新 过 程 。 首 先 ， S W 主 机 向 云 服 务 器 发 送 一 个 带 有 自 己 签 名 的 存 储 请 求 。 在 验 证 成 功 后 ， 云 服 务 器 发 送 一 个 二 次 确 认 包 ， 包 括 自 己 的 签 名 和 软 件 上 传 过 程 中 需 要 的 文 件 描 述 符 发 送 到 S W 主 机 中 。 将 新 软 件 上 传 到 云 服 务 器 后 ， S W 主 机 在 区 块 中 创 建 一 个 更 新 事 件 ， 其 中 包 含 关 于 新 软 件 在 云 端 位 置 等 信 息 。 然 后 S W 主 机 中 使 用 私 钥 签 署 这 个 事 件 ， 并 最 终 将 加 密 的 事 件 广 播 给 车 辆 。 接 着 作 者 进 行 了 本 概 念 的 验 证 测 试 ， 结 果 表 明 ， 该 体 系 架 构 的 性 能 优 于 基 于 证 书 的 体 系 架 构 。 参 考 ： S e c u r e   w i r e l e s s   a u t o m o t i v e   s o f t w a r e   u p d a t e s   u s i n g   b l o c k c h a i n s :   A   p r o o f   o f   c o n c e p t
R S A 与 隐 写 与 隐 写 2 0 1 8 年 M a y i l s a m y 等 人 在 期 刊 中 提 出 了 结 合 密 码 学 和 隐 写 术 的 方 案 来 保 护 网 联 车 的 O T A 软 件 更 新 。 O E M 后 端 、 服 务 中 心 、 汽 车 和 云 服 务 器 是 该 方 案 的 总 架 构 （ 图   5 ） 。 第 一 步 是 使 用 修 改 过 的 R S A 算 法 来 加 密 更 新 的 O T A 升 级 固 件 。 第 二 步 ， 利 用 隐 写 将 第 一 步 使 用 的 密 码 沿 覆 盖 图 像 的 边 缘 区 域 隐 藏 。 最 后 ， 云 服 务 器 存 储 加 密 映 像 。 在 汽 车 的 软 件 更 新 过 程 中 ， 服 务 中 心 首 先 下 载 隐 写 图 。 然 后 ， 服 务 中 心 解 密 O T A 固 件 将 更 新 后 的 软 件 安 装 到 汽 车 中 。 仿 真 测 试 结 果 显 示 ， 在 O E M 端 ， 加 密 1 k B 、 1 5 k B 和 2 0 k B 大 小 的 文 件 所 需 的 时 间 分 别 为 3 . 0 5 s 、 6 . 9 5 s 和 8 . 0 3 s 。 相 反 ， 在 汽 车 终 端 ， 解 密 1 k B 、 1 5 k B 和 2 0 k B 大 小 的 文 件 所 需 的 时 间 分 别 为 5 . 4 3 s 、 9 0 5 . 0 5 s 和 1 5 9 0 . 9 2 s 。 参 考 ： A n   i n t e g r a t e d   a p p r o a c h   f o r   d a t a   s e c u r i t y   i n   v e h i c l e   d i a g n o s t i c s   o v e r   i n t e r n e t   p r o t o c o l   a n d   s o f t w a r e   u p d a t e   o v e r t h e   a i r 对 称 密 钥 与 非 对 称 密 钥 的 组 合 加 密 算 法 对 称 密 钥 与 非 对 称 密 钥 的 组 合 加 密 算 法 2 0 1 6 年 S t e g e r 等 人 在 I E E E 大 会 提 出 了 一 个 名 为 S e c U p 的 框 架 ， 用 于 对 网 联 车 进 行 安 全 高 效 的 O T A 软 件 更 新 。 其 中 涉 及 到 : O E M 、 服 务 中 心 、 汽 车 终 端 和 汽 车 维 修 人 员 （ 图 5 ） 。 S e c U p 同 时 使 用 对 称 和 非 对 称 密 钥 加 密 来 保 护 O T A 更 新 过 程 。 汽 车 维 修 人 员 使 用 N F C 智 能 卡 与 P I N 码 对 手 持 设 备 进 行 对 称 的 身 份 验 证 ， 然 后 服 务 后 端 返 回 会 话 密 钥 ， 利 用 该 会 话 密 钥 配 合 汽 车 R S A 公 钥 将 安 装 包 加 密 下 发 到 每 个 汽 车 。 接 收 成 功 后 ， 汽 车 在 安 装 前 对 软 件 用 私 钥 进 行 验 证 解 密 。 S e c U p 的 性 能 是 通 过 对 沃 尔 沃 E C U 更 新 实 验 测 试 的 。 结 果 显 示 ， 不 同 类 型 软 件 的 更 新 持 续 时 间 介 于 6 . 7 7 秒 ~   3 3 . 1 9 秒 之 间 。 参 考 ： G e n e r i c   f r a m e w o r k   e n a b l i n g   s e c u r e   a n d   e f f i c i e n t   a u t o m o t i v e   w i r e l e s s   s o f t w a r e   u p d a t e s
硬 件 安 全 模 块 硬 件 安 全 模 块 2 0 1 6 年 P e t r i 等 人 在 国 际 汽 车 安 全 大 会 上 提 出 了 一 种 基 于 H S M 的 可 信 平 台 模 块 ( T r u s t e d   P l a t f o r m   M o d u l e ,   T P M ) 的 安 全 O T A 更 新 机 制 。 首 先 ， 网 关 E C U 从 远 程 服 务 器 下 载 更 新 后 的 软 件 。 然 后 E C U 使 用 T P M 中 预 定 义 的 散 列 验 证 下 载 的 软 件 。 验 证 成 功 后 ， E C U 将 更 新 后 的 软 件 发 送 到 目 标 E C U 进 行 安 装 。 使 用 T P M 的 好 处 是 它 支 持 许 多 流 行 的 加 密 算 法 ， 例 如 R S A 、 S H A 、 A E S 。 主 要 局 限 性 是 ， 每 个 E C U 都 需 要 一 个 H S M / T P M 算 法 加 密 机 ， 从 而 导 致 了 额 外 成 本 。 参 考 ： E v a l u a t i o n   o f   l i g h t w e i g h t   T P M   f o r   a u t o m o t i v e   s o f t w a r e   u p d a t e s   o v e r   t h e   a i r 本 文 我 们 讲 解 了 六 种 常 见 的 O T A 更 新 方 案 ， 对 比 分 析 不 同 研 究 人 员 涉 及 安 全 O T A 的 架 构 、 部 署 、 技 术 功 能 等 。 而 根 据 A B I 市 场 研 究 数 据 报 告 ， 2 0 2 2   年 将 有   2 . 0 3   亿 辆 部 汽 车 能 通 过   O T A   方 式 更 新 软 件 , 其 中 至 少   2 2 0 0   万 辆 汽 车 还 能 通 过 O T A   更 新 固 件 ， 未 来 我 们 会 接 受 到 来 自 车 辆 O T A 更 新 带 来 的 安 全 问 题 的 挑 战 ， 笔 者 也 会 重 点 关 注 全 球 O T A 安 全 方 案 的 进 展 。 （ 完 ） 精 彩 推 荐 精 彩 推 荐
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