車規(guī)芯片如何打造信息安全新防線

隨著智能網(wǎng)聯(lián)汽車的飛速發(fā)展，整車電子電氣架構(gòu)正經(jīng)歷從分布式ECU架構(gòu)向域/中央集中式架構(gòu)的重大變革，同時，基于V2X的云路車一體化方案也在逐步落地。然而，智能網(wǎng)聯(lián)技術(shù)在給人們生活帶來便捷的同時，也帶來了更為復(fù)雜和嚴峻的汽車網(wǎng)絡(luò)安全問題。

近年來，汽車網(wǎng)絡(luò)安全事故頻發(fā)：2015年，Jeep大切諾基被黑客遠程操控，通過CAN總線惡意控制汽車的制動、轉(zhuǎn)向、動力等，為此FCA召回了140萬輛汽車；2018年，特斯拉Autopilot系統(tǒng)被攻擊；2021年，Model3被黑客入侵提取車內(nèi)攝像頭的拍攝畫面......這些案例，都凸顯了汽車網(wǎng)絡(luò)安全問題的緊迫性。

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車的大背景下，接入網(wǎng)絡(luò)的汽車時刻都有受到黑客攻擊的風(fēng)險，汽車用戶的隱私安全、數(shù)據(jù)安全甚至生命安全都受到威脅。因此，各大主機廠(OEM)和一級供應(yīng)商(Tier1)迫切希望填補這方面的安全空白，以確保汽車全生命周期的安全。

車規(guī)芯片作為汽車各軟件功能實現(xiàn)的基石，其信息安全設(shè)計至關(guān)重要。

一. 車規(guī)芯片的信息安全設(shè)計考量

車規(guī)芯片的信息安全設(shè)計是一個復(fù)雜且多維度的過程，需要從芯片本身的信息安全防護能力、芯片提供的信息安全服務(wù)符合通用需求，以及芯片信息安全的設(shè)計流程符合國家/國際標準這三個方面進行全面考量。

1.芯片硬件安全防護能力

車規(guī)芯片作為汽車各軟件功能實現(xiàn)的基石，必須具備抵御外來攻擊的能力。這主要涉及兩個方面：硬件安全問題和硬件信任問題。

首先，針對硬件安全問題。我們需要考慮硬件在不同層級下(Chip或PCB)可能遭受的攻擊，如側(cè)信道攻擊、硬件木馬攻擊等。為了應(yīng)對這些攻擊，需要從常見的硬件攻擊手段入手，設(shè)立相應(yīng)的防護措施。例如，引入混淆技術(shù)降低信噪比、增加特定傳感器對電壓等進行監(jiān)控、引入PUF技術(shù)來實現(xiàn)對給定的輸入產(chǎn)生不可克隆的唯一設(shè)備響應(yīng)等。

-ECU板級常見攻擊手段-

逆向工程：通過對ECU拆蓋，逆向復(fù)刻重組出PCB級別的硬件架構(gòu)和通信架構(gòu)。

總線探針：通過在系統(tǒng)總線上搭載掛針，通過物理訪問提取敏感信息(密鑰、固件)等。

硬件物理篡改：通過硬件篡改受保護的功能，最著名的就是Modchip篡改星鏈。

-芯片級別常見攻擊手段-

硬件木馬：設(shè)計或者制造芯片時故意植入的特殊模塊或者設(shè)計者無意留下的缺陷模塊，在特殊條件觸發(fā)下，該模塊能夠被攻擊者利用對芯片造成破壞。

側(cè)信道攻擊：也叫邊信道攻擊(Side Channel Attack)，通過收集分析加密軟件或硬件在工作時附帶產(chǎn)生的各類側(cè)信道物理量來進行破解。常見的有：SPA (Simple Power Analysis)、DPA(Differential Power Analysis)、SEMA (Simple Electromagnetic Analysis)、DEMA(Differential Electromagnetic Attack)、Timing Attacks、DFA(Differential Fault Analysis)。

故障注入攻擊：故意在系統(tǒng)中造成錯誤，危及系統(tǒng)安全的攻擊。常見手段有改變芯片供電電壓、注入不規(guī)則時鐘信號、引入輻射或電磁(EM)干擾、加熱設(shè)備等。

在車規(guī)MCU中，最有效的防護措施之一就是在芯片設(shè)計時引入HTA(Hardware Trust Anchor)。HTA提供了一種基于硬件安全機制的隔離環(huán)境，可以有效保護安全敏感數(shù)據(jù)、為應(yīng)用控制算法提供各種密碼服務(wù)。目前市面常見的HTA種類有SHE、HSM和TPM等。

其次，針對硬件信任問題，我們需要從企業(yè)內(nèi)部建立起網(wǎng)絡(luò)安全管理體系，做好供應(yīng)鏈授信管理，以確保產(chǎn)品全生命周期的信息安全。這包括在硬件系統(tǒng)的全生命周期里，從設(shè)計、生產(chǎn)、測試等過程均有嚴格的供應(yīng)商管理和授信機制，避免出現(xiàn)信任問題。

2.芯片的信息安全服務(wù)符合通用需求

汽車信息安全的核心是保證使用主體的機密性、完整性和真實性(CIA)。因此，車規(guī)芯片需要提供一系列的信息安全服務(wù)來滿足這些通用需求。

首先，安全存儲是車規(guī)芯片的核心功能之一。它需要提供一個可信的環(huán)境，用于存儲敏感信息，如密鑰、證書等。例如Secure NVM（安全非易失性存儲器）就是這樣的一個可信存儲環(huán)境，能夠確保敏感信息的安全性和可靠性。

其次，為了滿足不同加密算法的性能要求，車規(guī)芯片還需提供相應(yīng)的密碼算法硬件加速器和密鑰管理功能。這些服務(wù)包括但不限于：

●?對稱密碼硬件加速器：基于私密密鑰的數(shù)據(jù)加解密，如AES算法，能夠提供高速、安全的加密解密服務(wù)；

●?非對稱密碼硬件加速器：用于數(shù)字簽名、驗簽以及數(shù)據(jù)加解密等操作，確保數(shù)據(jù)的完整性和真實性；

●?摘要硬件加速器：常用于數(shù)據(jù)完整性檢查和身份驗證等場景，如基于摘要的HMAC算法，能夠提供快速、準確的身份驗證服務(wù)；

●?密鑰管理功能：包括密鑰導(dǎo)入、密鑰協(xié)商、密鑰派生等操作，確保密鑰的安全生成、存儲和使用等。

此外，為了衡量和保證整個ECU系統(tǒng)的完整性和可用性，車規(guī)芯片還需要提供安全啟動和可信啟動等功能。這些功能能夠確保ECU系統(tǒng)在啟動過程中不被惡意篡改或破壞，從而保證汽車的正常運行和安全性。

芯片級別的信息安全解決方案

3.信息安全方案設(shè)計流程符合國家/國際標準

隨著汽車網(wǎng)絡(luò)安全法規(guī)的不斷完善，2022年7月，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會（UNECE）正式推出了首部汽車網(wǎng)絡(luò)安全法規(guī)R155法規(guī)要求，要求在歐盟上市的車型必須取得特定車型型式認證（VTA），而在此之前，車企必須滿足滿足網(wǎng)絡(luò)安全管理體系（CSMS）的要求，并取得相應(yīng)的認證。

國家標準《汽車整車信息安全技術(shù)要求》將于2026年1月1日擬實施，因此芯片企業(yè)在設(shè)計芯片的信息安全技術(shù)時，必須參考這些法規(guī)和標準，確保產(chǎn)品符合國家和國際的要求。

其中最重要的一環(huán)是建議建立起企業(yè)內(nèi)部的網(wǎng)絡(luò)安全管理體系（Cyber Security Management System）。這一體系能夠確保芯片企業(yè)在設(shè)計過程中，對于信息安全治理、開發(fā)管理、生產(chǎn)管理、供應(yīng)商管理以及風(fēng)險管理等方面，都是符合流程體系和法律法規(guī)的要求。

CSMS全生命周期體系架構(gòu)

通過按照這一體系架構(gòu)和流程對芯片進行信息安全方面的設(shè)計，芯片企業(yè)可以生成一套完整的文檔材料。這些材料將有助于OEM、Tier1供應(yīng)商加快R155或者《汽車整車信息安全技術(shù)要求》的認證過程，從而更快的將符合法規(guī)要求的產(chǎn)品推向市場。

二. 功能安全與信息安全

汽車的安全性涵蓋了兩個核心方向：功能安全和信息安全。

功能安全主要聚焦于因電子電氣系統(tǒng)故障引起的潛在危害。其主要目標是預(yù)防此類故障導(dǎo)致的不當風(fēng)險。常用的分析方法，如故障樹等HARA分析，能夠幫助識別可能導(dǎo)致危害的單點和多點隨機硬件失效，并據(jù)此設(shè)置必要的安全防護機制。

信息安全則著重關(guān)注惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊對個人財產(chǎn)安全、數(shù)據(jù)隱私以及車輛操作構(gòu)成的威脅。其核心目的是保證數(shù)據(jù)的真實性、完整性和機密性（CIA），從而免受外界的不良侵害。在這里，攻擊樹等TARA分析等手段成為識別漏洞、強化信息安全防護措施的關(guān)鍵。

功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全相互補充，共同為構(gòu)建整體車輛安全系統(tǒng)發(fā)揮重要作用。

作為一家歷經(jīng)20年持續(xù)創(chuàng)新的芯片設(shè)計企業(yè)，芯?？萍紤{借業(yè)界領(lǐng)先的“模擬信號鏈+MCU”雙平臺技術(shù)優(yōu)勢，已成功構(gòu)建出系列化、平臺化的汽車電子產(chǎn)品生態(tài)。公司目前不僅通過了ISO26262 ASIL-D功能安全管理體系認證，還推出了多款符合AEC-Q100認證的模擬信號鏈和車規(guī)MCU產(chǎn)品，與眾多領(lǐng)先的Tier1供應(yīng)商保持緊密合作關(guān)系。

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