隨著汽車智能化、網聯化、電動化趨勢的加速,汽車電子系統的復雜性與連接性日益提升,網絡與信息安全已成為汽車開發的核心挑戰。英飛凌(Infineon)推出的AURIX?微控制器系列,作為面向汽車高性能和安全關鍵應用的領先平臺,為開發具備強大網絡與信息安全功能的軟件提供了堅實的硬件基礎。本文將探討基于AURIX平臺的網絡與信息安全軟件開發的關鍵方面。
一、AURIX平臺的安全硬件基礎
AURIX微控制器專為滿足汽車功能安全(ISO 26262 ASIL-D)和信息安全需求而設計。其內置的硬件安全模塊(HSM, Hardware Security Module)是信息安全功能的核心。典型的HSM(如可集成第三方IP如ESCRYPT的CycurHSM)通常包含:
- 專用安全內核:一個獨立的CPU(如鎖步核或專用協處理器),與主應用核隔離,專門運行安全服務,確保即使主核被攻破,安全功能依然獨立運行。
- 硬件加解密引擎:支持AES、SHA、RSA/ECC等對稱與非對稱算法,提供高性能的加解密、認證和完整性校驗。
- 真隨機數生成器(TRNG):為密鑰生成、隨機挑戰等提供高質量的熵源。
- 密鑰存儲與管理:提供受硬件保護的密鑰存儲區(如OTP、安全閃存),防止密鑰被非法讀取或篡改。
- 安全啟動與調試保護:確保只有經過認證的代碼才能啟動,并嚴格控制調試接口的訪問權限。
二、核心信息安全軟件功能開發
基于AURIX HSM,軟件開發需實現一系列關鍵安全服務:
1. 安全通信(SecOC):
遵循AUTOSAR SecOC(Secure Onboard Communication)標準,為車內總線(如CAN FD、以太網)通信提供身份認證和新鮮度保護。開發需實現消息認證碼(MAC)的生成與驗證,并管理計數器/時間戳以防止重放攻擊。
2. 安全啟動與軟件完整性:
實現分階段的安全啟動鏈,從Boot ROM開始,逐級驗證應用程序、校準數據等的完整性和真實性(使用數字簽名,如ECDSA)。確保系統運行的代碼未被篡改。
3. 密鑰與證書管理:
開發安全生命周期的密鑰管理方案,包括密鑰的生成、注入、存儲、更新、吊銷和銷毀。支持使用ECU唯一標識和硬件安全密鑰進行設備身份認證。通常需要集成公鑰基礎設施(PKI)概念。
4. 入侵檢測與安全日志:
監控網絡流量、內存訪問或調試接口的異常行為,并觸發安全事件響應。將安全相關事件記錄到受保護的日志中,以供事后分析和取證。
5. 空中下載更新安全(SOTA/FOTA):
為遠程軟件更新提供端到端的安全保障,包括更新包的加密、簽名驗證、完整性校驗以及回滾保護,確保只有授權的固件才能被安裝。
三、軟件開發流程與工具
1. AUTOSAR標準支持:
現代AURIX軟件開發通常基于AUTOSAR Classic平臺。信息安全功能(如Crypto Stack, SecOC)作為AUTOSAR基礎軟件模塊實現,需要與MCAL(Microcontroller Abstraction Layer)和HSM驅動緊密集成。
2. 安全軟件庫與中間件:
利用英飛凌或第三方(如ESCRYPT, ETAS)提供的安全軟件庫和固件(如Microsar.security, CycurLIB),這些經過預認證的組件可以顯著加速開發并降低風險。
3. 集成開發環境(IDE)與調試:
使用英飛凌的AURIX Development Studio或第三方IDE(如Tasking, HighTec),并結合調試工具(如Lauterbach TRACE32)進行安全和非安全代碼的調試。需注意安全域的調試限制。
4. 安全測試與驗證:
開發過程中需進行嚴格的安全測試,包括滲透測試、模糊測試、側信道分析評估等。利用硬件安全評估板和相關工具對實現的安全強度進行驗證。
四、挑戰與最佳實踐
- 性能與資源的平衡:安全操作(如非對稱加密)計算開銷大。需合理設計,將高負載任務卸載到HSM硬件加速器,并優化軟件實現以避免影響實時性。
- 全生命周期安全管理:信息安全設計必須貫穿從芯片制造、ECU生產、整車集成到車輛報廢的整個生命周期。軟件需支持工廠模式、售后模式等不同階段的安全狀態管理。
- 持續威脅應對:安全威脅不斷演變。軟件開發需考慮可更新性,設計模塊化的安全架構,以便在未來能夠更新安全策略、算法或應對新發現的漏洞。
- 符合法規與標準:緊跟UNECE WP.29 R155/R156、ISO/SAE 21434等汽車網絡安全法規與標準的要求,確保開發流程和產品符合合規性要求。
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AURIX平臺為汽車網絡與信息安全軟件開發提供了強大的硬件信任根。成功的開發依賴于對安全硬件特性的深入理解、對汽車特定安全協議(如SecOC)的準確實現,以及遵循安全開發生命周期(SDLC)。通過將強大的HSM與精心設計的軟件層相結合,開發者能夠為下一代智能網聯汽車構建起抵御網絡攻擊的堅固防線,保障功能安全、數據隱私和系統的可靠性。