為汽車系統(tǒng)設(shè)計(jì)面向未來(lái)的TCU-ECU安全解決方案

　　汽車系統(tǒng)互聯(lián)是一個(gè)令人期待的高速增長(zhǎng)的市場(chǎng)，同時(shí)也面臨一個(gè)難題亟待解決。如今數(shù)據(jù)安全變得日益重要，然而，汽車系統(tǒng)中有許多設(shè)備都存在安全隱患。例如，相對(duì)于現(xiàn)在大多數(shù)汽車電控單元(ECU)的8位、16位和32位處理器，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)安全算法，ECC和RSA內(nèi)存占用過(guò)高，運(yùn)行速度太慢。此外，隨著汽車的平均壽命超過(guò)11.6年，未來(lái)還必須考慮量子計(jì)算攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，因?yàn)榱孔佑?jì)算攻擊可能會(huì)破解ECC和RSA秘鑰。

　　為解決這些問(wèn)題，SecureRF公司和意法半導(dǎo)體合作開發(fā)出一項(xiàng)即使在最小的汽車處理器上仍能極速運(yùn)行的面向未來(lái)的低功耗安全解決方案。最近，SecureRF的WalnutDSA(數(shù)字簽名算法DSA)和Ironwood KAP(密鑰協(xié)商協(xié)議KAP)，這兩種安全算法被移植到意法半導(dǎo)體的SPC58ECxx 32位微控制器平臺(tái)上。為更好地演示車載信息服務(wù)系統(tǒng)控制單元(TCU)與多個(gè)ECU的相互認(rèn)證過(guò)程，兩家公司還合作開發(fā)了一個(gè)解決方案演示模型，并在2018年底特律汽車技術(shù)展會(huì)上展出了該模型。

　　SecureRF的群論密碼學(xué)(GTC)是數(shù)字簽名算法DSA和密鑰協(xié)商協(xié)議KAP的基礎(chǔ)，這雖然不是一個(gè)新的密碼學(xué)分支，但有助于解決物聯(lián)網(wǎng)、汽車系統(tǒng)和其它互聯(lián)應(yīng)用中相對(duì)較新的安全問(wèn)題，可以保護(hù)越來(lái)越多的資源受限的產(chǎn)品設(shè)備的安全。GTC密碼學(xué)有三大優(yōu)勢(shì)：運(yùn)算速度快，即使在最小的設(shè)備上仍能快速運(yùn)算，RAM / ROM占用低，能夠抵抗所有已知的量子攻擊。與其它加密方法相比，GTC的運(yùn)算效率更高，所以更省電。SecureRF的GTC解決方案軟硬件均可實(shí)現(xiàn)。

　　在SPC58ECxx上，性能優(yōu)勢(shì)顯著

　　為參展TU Automotive展會(huì)，雙方將數(shù)字簽名算法DSA和密鑰協(xié)商協(xié)議KAP的匯編語(yǔ)言算法移植到SPC58ECxx微控制器，以進(jìn)一步優(yōu)化這一高效加密方法的運(yùn)算時(shí)間和能耗。

　　SPC58ECxx是意法半導(dǎo)體為車身、網(wǎng)絡(luò)、安全、通信連接等汽車應(yīng)用專門開發(fā)的32位通用微控制器，主要特性包括180MHz的e200z4d PowerPC雙核處理器、高達(dá)4MB的閃存和512KB的RAM、硬件安全模塊以及許多通信外設(shè)，例如，LIN、SPI、UART、以太網(wǎng)AVB、Flexray和CAN FD。SPC58ECxx是按照ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計(jì)，安全等級(jí)達(dá)到ASIL-B級(jí)，適合安全關(guān)鍵的汽車應(yīng)用。

　　該演示項(xiàng)目運(yùn)行在意法半導(dǎo)體的SPC58ECxx 探索板上，與ECC驗(yàn)證相比，GTC方法的性能優(yōu)勢(shì)明顯。下表在運(yùn)算時(shí)間和ROM / RAM內(nèi)存占用率方面對(duì)GTC解決方案與橢圓曲線密碼學(xué)(ECDSA + ECDH)方案進(jìn)行了比較，不難看出，橢圓曲線密碼學(xué)方案的運(yùn)算時(shí)間長(zhǎng)達(dá)GTC方法的12.6倍。

　　GTC解決方案將讓意法半導(dǎo)體的客戶能夠?yàn)榘遢d微控制器提供安全啟動(dòng)和安全固件更新等重要的安全功能，并使基于SPC58ECxx的TCU能夠與整個(gè)車輛的資源有限的ECU相互驗(yàn)證，演示解決方案如下圖所示：

　　在互聯(lián)ECU上，優(yōu)勢(shì)更顯著

　　保護(hù)ECU的微小處理器的安全對(duì)于設(shè)計(jì)人員來(lái)說(shuō)是一個(gè)關(guān)鍵問(wèn)題，而這正是本解決方案最重要的優(yōu)勢(shì)之一?？焖僬J(rèn)證是必備功能。其它安全方法對(duì)于許多汽車系統(tǒng)可能不實(shí)用，然而，GTC的方法適用于最小的處理器，并且依然能夠提供出色的性能。下面的屏幕截圖是GTC和ECC在8位處理器上的性能對(duì)比。

WalnutDSA/Ironwood KAP (綠線)與ECDSA/ECDH (紅線)認(rèn)證RAM和ROM占用率比較

　　在上圖中，每個(gè)垂直尖峰表示完成一次驗(yàn)證。ECDSA / ECDH完成一次驗(yàn)證需要7.69秒，而SecureRF的WalnutDSA和Ironwood KAP只需68毫秒，是前者的九十分之一!這種速度優(yōu)勢(shì)以及由此產(chǎn)生的超低能耗和最小的RAM / ROM容量要求，使SecureRF方法非常適合資源受限的處理器。

　　SecureRF加密方法最適合完全隔離安全子系統(tǒng)和主處理器內(nèi)核的SPC58ECxx硬件安全模塊(HSM)。SecureRF解決方案也非常適用于無(wú)HSM單元的微控制器，例如，SPC58ECxx的精簡(jiǎn)版SPC582Bxx。SPC582Bxx搭載運(yùn)行頻率120MHz的單核e200z4d PowerPC處理器，配備高達(dá)1MB的閃存和192KB的RAM。但是，用戶必須開發(fā)軟件安全解決方案，以彌補(bǔ)硬件安全功能的缺失。該解決方案確保在性能極佳的同時(shí)占用較少資源，不會(huì)對(duì)系統(tǒng)造成任何過(guò)大負(fù)荷。

　　由于設(shè)計(jì)生命周期長(zhǎng)，汽車系統(tǒng)需要能夠防御未來(lái)的量子計(jì)算的安全威脅。 SecureRF的方法是抗量子計(jì)算攻擊的加密方法，適用于當(dāng)前已知的所有攻擊。

　　對(duì)于使用資源受限的處理器的汽車設(shè)計(jì)人員，我們的專家將提供初步的安全建議，并協(xié)助設(shè)計(jì)安全解決方案。了解更多信息，請(qǐng)聯(lián)系我們。