了解ADAS和車(chē)艙監(jiān)控系統(tǒng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)安全圖像傳感器的需求

要讓人們認(rèn)識(shí)到汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)安全的重要性并不容易。隨著汽車(chē)向半自動(dòng)駕駛過(guò)渡，汽車(chē)主機(jī)廠 (OEM) 越來(lái)越關(guān)注汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。對(duì)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)實(shí)施控制的理由很明顯，目的是確保除了駕駛員（或在特定和約束條件下替代駕駛員的駕駛系統(tǒng)）之外沒(méi)有人可以控制車(chē)輛。2021 年，聯(lián)合國(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì) (UNECE) 工作組發(fā)布了 UN-R155，這是一項(xiàng)針對(duì) OEM 的網(wǎng)絡(luò)安全法規(guī)，旨在應(yīng)對(duì)日益嚴(yán)重的網(wǎng)絡(luò)威脅。自 2022 年 7 月起，該法規(guī)對(duì) UNECE 成員國(guó)生產(chǎn)的新車(chē)型的審批具有約束力。這意味著汽車(chē)供應(yīng)商必須遵守 ISO 21434，以確保其所有網(wǎng)絡(luò)安全相關(guān)組件均符合該標(biāo)準(zhǔn)。當(dāng)然，采購(gòu)符合網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)的零件并不能保證 OEM 符合 UNECE標(biāo)準(zhǔn)。不過(guò)，這是朝著這個(gè)方向邁出的重要一步，使OEM 在實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)的過(guò)程中處于更有利的地位。本文從先進(jìn)駕駛輔助系統(tǒng) (ADAS) 和車(chē)艙監(jiān)控應(yīng)用中使用的圖像傳感器的角度來(lái)探討網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。

1 為何需要確保圖像傳感器的安全

在汽車(chē)中，有些位置很顯然應(yīng)實(shí)施網(wǎng)絡(luò)安全，包括網(wǎng)關(guān)、互連、信息娛樂(lè)系統(tǒng)或通過(guò)網(wǎng)絡(luò)連接的任何其他汽車(chē)子系統(tǒng)。然而，大家可能疑惑的是為什么圖像傳感器也需要網(wǎng)絡(luò)安全。隨著當(dāng)今對(duì)安全和駕駛輔助的重視，圖像傳感器就是車(chē)輛的“眼睛”。它們用于多種 ADAS功能，例如車(chē)道偏離警告、行人檢測(cè)和自動(dòng)緊急制動(dòng)(AEB)。它們會(huì)評(píng)估汽車(chē)周?chē)沫h(huán)境，并為融合系統(tǒng)提供信息輸入以做出決策。未來(lái)，它們將協(xié)助識(shí)別和驗(yàn)證汽車(chē)用戶的身份，并監(jiān)控用戶的生命體征。如果駕駛員喪失行為能力，車(chē)載計(jì)算機(jī)將能夠接管控制權(quán)。在這些情況下，汽車(chē)圖像傳感器必須具有出色的性能（高動(dòng)態(tài)范圍、低照度能力、色調(diào)辨別力等）并保持正常工作，特別是在車(chē)輛可能遇到的最極端情況下。由于汽車(chē)的安全將越來(lái)越依賴圖像傳感器，因此汽車(chē)的中央計(jì)算機(jī)需要經(jīng)過(guò)授權(quán)的正品零件才能與之交互。而且，還必須確保傳輸?shù)娜魏螆D像幀都沒(méi)有被篡改，并且所有幀都是由正品圖像傳感器生成的。此外，圖像傳感器應(yīng)當(dāng)只接受汽車(chē)系統(tǒng)而不是任何其他方的配置更改。以下用例說(shuō)明了為什么汽車(chē)行業(yè)不能忽視因使用易受第三方篡改的冒牌圖像傳感器所帶來(lái)的威脅。

2 威脅1：圖像傳感器被冒牌部件替換

AEB 系統(tǒng)依靠擋風(fēng)玻璃后面的圖像傳感器來(lái)檢測(cè)汽車(chē)前方的物體或行人。如果駕駛員沒(méi)有及時(shí)做出反應(yīng)，該系統(tǒng)可以決定施加制動(dòng)，以防止發(fā)生碰撞。AEB 系統(tǒng)的運(yùn)行前提是其圖像傳感器具有特定的特性（如高動(dòng)態(tài)范圍、低照度性能等），并且系統(tǒng)已根據(jù)這些規(guī)格進(jìn)行了校準(zhǔn)。如果用非正品或冒牌部件替換了原裝圖像傳感器，可能會(huì)損害系統(tǒng)性能。雖然替換件可能看起來(lái)與原裝件完全相同，但其性能和特性可能會(huì)大相徑庭。由于 AEB 系統(tǒng)針對(duì)原裝圖像傳感器進(jìn)行了優(yōu)化，因此替換件的不同特性將改變系統(tǒng)的性能。這意味著系統(tǒng)可能在距離幾米遠(yuǎn)時(shí)才能檢測(cè)到汽車(chē)前方的物體或行人，使系統(tǒng)沒(méi)有時(shí)間做出適當(dāng)反應(yīng)，從而可能釀成悲劇性的后果。用仿冒品代替正品圖像傳感器，就好比讓視力不好的司機(jī)不戴眼鏡開(kāi)車(chē)。

圖1 用冒牌產(chǎn)品代替正品圖像傳感器的后果

3 威脅2：圖像傳感器設(shè)置被修改

車(chē)輛系統(tǒng)經(jīng)過(guò)校準(zhǔn)和編程，可對(duì)圖像傳感器進(jìn)行最佳配置，以始終盡可能真實(shí)地呈現(xiàn)車(chē)前的場(chǎng)景。但是，如果有人（或物）修改了圖像傳感器的配置，其性能就會(huì)受到影響，以致于可能不再能保證汽車(chē)系統(tǒng)能夠正確、完全或最佳地感知汽車(chē)所面對(duì)的場(chǎng)景，這就相當(dāng)于向人類駕駛員的眼睛里投擲灰塵。

圖2 篡改圖像傳感器設(shè)置的后果

4 威脅3：圖像傳感器被繞過(guò)

圖像傳感器向圖像處理器提供原始視頻數(shù)據(jù)，然后圖像處理器使用這些數(shù)據(jù)提取有關(guān)前方障礙物的關(guān)鍵信息，以便汽車(chē)能夠做出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。例如，圖像處理器可以檢測(cè)到正在接近的車(chē)輛，然后從安全第一的角度來(lái)選擇是剎車(chē)還是駕駛汽車(chē)遠(yuǎn)離危險(xiǎn)。但是，如果有未經(jīng)授權(quán)方試圖通過(guò)修改或繞過(guò)圖像傳感器來(lái)篡改系統(tǒng)，圖像處理器就無(wú)法再獲得反映真實(shí)場(chǎng)景的原始視頻數(shù)據(jù)。在這種情況下，系統(tǒng)可能無(wú)法再檢測(cè)到正在接近的物體。相反，圖像處理元件可能只能接收到?jīng)]有障礙物的暢通道路的循環(huán)圖像，其后果可能與人類駕駛員將視線完全從路面上移開(kāi)一樣難以承受。

圖3 圖像傳感器被繞過(guò)的后果

5 安森美 (onsemi)的圖像傳感器符合網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)

安森美于 2018 年開(kāi)始在其圖像傳感器中加入網(wǎng)絡(luò)安全功能，時(shí)間甚至比 ISO 21434 網(wǎng)絡(luò)安全標(biāo)準(zhǔn)發(fā)布還要早。最初，這樣做是為了滿足早期客戶的需求，但后來(lái)經(jīng)過(guò)逐步發(fā)展，匯聚成了寶貴的網(wǎng)絡(luò)安全專業(yè)知識(shí)。因此，安森美的圖像傳感器已經(jīng)為網(wǎng)絡(luò)安全做好了準(zhǔn)備。其中一個(gè)關(guān)鍵功能是身份驗(yàn)證，這使它們能夠向主機(jī)證明它們是正品，過(guò)程中需要使用證書(shū)鏈和預(yù)共享密鑰。另一個(gè)重要功能是，它們可以確保視頻數(shù)據(jù)的完整性，證明傳感器和系統(tǒng)之間的視頻數(shù)據(jù)流沒(méi)有被篡改。這種完整性是通過(guò)消息驗(yàn)證碼 (MAC) 提供的。此外，通過(guò)特定密鑰寄存器在嵌入式數(shù)據(jù)視頻線路上使用 MAC，可防止傳感器控制和配置數(shù)據(jù)被篡改。

6 網(wǎng)絡(luò)安全組件是實(shí)現(xiàn)汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)安全的第一步

網(wǎng)絡(luò)安全合規(guī)性是汽車(chē)圖像傳感器的必備條件，以防止圖像傳感器成為外界入侵復(fù)雜汽車(chē)電子系統(tǒng)的特洛伊木馬。對(duì)于 OEM 而言，為了確保網(wǎng)絡(luò)安全合規(guī)性，需要的不僅僅是在圖像傳感器中添加網(wǎng)絡(luò)安全控制電路，但它們對(duì)于 ADAS 和車(chē)艙監(jiān)控系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)全面的網(wǎng)絡(luò)安全合規(guī)性至關(guān)重要。

（本文來(lái)源于EEPW 2023年12月期）