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(shí)，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(lái)便捷的同時(shí)，也帶來(lái)了更為復(fù)雜和嚴(yán)峻的汽車網(wǎng)絡(luò)安全問(wèn)題。??

近年來(lái)，汽車網(wǎng)絡(luò)安全事故頻發(fā)：2015年，Jeep大切諾基被黑客遠(yuǎn)程操控，通過(guò)CAN總線惡意控制汽車的制動(dòng)、轉(zhuǎn)向、動(dòng)力等，為此FCA召回了140萬(wàn)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(wèn)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(shí)刻都有受到黑客攻擊的風(fēng)險(xiǎn)，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(jī)廠(OEM)和一級(jí)供應(yīng)商(Tier1)迫切希望填補(bǔ)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(shí)現(xiàn)的基石，其信息安全設(shè)計(jì)至關(guān)重要。

一.?車規(guī)芯片的信息安全設(shè)計(jì)考量

車規(guī)芯片的信息安全設(shè)計(jì)是一個(gè)復(fù)雜且多維度的過(guò)程，需要從芯片本身的信息安全防護(hù)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(jì)流程符合國(guó)家/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)這三個(gè)方面進(jìn)行全面考量。

▎1.芯片硬件安全防護(hù)能力

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

首先，針對(duì)硬件安全問(wèn)題。我們需要考慮硬件在不同層級(jí)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(duì)這些攻擊，需要從常見(jiàn)的硬件攻擊手段入手，設(shè)立相應(yīng)的防護(hù)措施。例如，引入混淆技術(shù)降低信噪比、增加特定傳感器對(duì)電壓等進(jìn)行監(jiān)控、引入PUF技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)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(jí)常見(jiàn)攻擊手段-

逆向工程：通過(guò)對(duì)ECU拆蓋，逆向復(fù)刻重組出PCB級(jí)別的硬件架構(gòu)和通信架構(gòu)。

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

硬件物理篡改：通過(guò)硬件篡改受保護(hù)的功能，最著名的就是Modchip篡改星鏈。

? -芯片級(jí)別常見(jiàn)攻擊手段- ? 硬件木馬：設(shè)計(jì)或者制造芯片時(shí)故意植入的特殊模塊或者設(shè)計(jì)者無(wú)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(duì)芯片造成破壞。 側(cè)信道攻擊：也叫邊信道攻擊(Side Channel Attack)，通過(guò)收集分析加密軟件或硬件在工作時(shí)附帶產(chǎn)生的各類側(cè)信道物理量來(lái)進(jìn)行破解。常見(jiàn)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(cuò)誤，危及系統(tǒng)安全的攻擊。常見(jiàn)手段有改變芯片供電電壓、注入不規(guī)則時(shí)鐘信號(hào)、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(hù)措施之一就是在芯片設(shè)計(jì)時(shí)引入HTA(Hardware Trust Anchor)。HTA提供了一種基于硬件安全機(jī)制的隔離環(huán)境，可以有效保護(hù)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(jiàn)的HTA種類有SHE、HSM和TPM等。

其次，針對(duì)硬件信任問(wèn)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?zhǔn)谛殴芾?，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(jì)、生產(chǎn)、測(cè)試等過(guò)程均有嚴(yán)格的供應(yīng)商管理和授信機(jī)制，避免出現(xiàn)信任問(wèn)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(jī)密性、完整性和真實(shí)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(lái)滿足這些通用需求。

首先，安全存儲(chǔ)是車規(guī)芯片的核心功能之一。它需要提供一個(gè)可信的環(huán)境，用于存儲(chǔ)敏感信息，如密鑰、證書等。例如Secure NVM（安全非易失性存儲(chǔ)器）就是這樣的一個(gè)可信存儲(chǔ)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(duì)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(duì)稱密碼硬件加速器：用于數(shù)字簽名、驗(yàn)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(shí)性；

●?摘要硬件加速器：常用于數(shù)據(jù)完整性檢查和身份驗(yàn)證等場(chǎng)景，如基于摘要的HMAC算法，能夠提供快速、準(zhǔn)確的身份驗(yàn)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(chǔ)和使用等。

此外，為了衡量和保證整個(gè)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(dòng)和可信啟動(dòng)等功能。這些功能能夠確保ECU系統(tǒng)在啟動(dòng)過(guò)程中不被惡意篡改或破壞，從而保證汽車的正常運(yùn)行和安全性。

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芯片級(jí)別的信息安全解決方案

▎3.信息安全方案設(shè)計(jì)流程符合國(guó)家/國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)

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(guó)歐洲經(jīng)濟(jì)委員會(huì)（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(rèn)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(rèn)證。

國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《汽車整車信息安全技術(shù)要求》將于2026年1月1日擬實(shí)施，因此芯片企業(yè)在設(shè)計(jì)芯片的信息安全技術(shù)時(shí)，必須參考這些法規(guī)和標(biāo)準(zhǔn)，確保產(chǎn)品符合國(guó)家和國(guó)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(jì)過(guò)程中，對(duì)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(xiǎn)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(guò)按照這一體系架構(gòu)和流程對(duì)芯片進(jìn)行信息安全方面的設(shè)計(jì)，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(rèn)證過(guò)程，從而更快的將符合法規(guī)要求的產(chǎn)品推向市場(chǎng)。

二.?功能安全與信息安全

汽車的安全性涵蓋了兩個(gè)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(biāo)是預(yù)防此類故障導(dǎo)致的不當(dāng)風(fēng)險(xiǎn)。常用的分析方法，如故障樹等HARA分析，能夠幫助識(shí)別可能導(dǎo)致危害的單點(diǎn)和多點(diǎn)隨機(jī)硬件失效，并據(jù)此設(shè)置必要的安全防護(hù)機(jī)制。

信息安全則著重關(guān)注惡意網(wǎng)絡(luò)攻擊對(duì)個(gè)人財(cái)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(shí)性、完整性和機(jī)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(shí)別漏洞、強(qiáng)化信息安全防護(hù)措施的關(guān)鍵。

功能安全和網(wǎng)絡(luò)安全相互補(bǔ)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(jì)企業(yè)，芯?？萍?/u>憑借業(yè)界領(lǐng)先的“模擬信號(hào)鏈+MCU”雙平臺(tái)技術(shù)優(yōu)勢(shì)，已成功構(gòu)建出系列化、平臺(tái)化的汽車電子產(chǎn)品生態(tài)。公司目前不僅通過(guò)了ISO26262 ASIL-D功能安全管理體系認(rèn)證，還推出了多款符合AEC-Q100認(rèn)證的模擬信號(hào)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。