h1_key

  智能駕駛

  作為比肩智能手機顛覆功能機的智能終端產品，智能網聯(lián)汽車給我們帶來了更便捷、更智能、更舒適的空間體驗。用戶渴望能獲得一輛越來越聰明，能夠及時甚至可以提前預判自己需求的汽車，但這必然意味著，我們需要將自己的社會信息、行為數據乃至生物數據交給汽車企業(yè)，而這些數據就會同樣面臨被泄露的風險。

  近幾年，汽車行業(yè)遭遇黑客攻擊和勒索的情況屢見不鮮。隨著車輛智能化程度的不斷加深，一輛車上的弱點也越來越多。從門鎖、車機屏幕到數據后臺，乃至汽車企業(yè)本身，都在成為黑客們的攻擊目標。工信部車聯(lián)網動態(tài)監(jiān)測情況顯示，2020年整車企業(yè)、車聯(lián)網信息服務提供商等相關企業(yè)和平臺遭到的惡意攻擊次數已達到280余萬次。

  汽車信息安全的必要性

  在早期的汽車軟件設計中，因為汽車本身很少與外界進行互聯(lián)，人們并沒有太多的考慮其信息安全性。隨著軟件定義汽車時代的來臨，大量軟件控制取代了傳統(tǒng)的機械控制，并為我們帶來了OTA、ADAS等新功能，汽車開啟了萬物互聯(lián)的時代。然而，一枚硬幣總有它的兩面性，軟件與互聯(lián)網為我們帶來便利的同時，也帶來潛在的信息安全風險。

  傳統(tǒng)的電子電器架構是以分布式為主，只有觸摸屏人機控制會通過射頻系統(tǒng)比如短信，電話等與外界相連，汽車總體風險窗口比較小。

  當汽車進入智能互聯(lián)時代，黑客可以通過3G/4G/5G, 藍牙，Wi-Fi等射頻系統(tǒng)入侵篡改數據，使汽車的信息安全甚至行車受到威脅。隨著域控制器，超級計算機，OTA，自動駕駛等汽車行業(yè)顛覆性技術的興起，大量數據交互成為整車新的生態(tài)。新的交互方式為外部暴露了更多潛在的攻擊窗口。據統(tǒng)計，現代汽車有90%以上的控制都是通過軟件來實現的，因此，控制不斷上升的安全風險，降低可能帶來的潛在損失，是當前汽車行業(yè)開始投入信息安全的主要原因。

  信息安全要如何落地?

  針對車輛信息安全，全球都在加緊推出相關標準，包括ISO/SAE21434國際標準，以及聯(lián)合國法規(guī)R155(信息安全與信息安全管理系統(tǒng))和R156(軟件升級與軟件升級管理系統(tǒng))。

  當前，國內的主要汽車信息安全法規(guī)主要還在制定階段，主要的法律法規(guī)(包含征求意見稿)包括：《工業(yè)和信息化部關于加強智能網聯(lián)汽車生產企業(yè)及產品準入管理的意見》 (2021.08.12)，《汽車信息安全通用技術要求》，《汽車數據安全管理若干規(guī)定》，《信息安全技術 網聯(lián)汽車 采集數據的安全要求》，《智能網聯(lián)汽車信息安全評價測試技術規(guī)范》等。

  強標和合規(guī)的驅動力，讓信息安全成為主機廠迫在眉睫的工作，但各大整車廠、Tier1的安全能力建設多數還在起步階段，面臨的挑戰(zhàn)是全方位的。

  智能汽車信息安全涉及多領域的技術融合，需要結合整車電子電氣架構、車云一體的業(yè)務場景，對功能安全、信息安全、網絡、通信、計算平臺、云服務與應用等技術領域進行技術融合。

  智能汽車的傳感器、控制器，以及相關的車聯(lián)網應用場景眾多，包括云端、手機端、車端(車機、傳感器、T-BOX、網關、ADCU等眾多零部件等)，同時還有OTA、遠程控制、近場控制等車聯(lián)網業(yè)務場景，這都需要建立整車級信息安全設計規(guī)范。

  ST為智能網聯(lián)汽車健康安全發(fā)展“保駕護航”

  汽車的信息安全涉及的領域廣泛，包括通過無線或者無線連接方式侵入車輛的信息系統(tǒng)、軟件或者固件IP的保護、數據或者指令完整性和有效性的保護、軟件或者固件讀寫及服務更新的保護等等。這里我們主要談及車用MCU芯片所承擔的信息安全功能。

  ST正在量產的SPC58系列汽車MCU和已經試產的Stellar P/G/E系列MCU都帶有嵌入式硬件信息安全模塊(HSM)，以確保系統(tǒng)完整性、可靠的身份驗證和數據的保密性。

  信息安全包括硬件(HSM)和軟件信息安全，其主要特性有：

  · 機密性(Confidentiality)是指要保證數據的隱私不被非法泄露;

  · 信息完整性(Integrity)的定義是數據沒有被“非預期的”或“刻意”篡改或損毀;

  · 可用性(Availability)，即數據是否可以被正常訪問和使用，例如防止DOS拒絕服務攻擊。

  ST還提供與HSM模塊配套的固件和軟件包，該軟件包可在內核上完全執(zhí)行加密和解密功能?？商峁┲С中湃胃?RoT)的基本功能，其中私有加密密鑰可在微控制器生命周期內使用OTP空間內的專用位置進行保密。

  信息安全的應用場景包括：安全的ECU遠程診斷和固件升級、安全通訊的隨機數以及密鑰交互、安全啟動及實時數據代碼的完整性檢測、安全的生命周期管理、安全的板間通訊。

  當前，汽車信息安全實施方法還并不完善，選擇具有豐富實踐經驗的合作伙伴能夠大幅提升效率、降低成本。作為全球汽車電子市場領導者，意法半導體擁有30多年的研發(fā)經驗和全方位的汽車產品組合，涵蓋智能駕駛的方方面面。

  SPC58系列汽車級微控制器

  意法半導體SPC58系列汽車級微控制器，集成有完善的片上安全模塊，包含有生命周期管理，外部調試端口的接入保護，內存保護以及HSM硬件安全模塊。其中HSM模塊擁有獨立的PowerPC e200z0內核，滿足SHE 1.1標準，支持真?zhèn)坞S機數生成，密鑰存儲交互，AES128加解密、CMAC生成和校驗以及安全啟動等，另外HSM FW有擴展RSA、ECC、HASH等加密算法，可支持EVITA Medium 到FULL的網絡安全等級。

  SPC58家族主要的安全模塊有：Flash保護、JTAG接入保護及加密引擎。SPC58家族主要有五個生命周期：ST Production，Customer Delivery，OEM Production，In Field，Failure Analysis。生命周期管理只能由ST Production向下推進到Failure Analysis，過程不可逆轉。

  SPC58 HSM模塊滿足EVITA MEDIUM/FULL信息安全等級，最高主頻可達100MHz，支持安全調試功能，具有至少40KB的零等待周期SRAM，具有真/偽隨機數發(fā)生器。

  ▲圖示：ST HSM固件和方案架構

  除了硬件產品，意法半導體及其合作伙伴們還為汽車應用提供完整的生態(tài)系統(tǒng)，不僅提供MCU硬件評估用的各種評估板，而且提供基于AUTOSAR的網絡安全軟件產品。用戶還可通過低成本的SPC5 Studio集成開發(fā)環(huán)境對SPC5系列產品進行快速評估、原型設計。

  意法半導體聯(lián)合經驗豐富的汽車嵌入式軟件合作伙伴，提供RTA解決方案支持整個SPC5 MCU家族的所有芯片，并且能夠和ST的MCAL進行集成，進而降低客戶的工具鏈成本和芯片切換成本。RTA解決方案包括ECU軟件開發(fā)的基本軟件模塊和配置工具，支持完整的Classic AUTOSAR和Adaptive AUTOSAR方案。

  ▲圖示：AUTOSAR HSM方案架構

  Stellar 高集成度汽車級微控制器

  Stellar高集成度汽車級微控制器是意法半導體近年推出的新產品系列，具有卓越的計算能力，可大幅簡化多源軟件并行確定性運行，同時確保最高的安全性和處理性能。這些功能符合下一代網聯(lián)汽車的電氣/電子(E/E)體系架構的系統(tǒng)要求。為此，Stellar系列引入了最先進的硬件支持虛擬化的處理器、服務質量設置、外設隔離，以及芯片互連層面的資源隔離等新功能，以確保不同應用軟件功能的安全隔離，消除相互干擾。虛擬ECU電控單元可以在同一顆Stellar MCU芯片上共存，同時支持多個ECU的不同ASIL安全級要求。

  Stellar集成式MCU配備最多6個Arm Cortex®-R52內核(部分內核采用鎖步模式，其他內核采用可分模式)，在大幅提高度實時和確定的處理能力基礎上盡可能低的功耗。集成式MCU嵌入了高達20 MB的非易失性相變存儲器(PCM)，不僅實現了快速讀取訪問，而且實現了1bit寫入(在Flash存儲器中不可用)，為使用NVM和RAM存儲器的應用和軟件帶來了新的機會。其創(chuàng)新的雙單元存儲功能支持經濟高效的OTA更新，可大幅節(jié)約存儲器大小。這得益于意法半導體獨特的NVM/PCM實現，可在汽車的整個生命周期期間提供標稱存儲器大小，不僅將OTA存儲容量加倍，而且大量縮短OTA固件更新的所需時間。借助其雙單元存儲功能，20 MB的Stellar G控制器最多可存儲2x 20 MB用于OTA重新編程目的，可顯著節(jié)約存儲器需求。能夠通過更好地利用其硬件資源來管理日益增加的軟件復雜性和集成，其獨特的架構和基于硬件的虛擬化功能(沙盒化)基于Cortex®-R52和資源訪問防火墻，可簡化多個源軟件在同一芯片上的開發(fā)和集成，同時確保安全隔離與性能。

  針對高效的ISO 26262 ASIL-D功能實現，該產品在所有架構層面上實施先進的安全措施。此外，ST先進的28nm的FD-SOI工藝不僅為Stellar 系列MCU提供更低的功耗和成本，而且大大提高了MCU的可靠性。由于FD-SOI工藝的寄生效應更小，對閂鎖效應(latch-up)免疫，使得memory具有更低的軟錯誤率和MCU具有更好的電磁兼容性。

  Stellar集成式MCU進一步提升了信息安全的軟硬件設計，增強型EVITA Full安全功能通過快速硬件安全模塊來實現，通過鎖步加密引擎對模塊進行擴展，以支持安全ASIL D功能并提供高速安全加密服務和安全網絡驗證，從而進一步保護制造商固件以及最終用戶數據。

  包括Stellar P、G、E多個產品系列：? Stellar P系列旨在滿足集成下一代動力傳動系統(tǒng)、電氣化解決方案和域導向型系統(tǒng)的需求，可實現更高水平的實時性能、安全性與確定性。? Stellar G系列解決了下一代車輛集成和區(qū)域導向型車輛架構的關鍵挑戰(zhàn)，可確保性能、安全性與功率效率以及廣泛的連接和高安全性。? Stellar E系列為滿足電動車輛的特定要求量身定制，可確保功率轉換和電動傳動系統(tǒng)應用的高效執(zhí)行。

  以即將量產的Stellar P6 為例，MCU內置多達六顆Arm® Cortex® R52處理器內核，其中有些是雙核鎖步運行，有些是分核執(zhí)行任務，為應用提供失效保護冗余機制。這些機制使新產品能夠為下一代汽車驅動系統(tǒng)、電動化解決方案和域控制系統(tǒng)帶來高性能、實時確定性和升級功能。Stellar P6使用Cortex-R52的特色功能和防火墻來解決硬件虛擬化問題(sandboxing)，按需訪問資源，這簡化了在同一芯片上的開發(fā)和集成多源軟件的工作，同時確保應用的安全隔離和性能。片上集成的快速硬件信息安全模塊(HSM)增加了雙核鎖步加密引擎，支持ASIL D功能安全等級的信息安全功能，并可以實現增強的EVITA完整安全功能。Stellar P6 MCU還提供高速安全加密服務和安全網絡身份驗證，以進一步保護廠商的固件和終端用戶的數據。

  Stellar G集成式MCU具有用于通過CAN、LIN和以太網網絡進行安全數據路由的加速器，并提供大量通信接口(包括100/1000 Mbps以太網 – TSN、AVB、VLAN和EMC優(yōu)化型SGMII – CAN-FD、LIN)以及外部存儲器接口(如Hyperbus/OctalSPI和eMMC接口)。

  Stellar E系列驅動MCU旨在用于驅動需要更快的控制回路的功率轉換應用，以便充分利用SiC和GaN功率技術產品。與此同時，它可以通過單個器件支持最先進的功能安全與保密汽車要求。

  意法半導體新能源汽車能力中心已經啟動汽車信息安全解決方案的開發(fā)來支持客戶的不同應用場景，信息安全的任何需求都可以通過Stellar 系列的相應信息安全解決方案來實現。