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面向未来的TCU-ECU汽车系统安全解决方案设计

 2019/3/21 10:58:18 发布者:qq1000灰太狼  热点分享 5959 ℃

汽车系统互连是一个预期的高速增长的市场,但也面临着一个亟待解决的难题,数据安全变得越来越重要。然而,汽车系统中存在着许多潜在的安全隐患,例如,与目前大多数汽车电子控制单元(ecus)的8位、16位和32位处理器相比,现有的数据安全算法ecc和rsa占用了太多的内存,运行速度太慢,而且汽车的平均寿命超过11.6年,未来必须考虑量子计算攻击的风险,因为量子计算攻击可能会破解ECC和RSA密钥。

为了解决这些问题,SecureRF和意大利半导体公司共同开发了面向未来的低功耗安全解决方案,即使在最小的汽车处理器上也能运行得非常快。最近,SecureRF的WalnutDSA(数字签名算法DSA)和Ironwood KAP(密钥协议协议协议KAP)被移植到了SPC58E上。意大利半导体公司的CXX 32位微控制器平台,为了更好地展示TCU与多个ECU之间的相互认证过程,两家公司合作开发了解决方案演示模型,并于2018年在底特律汽车技术展览会上展出。

安全射频群理论密码学(GTC)是数字签名算法DSA和密钥协议KAP的基础。虽然它不是密码学的一个新分支,但它有助于解决物联网、汽车系统和其他互联应用中出现的相对较新的安全问题,并能保护越来越多资源受限的产品和设备的安全。e最小的设备、较低的RAM/ROM占用率和对所有已知的量子攻击的抵抗力。与其他加密方法相比,GTC效率更高,因此节省了更多的能量。SecureRF的GTC解决方案可以在硬件和软件上实现。

在SPC58ECXX上,性能优势显著。

为了参加TU汽车展,双方将数字签名算法DSA和密钥协议协议KAP的汇编语言算法移植到SPC58ECXX单片机上,进一步优化了这种高效加密方法的运行时间和能耗。

SPC58ECXX是半导体公司专门为汽车车身、网络、安全和通信连接等应用开发的32位通用微控制器。它的主要功能包括180MHz E200Z4D PowerPC双核处理器、4MB闪存和512KB RAM、硬件安全模块和许多通信外设,如LIN、SPI、UART、以太网AVB、flexray和CAFD。SPC58ECXX按照ISO 26262功能安全标准设计。安全等级达到ASIL-B级,适用于安全关键的汽车应用。

该示范项目在SPC58ECXX探索板上运行。与ECC验证相比,GTC方法具有明显的性能优势,下表比较了GTC解决方案与椭圆曲线密码(ECDSA+ECDH)解决方案在操作时间和ROM/RAM内存占用方面的性能。椭圆曲线密码体制的运行时间是GTC方法的12.6倍,这一点不难看出。

GTC解决方案将使意大利半导体客户能够为车载微控制器提供重要的安全功能,如安全启动和安全固件更新,并使基于SPC58ECXX的TCU能够使用整个车辆ECU的有限资源进行验证。演示方案如下图所示:

在互连的电子控制单元中,其优点更为显著。

保护电子控制单元微处理器的安全性是设计人员面临的一个关键问题,这是该解决方案最重要的优点之一。快速认证是一项必要的功能。其他安全方法可能不适用于许多汽车系统。然而,GTC方法适用于最小的处理器,并且仍然提供出色的性能。下面的屏幕截图显示了GTC和ECC在8位处理器上的性能比较。

walnutdsa/ironwood kap(绿线)和ecdsa/ecdh(红线)认证RAM和ROM占用率的比较

在上图中,每个垂直峰值表示验证完成。ecdsa /ecdh需要7.69秒来完成验证,而securerf的walnutdsa和ironwood kap只需要68毫秒,这是前者的90%。这种速度优势以及由此产生的超低能耗和最低RAM/ROM容量要求使SecureRF方法非常适合于资源受限的处理器。

SecureRF加密方法最适用于完全隔离安全子系统和主处理器核心的SPC58ECXX硬件安全模块(HSM)。SecureRF解决方案也非常适用于没有HSM单元的微控制器,如SPC58ECXX(SPC582BXX的紧凑版本)。SPC582BXX携带120 MHz单核E200Z4D电源。具有高达1MB闪存和192KB RAM的PC处理器,但是用户必须开发软件安全解决方案来弥补硬件安全功能的不足,这种解决方案在占用资源较少的情况下保证了优异的性能,并且不会造成系统过载。

由于设计生命周期长,汽车系统需要能够抵御未来量子计算带来的安全威胁,SecureRF是一种针对量子计算攻击的加密方法,适用于所有已知的攻击。

对于使用资源受限处理器的汽车设计师,我们的专家将提供初步的安全建议并帮助设计安全解决方案。

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