下一代汽車電子安全設(shè)計(jì)考量

2010年，美國(guó)汽車製造商推出了一項(xiàng)新穎的功能，可以讓車主在地球任何一個(gè)角落透過(guò)智慧手機(jī)控制車鎖并啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)。這種連接功能需要依賴于汽車上的遠(yuǎn)端資訊通訊系統(tǒng)，而這種系統(tǒng)目前已經(jīng)是許多型號(hào)汽車的標(biāo)準(zhǔn)配置。

在這種智慧手機(jī)推出之前，有個(gè)大學(xué)研究小組發(fā)佈了一份研究報(bào)告，報(bào)告中指出，透過(guò)利用汽車嵌入式系統(tǒng)中的缺陷，汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)（例如，剎車、發(fā)動(dòng)機(jī)節(jié)氣閥等）很容易被惡意操控。

這些研究人員研究了如何使用‘模煳’技術(shù)，從低安全性網(wǎng)路侵入到關(guān)鍵系統(tǒng)。在汽車行駛過(guò)程中，出現(xiàn)了剎車失靈和發(fā)動(dòng)機(jī)失控，這顯示攻擊確實(shí)能將乘客置于危險(xiǎn)境地。

將汽車連接到廣域網(wǎng)路是導(dǎo)入老練攻擊者的元兇。一個(gè)缺陷就可能讓遠(yuǎn)端攻擊者威脅到一長(zhǎng)串挨著行駛的車隊(duì)。

研究人員并沒(méi)有告訴我們能為目前的嵌入式汽車安全做些什么。但正如后面我們要討論到的那樣，我們必須對(duì)汽車技術(shù)做出實(shí)質(zhì)性的改革，以更好地隔離網(wǎng)路子系統(tǒng)和生死攸關(guān)的安全功能。

目前的汽車電子

下圖顯示了當(dāng)代汽車內(nèi)部的部份電子系統(tǒng)。

圖1：當(dāng)代汽車內(nèi)部的部份電子系統(tǒng)。

高階豪華汽車在總計(jì)100個(gè)組件或電子控制單元（ECU）的相應(yīng)系統(tǒng)中包含多達(dá)200個(gè)微處理器。這些ECU由多種不同類型的網(wǎng)路連接，例如，控制器區(qū)域網(wǎng)（CAN）、FlexRay、局域互連網(wǎng)路（LIN）和針對(duì)媒體的系統(tǒng)傳送（MOST）。汽車OEM廠商需要對(duì)來(lái)自數(shù)十家一級(jí)和二級(jí)供應(yīng)商的ECU組件和軟體進(jìn)行整合。但OEM廠商不會(huì)去嚴(yán)格控制其供應(yīng)商的開發(fā)過(guò)程。

因此人們對(duì)這種情形不能維持下去就不會(huì)感到驚訝了。OEM廠商將承受‘木桶理論’的惡果：只要一塊有嚴(yán)重可靠性問(wèn)題的ECU，就可能造成交貨延遲或車輛故障，因而使信譽(yù)受損。

安全威脅及減輕措施

對(duì)車輛造成的安全威脅可以分成叁大類：局部實(shí)體；遠(yuǎn)端；內(nèi)部電子。當(dāng)這些威脅疊加在一起時(shí)，常常會(huì)造成車輛損壞。

局部實(shí)體性威脅

透過(guò)實(shí)體性地接取傳動(dòng)系統(tǒng)CAN網(wǎng)路并破壞通訊就是局部實(shí)體性威脅的一個(gè)例子。這種入侵式攻擊很容易破壞汽車的關(guān)鍵功能。然而，像心存不滿的技修工等局部攻擊者只可能損害一輛車，因此不足以引起設(shè)計(jì)安全團(tuán)隊(duì)的注意。另外，汽車的復(fù)雜電子系統(tǒng)很難真正防範(fàn)實(shí)體攻擊。因此我們對(duì)這類威脅通常只能祈禱了。

然而，這裡有個(gè)例外：在一個(gè)或多個(gè)ECU內(nèi)部的某處地方儲(chǔ)存著私有密鑰，用于製作受保護(hù)的通訊通道，并提供局部數(shù)據(jù)保護(hù)服務(wù)。下面這張圖顯示了下一代汽車中使用的長(zhǎng)距離無(wú)線連接的一些例子。

圖2：下一代汽車中使用的長(zhǎng)距離無(wú)線連接 。

汽車演算法、多媒體內(nèi)容和保密資料都可能需要數(shù)據(jù)保護(hù)。私鑰儲(chǔ)存必須能夠抵擋住凌厲的入侵和非入侵式實(shí)體性攻擊，因?yàn)榧词箖H丟失一‘把’密鑰也可能讓攻擊者設(shè)立起到遠(yuǎn)端基礎(chǔ)設(shè)備的連接，繼而在那裡造成廣泛破壞。

OEM廠商必須能夠在從──密匙產(chǎn)生和將其嵌入到ECU、到ECU交貨并裝配進(jìn)汽車、再到汽車最后在大街上到處跑──這一整個(gè)生命期內(nèi)確保密鑰的安全。Green Hills Software、Mocana和Certicom 等專業(yè)嵌入式加密公司可以透過(guò)在這個(gè)領(lǐng)域中的指導(dǎo)和監(jiān)督向OEM廠商及其供應(yīng)商提供幫助。

遠(yuǎn)端威脅

以下是典型的攻擊方式：駭客透過(guò)偵測(cè)汽車的長(zhǎng)距離無(wú)線介面尋找網(wǎng)路安全協(xié)議、網(wǎng)路服務(wù)和應(yīng)用程式中的軟肋，以找到進(jìn)入內(nèi)部各電子系統(tǒng)的方式。與數(shù)據(jù)中心不同，汽車一般不可能擁有完整的IDS、IPS、防火墻和UTM。而近來(lái)產(chǎn)生的入侵新力、花旗集團(tuán)、亞馬遜、谷歌和RSA的事件充分顯示，在老練的攻擊者面前，這些防衛(wèi)機(jī)制形同虛設(shè)。

2010年，當(dāng)Stuxnet（超級(jí)工廠病毒）肆虐時(shí)，美國(guó)國(guó)防部所屬的美國(guó)網(wǎng)戰(zhàn)司令部（CYBERCOM）司令Keith Alexander將軍建議對(duì)美國(guó)的重要基礎(chǔ)設(shè)備建構(gòu)自身的隔離安全網(wǎng)路，與網(wǎng)際網(wǎng)路分開來(lái)。雖然這種做法似乎過(guò)于苛刻，但實(shí)際就是我們需要的思路。為了駕駛安全，汽車的關(guān)鍵系統(tǒng)必須與非關(guān)鍵的ECU和網(wǎng)路完全隔離開來(lái)。

內(nèi)部電子威脅

雖然實(shí)體網(wǎng)路隔離是理想方案，但接觸點(diǎn)不可避免。例如，在某些市場(chǎng)，在汽車行駛中，汽車導(dǎo)航系統(tǒng)必須關(guān)掉，這意味著在安全標(biāo)準(zhǔn)有很大不同的系統(tǒng)間的通訊很感應(yīng)。另外，業(yè)界出現(xiàn)了強(qiáng)烈的設(shè)計(jì)整合趨勢(shì)──使用更強(qiáng)大的多核心微處理器來(lái)實(shí)現(xiàn)各不同的系統(tǒng)，因而將許多ECU變成虛擬ECU──這將增加源于軟體的威脅風(fēng)險(xiǎn)，如由作業(yè)系統(tǒng)缺陷、對(duì)密碼系統(tǒng)的旁路攻擊以及拒絕服務(wù)等導(dǎo)致的權(quán)限擴(kuò)大（privilege escalation）。

因此，為了安全，汽車的內(nèi)部電子架構(gòu)必須重新設(shè)計(jì)。關(guān)鍵和非關(guān)鍵的系統(tǒng)與網(wǎng)路之間的介面必須在最高管理層面進(jìn)行論證和窮盡分析，并按諸如ISO 15408評(píng)估安保等級(jí)（EAL） 6+等最高等級(jí)的安保標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行驗(yàn)證，以確認(rèn)沒(méi)有缺陷。

高可靠性軟體/安全工程實(shí)施塬則（PHASE）協(xié)議支援大幅地簡(jiǎn)化復(fù)雜性、軟體組件架構(gòu)、最低權(quán)限塬則、安全軟體和系統(tǒng)開發(fā)過(guò)程，OEM廠商必須學(xué)習(xí)和採(cǎi)用獨(dú)立的專家安全驗(yàn)證，并在其整個(gè)供應(yīng)鏈中貫徹執(zhí)行。

本文小結(jié)

汽車製造商和一級(jí)供應(yīng)商在設(shè)計(jì)目前上路的汽車時(shí)可能還沒(méi)有下大力氣考慮安全性要求，但很明顯情況在產(chǎn)生變化。製造商在車載電子設(shè)備與網(wǎng)路的設(shè)計(jì)與架構(gòu)階段應(yīng)盡早與嵌入式安全專業(yè)公司展開緊密合作，并且必須提高以安全為導(dǎo)向的工程技術(shù)與軟體安全保障水準(zhǔn)。最后，汽車產(chǎn)業(yè)迫切需要一個(gè)獨(dú)立的標(biāo)準(zhǔn)組織來(lái)為車載電子設(shè)備定義和執(zhí)行系統(tǒng)級(jí)的安全認(rèn)證計(jì)劃。