車規芯片如何打造信息安全新防線

隨著智能網聯汽車的飛速發展，整車電子電氣架構正經歷從分布式ECU架構向域/中央集中式架構的重大變革，同時，基于V2X的云路車一體化方案也在逐步落地。然而，智能網聯技術在給人們生活帶來便捷的同時，也帶來了更為復雜和嚴峻的汽車網絡安全問題。??

近年來，汽車網絡安全事故頻發：2015年，Jeep大切諾基被黑客遠程操控，通過CAN總線惡意控制汽車的制動、轉向、動力等，為此FCA召回了140萬輛汽車；2018年，特斯拉Autopilot系統被攻擊；2021年，Model3被黑客入侵提取車內攝像頭的拍攝畫面......這些案例，都凸顯了汽車網絡安全問題的緊迫性。

在智能網聯汽車的大背景下，接入網絡的汽車時刻都有受到黑客攻擊的風險，汽車用戶的隱私安全、數據安全甚至生命安全都受到威脅。因此，各大主機廠(OEM)和一級供應商(Tier1)迫切希望填補這方面的安全空白，以確保汽車全生命周期的安全。

車規芯片作為汽車各軟件功能實現的基石，其信息安全設計至關重要。

一.?車規芯片的信息安全設計考量

車規芯片的信息安全設計是一個復雜且多維度的過程，需要從芯片本身的信息安全防護能力、芯片提供的信息安全服務符合通用需求，以及芯片信息安全的設計流程符合國家/國際標準這三個方面進行全面考量。

▎1.芯片硬件安全防護能力

車規芯片作為汽車各軟件功能實現的基石，必須具備抵御外來攻擊的能力。這主要涉及兩個方面：硬件安全問題和硬件信任問題。

首先，針對硬件安全問題。我們需要考慮硬件在不同層級下(Chip或PCB)可能遭受的攻擊，如側信道攻擊、硬件木馬攻擊等。為了應對這些攻擊，需要從常見的硬件攻擊手段入手，設立相應的防護措施。例如，引入混淆技術降低信噪比、增加特定傳感器對電壓等進行監控、引入PUF技術來實現對給定的輸入產生不可克隆的唯一設備響應等。

-ECU板級常見攻擊手段-

逆向工程：通過對ECU拆蓋，逆向復刻重組出PCB級別的硬件架構和通信架構。

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

硬件物理篡改：通過硬件篡改受保護的功能，最著名的就是Modchip篡改星鏈。

? -芯片級別常見攻擊手段- ? 硬件木馬：設計或者制造芯片時故意植入的特殊模塊或者設計者無意留下的缺陷模塊，在特殊條件觸發下，該模塊能夠被攻擊者利用對芯片造成破壞。 側信道攻擊：也叫邊信道攻擊(Side Channel Attack)，通過收集分析加密軟件或硬件在工作時附帶產生的各類側信道物理量來進行破解。常見的有：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：故意在系統中造成錯誤，危及系統安全的攻擊。常見手段有改變芯片供電電壓、注入不規則時鐘信號、引入輻射或電磁(EM)干擾、加熱設備等。 ?

在車規MCU中，最有效的防護措施之一就是在芯片設計時引入HTA(Hardware Trust Anchor)。HTA提供了一種基于硬件安全機制的隔離環境，可以有效保護安全敏感數據、為應用控制算法提供各種密碼服務。目前市面常見的HTA種類有SHE、HSM和TPM等。

其次，針對硬件信任問題，我們需要從企業內部建立起網絡安全管理體系，做好供應鏈授信管理，以確保產品全生命周期的信息安全。這包括在硬件系統的全生命周期里，從設計、生產、測試等過程均有嚴格的供應商管理和授信機制，避免出現信任問題。

▎2.芯片的信息安全服務符合通用需求

汽車信息安全的核心是保證使用主體的機密性、完整性和真實性(CIA)。因此，車規芯片需要提供一系列的信息安全服務來滿足這些通用需求。

首先，安全存儲是車規芯片的核心功能之一。它需要提供一個可信的環境，用于存儲敏感信息，如密鑰、證書等。例如Secure NVM（安全非易失性存儲器）就是這樣的一個可信存儲環境，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，車規芯片還需提供相應的密碼算法硬件加速器和密鑰管理功能。這些服務包括但不限于：

●?對稱密碼硬件加速器：基于私密密鑰的數據加解密，如AES算法，能夠提供高速、安全的加密解密服務；

●?非對稱密碼硬件加速器：用于數字簽名、驗簽以及數據加解密等操作，確保數據的完整性和真實性；

●?摘要硬件加速器：常用于數據完整性檢查和身份驗證等場景，如基于摘要的HMAC算法，能夠提供快速、準確的身份驗證服務；

●?密鑰管理功能：包括密鑰導入、密鑰協商、密鑰派生等操作，確保密鑰的安全生成、存儲和使用等。

此外，為了衡量和保證整個ECU系統的完整性和可用性，車規芯片還需要提供安全啟動和可信啟動等功能。這些功能能夠確保ECU系統在啟動過程中不被惡意篡改或破壞，從而保證汽車的正常運行和安全性。

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芯片級別的信息安全解決方案

▎3.信息安全方案設計流程符合國家/國際標準

隨著汽車網絡安全法規的不斷完善，2022年7月，聯合國歐洲經濟委員會（UNECE）正式推出了首部汽車網絡安全法規R155法規要求，要求在歐盟上市的車型必須取得特定車型型式認證（VTA），而在此之前，車企必須滿足滿足網絡安全管理體系（CSMS）的要求，并取得相應的認證。

國家標準《汽車整車信息安全技術要求》將于2026年1月1日擬實施，因此芯片企業在設計芯片的信息安全技術時，必須參考這些法規和標準，確保產品符合國家和國際的要求。

其中最重要的一環是建議建立起企業內部的網絡安全管理體系（Cyber Security Management System）。這一體系能夠確保芯片企業在設計過程中，對于信息安全治理、開發管理、生產管理、供應商管理以及風險管理等方面，都是符合流程體系和法律法規的要求。

CSMS全生命周期體系架構

通過按照這一體系架構和流程對芯片進行信息安全方面的設計，芯片企業可以生成一套完整的文檔材料。這些材料將有助于OEM、Tier1供應商加快R155或者《汽車整車信息安全技術要求》的認證過程，從而更快的將符合法規要求的產品推向市場。

二.?功能安全與信息安全

汽車的安全性涵蓋了兩個核心方向：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故障引起的潛在危害。其主要目標是預防此類故障導致的不當風險。常用的分析方法，如故障樹等HARA分析，能夠幫助識別可能導致危害的單點和多點隨機硬件失效，并據此設置必要的安全防護機制。

信息安全則著重關注惡意網絡攻擊對個人財產安全、數據隱私以及車輛操作構成的威脅。其核心目的是保證數據的真實性、完整性和機密性（CIA），從而免受外界的不良侵害。在這里，攻擊樹等TARA分析等手段成為識別漏洞、強化信息安全防護措施的關鍵。

功能安全和網絡安全相互補充，共同為構建整體車輛安全系統發揮重要作用。

作為一家歷經20年持續創新的芯片設計企業，芯?？萍?/u>憑借業界領先的“模擬信號鏈+MCU”雙平臺技術優勢，已成功構建出系列化、平臺化的汽車電子產品生態。公司目前不僅通過了ISO26262 ASIL-D功能安全管理體系認證，還推出了多款符合AEC-Q100認證的模擬信號鏈和車規MCU產品，與眾多領先的Tier1供應商保持緊密合作關系。