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安全的乘車體驗仰賴安全防護
 

【作者: Kyle Fox】   2018年01月02日 星期二

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新一代的汽車非常複雜。現今的車輛採用數百萬行的程式碼和數十種處理器、控制器和感應器,產生龐大的資料量,內容之多堪比一座資料中心。但與資料中心不同的是,車輛會四處移動,而且必須保障所有用路人的安全。車主希望連網方式直覺化、個人化和簡單好用,不只駕駛受惠,也要讓所有乘客都能享受。車輛已經成為大規模互連的移動型「資料中心」,所有寶貴的資料,都必須以安全可靠的方式管理和分析。


沒有防護,就沒有安全


圖1 :  車輛已成為大規模互連的移動型「資料中心」,所有資料都必須以安全可靠的方式管理和分析。
圖1 : 車輛已成為大規模互連的移動型「資料中心」,所有資料都必須以安全可靠的方式管理和分析。

駕駛人和乘客的乘車體驗重點,包括抬頭顯示器、數位儀表板、車載資通訊系統、導航、媒體播放器、語音和資料通訊,而正是這些駕駛資訊系統 (Driver Information Systems, DIS) 的「酷炫功能」,讓行車體驗便利而有趣。但是另一方面,這些應用的連線功能,也為車輛帶來潛在的安全漏洞。因此,為了確保安全,我們需要嵌入式處理器,利用其內建的強大防禦機制,防禦已知的威脅。


我們也需要能夠更新無線韌體的系統,藉以修補所有安全漏洞,並防禦新發現的攻擊機制。


在資訊娛樂處理器產業,恩智浦的 i.MX 系列應用處理器支援所有類型的 DIS 應用。恩智浦 2016 年 10 月在底特律發表的 i.MX 8 和 8X 最新系列,採用四點分層式機制,提供全方位的安全保護,涵蓋硬體到通訊鏈的整個系統。



圖2 : 分層式防禦機制
圖2 : 分層式防禦機制

這項分層式防禦機制的四個組成部分包括


1.SECO:一種獨立、專屬的硬體安全模組(Hardware Security Module;HSM),用於加密、驗證、監控和回應。


2.防止物理性篡改 (電壓、溫度、電源) 的硬體保護機制


3.適用同時並行的多重作業系統的信任根機制,從開機到執行期間均提供完善保護


4.處理器內建硬體防火牆網域,用以維持服務的資料與記憶體完整性


SECO機制

SECO安全控制器 (SEcurity COntroller) 是一種獨立的專屬硬體安全模組 (HSM)。作為系統的信任根,其功能不侷限於金鑰管理,也用於驗證、監控和鎖住系統的控制器韌體。針對車用電子控制單元 (ECU) 的交互運作能力,SECO 執行安全硬體延伸協定 (SHE/SHE+) 的無快閃記憶體版本,完全符合「EVITA Full」 HSM 規格的功能性目標。SECO 配備高品質的可驗證隨機亂數產生器,支援所有必要的 AES 加密模式,包括 CMAC、ECB、CBC 與 Miyaguchi Preneel。


SECO 為韌體型態,演算法具備靈活性,可隨安全需求增加而擴充,能確保韌體版本即時更新,以避免使用過時或風險較高的韌體。SECO 短小精悍!若採用 P-256 曲線,SECO 每秒可進行約 750 筆的 ECDSA 簽章驗證;若為 SHA 引擎,傳輸量速率約為 2 Gbps;而 AES 引擎則約 1 Gbps。


防止物理性攻擊的硬體保護

i.MX 8 和 8X 的保護機制可防禦最常見的駭客攻擊手法:調控處理器的電源、電壓和熱環境,藉此竊取機密。只要「微調」電源輸入,就能導致未受保護的處理器故障,即使是獨立的 HSM,也會門戶洞開。低電壓攻擊會導致處理器運作電壓不足,企圖藉此破壞處理器的穩定性,從中產生漏洞。溫度也可以用來攻擊,處理器溫度一旦超過容許範圍,就處於易受攻擊的狀態。i.MX 8 和 8X 的保護機制可透過持續監控、刪除安全金鑰 (zero-izable memories;「可歸零記憶體」)、中止處理器的操作功能 (Bricking;「變磚」) 等方式來回應攻擊,進而預防這類物理性篡改事件。


多個平台,一顆晶片

由單一處理器執行多重作業系統,已成為現代汽車設計中的常態,卻也為設計人員帶來更大的安全挑戰。抬頭顯示器 (HUD) 和數位儀表板系統需要高比例的正常運作時間,才能提供關鍵資訊、進行導航並操作媒體系統,因此這些裝置強調應用程式和網路的存取能力,以及個人化的使用體驗。每套系統因功能而異,各需不同的作業系統環境,且均由單一處理器執行。i.MX 8採行完整的晶片虛擬化功能,以安全地執行功能豐富的多重作業系統,同時建置了強化的隔離 Cortex M4 網域,用於執行即時作業系統 (RTOS) 功能,例如 CAN 通訊和後視攝影機系統。為了避免作業系統互相干擾而產生漏洞遭駭客利用,這些系統已是不可或缺的配備。


防火牆網域分區是關鍵所在

i.MX 8 和 8X 應用處理器具備豐富的功能與特色,可提供優異效能與彈性,帶來絕佳的駕駛體驗。要實現這些體驗,前提在於多個獨立的作業系統,而且需要足夠的彈性,足以容納新的應用程式和升級功能,透過無線方式 (over-the-air;OTA) 提升上述體驗。 為了保護和隔離這些同時並行的軟體,i.MX 8 和 8X 利用防火牆網域分區系統,允許不同軟體各別運作,與系統其餘部分有效隔離。防火牆網域分區是硬體型態的私有匯流排和權限集,系統軟體無法存取。這項機制可與 SECO 搭配使用,提供最多 16 個隔離環境,處理器硬體模塊及相關記憶體儲存區均可置於其中,並監控系統的異常活動。例如,OTA 升級可以在防火牆中進行沙盒測試,並在主核心、GPU 和通訊埠上執行。系統會監看 OTA 軟體的執行狀況,如果軟體異常存取晶片的其他部分 (例如乙太網路通訊埠),可能表示挾帶惡意或故障的酬載程式碼,系統將不會接受該 OTA 軟體的要求。


大規模互連的移動型「資料中心」需要強大的安全性。i.MX 8/8X 的四層防禦機制組合,為現代化車輛的駕駛資訊系統提供安全保障。


(本文作者Kyle Fox為恩智浦半導體i.MX 8 應用處理器產品經理)


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