汽车智能化之后的安全思考

汽车智能化发展迅速，许多领域的成熟技术已被融合到汽车里。最典型的莫过于汽车移动通信的无线技术：蓝牙实现了免提通话，GPS实现了汽车的定位与导航，蜂窝网络中的3G技术使汽车成为手机一样的移动数据终端，Wi-Fi为车载娱乐系统提供了便捷渠道。殊不知，汽车的智能化发展，在提升人们驾乘体验的同时，也引入了很多安全隐患。其中最大的威胁来自汽车电子控制单元（Electronic Control Unit，ECU）与通信总线组成的分布式网络结构。它是汽车中使用最广泛的总线，攻击者通过控制一个电子控制单元就可能影响到总线上的其他所有电子控制单元，包括引擎、制动、方向盘等。

汽车电子系统结构及其安全隐患：

为了提高汽车系统的安全性，我们必须对汽车的电子系统结构有基本的了解，包括功能、基本控制单元和通信方式。

1. 汽车智能化

汽车智能化的发展已经是不可阻挡的趋势。自动泊车、无人驾驶、车道保持、碰撞检测、车载移动互联系统等已成为新的热点。其发展方向可以总结为“三高一低”：安全性的提高、舒适性的提高、移动通信能力的提高和驾驶难度的降低。依赖于汽车移动通信能力的车联网（V2V，V2I/I2V）已经应用于一些车型，一旦普及，将会极大地提高交通安全和效率，并推动自动驾驶汽车的应用。汽车的智能化意味着新功能和信息接口的引入，而它们的实现依赖于汽车的电子控制单元。

2. 汽车电子控制单元

现代一辆高级汽车通常含有超过75个的电子控制单元，上千万行的代码，覆盖汽车几乎所有的功能：引擎、变速器、制动、车内温控、娱乐系统灯光和安全气囊等等。这种嵌入式控制系统的设计极大地方便了汽车的生产和维修。

3. 车内通信总线

电子控制单元之间通过通信实现合作功能和信息共享。以自动泊车系统为例，需要多个电子控制单元分别实现如下功能：处理超声波传感器的信号并判断汽车周围环境；控制方向盘助力器实现指定的转向角度和速度；控制引擎输出动力和制动；计算汽车姿态和轨迹并向其他控制单元发送执行指令。各个控制单元之间的数据和指令传递需要采用可靠和高效的通道，因而引入了汽车的通信总线结构可以减少线束，并且可统一通信协议。

汽车的电子控制单元模块

根据重要性和功能被分成多组，每组都有一条总线连接，不同的总线之间通过中央网关进行通信。不同的通信特性和速率需求可能会导致汽车中存在着不同的总线，包括控制器局域网络总线、LIN线（Local Interconnect Network，本地互联网络）、MOST（Media Oriented System Transport，面向媒体的系统传输总线）、FlexRay和以太网等。最常见的是控制器局域网络总线。

控制器局域网络产生于20世纪80年代，在90年代中期被引入汽车，是一种事件驱动的多主机串行现场总线，协议标准为ISO 11898。控制器局域网络总线可靠性高、性价比高、便于故障诊断，是被各大汽车厂商采用的标准总线结构。它具有完善的通信协议，采用广播通信方式，常见传输速率是高速（500Kb/s）和低速（100Kb/s）。但是对于一些传输速率要求更高的应用，如信息娱乐系统，控制器局域网络总线的传输速率则相对有限，因此需要采用速率更高的总线，如面向媒体的系统传输总线、FlexRay、以太网等。著名的特斯拉汽车就使用了罕见的以太网，其独特的总线结构已引起许多安全研究者的注意。

控制器局域网络总线因其细致完善的通信协议和高可靠性被工业界公认为最有前途的现场总线之一，但其安全性一直以来都为人诟病。有学者在理论层面分析过包括控制器局域网络在内的汽车中的多种总线国和电子控制单元可能存在的安全问题，他们认为现代汽车有许多特征让未授权的访问变得简单，例如汽车控制器间的所有通讯都是未加密的明文，控制器也无法验证传入信息的来源是否真实。汽车最大的安全威胁还是来自总线的互联，基本上每个LIN、控制器局域网络、MOST线上的控制器都能够向其他控制器发送消息。因此，如果任何一条总线遭入侵，整辆车的通信网络都会受到威胁。例如多媒体系统与汽车控制网络的连接可能会使恶意软件（蠕虫、病毒、木马等）通过CD/DVD、电子邮件等渠道侵入汽车并造成严重后果。