汽車系統(tǒng)互聯(lián)是一個令人期待的高速增長的市場，同時也面臨一個難題亟待解決。如今數(shù)據(jù)安全變得日益重要，然而，汽車系統(tǒng)中有許多設(shè)備都存在安全隱患。例如，相對于現(xiàn)在大多數(shù)汽車電控單元（ECU）的8位、16位和32位處理器，現(xiàn)有的數(shù)據(jù)安全算法，ECC和RSA內(nèi)存占用過高，運(yùn)行速度太慢。此外，隨著汽車的平均壽命超過11.6年，未來還必須考慮量子計算攻擊的風(fēng)險，因?yàn)榱孔佑嬎愎艨赡軙平釫CC和RSA秘鑰。
為解決這些問題，SecureRF公司和意法半導(dǎo)體合作開發(fā)出一項(xiàng)即使在最小的汽車處理器上仍能極速運(yùn)行的面向未來的低功耗安全解決方案。最近，SecureRF的WalnutDSA（數(shù)字簽名算法DSA）和Ironwood KAP（密鑰協(xié)商協(xié)議KAP），這兩種安全算法被移植到意法半導(dǎo)體的SPC58ECxx 32位微控制器平臺上。為更好地演示車載信息服務(wù)系統(tǒng)控制單元（TCU）與多個ECU的相互認(rèn)證過程，兩家公司還合作開發(fā)了一個解決方案演示模型，并在2018年底特律汽車技術(shù)展會上展出了該模型。
SecureRF的群論密碼學(xué)（GTC）是數(shù)字簽名算法DSA和密鑰協(xié)商協(xié)議KAP的基礎(chǔ)，這雖然不是一個新的密碼學(xué)分支，但有助于解決物聯(lián)網(wǎng)、汽車系統(tǒng)和其它互聯(lián)應(yīng)用中相對較新的安全問題，可以保護(hù)越來越多的資源受限的產(chǎn)品設(shè)備的安全。GTC密碼學(xué)有三大優(yōu)勢：運(yùn)算速度快，即使在最小的設(shè)備上仍能快速運(yùn)算，RAM / ROM占用低，能夠抵抗所有已知的量子攻擊。與其它加密方法相比，GTC的運(yùn)算效率更高，所以更省電。SecureRF的GTC解決方案軟硬件均可實(shí)現(xiàn)。
在SPC58ECxx上，性能優(yōu)勢顯著
為參展TU Automotive展會，雙方將數(shù)字簽名算法DSA和密鑰協(xié)商協(xié)議KAP的匯編語言算法移植到SPC58ECxx微控制器，以進(jìn)一步優(yōu)化這一高效加密方法的運(yùn)算時間和能耗。
SPC58ECxx是意法半導(dǎo)體為車身、網(wǎng)絡(luò)、安全、通信連接等汽車應(yīng)用專門開發(fā)的32位通用微控制器，主要特性包括180MHz的e200z4d PowerPC雙核處理器、高達(dá)4MB的閃存和512KB的RAM、硬件安全模塊以及許多通信外設(shè)，例如，LIN、SPI、UART、以太網(wǎng)AVB、Flexray和CAN FD。SPC58ECxx是按照ISO 26262功能安全標(biāo)準(zhǔn)設(shè)計，安全等級達(dá)到ASIL-B級，適合安全關(guān)鍵的汽車應(yīng)用。
該演示項(xiàng)目運(yùn)行在意法半導(dǎo)體的SPC58ECxx 探索板上，與ECC驗(yàn)證相比，GTC方法的性能優(yōu)勢明顯。下表在運(yùn)算時間和ROM / RAM內(nèi)存占用率方面對GTC解決方案與橢圓曲線密碼學(xué)（ECDSA + ECDH）方案進(jìn)行了比較，不難看出，橢圓曲線密碼學(xué)方案的運(yùn)算時間長達(dá)GTC方法的12.6倍。
GTC解決方案將讓意法半導(dǎo)體的客戶能夠?yàn)榘遢d微控制器提供安全啟動和安全固件更新等重要的安全功能，并使基于SPC58ECxx的TCU能夠與整個車輛的資源有限的ECU相互驗(yàn)證，演示解決方案如下圖所示：
在互聯(lián)ECU上，優(yōu)勢更顯著
保護(hù)ECU的微小處理器的安全對于設(shè)計人員來說是一個關(guān)鍵問題，而這正是本解決方案最重要的優(yōu)勢之一?？焖僬J(rèn)證是必備功能。其它安全方法對于許多汽車系統(tǒng)可能不實(shí)用，然而，GTC的方法適用于最小的處理器，并且依然能夠提供出色的性能。下面的屏幕截圖是GTC和ECC在8位處理器上的性能對比。
WalnutDSA/Ironwood KAP （綠線）與ECDSA/ECDH （紅線）認(rèn)證RAM和ROM占用率比較
在上圖中，每個垂直尖峰表示完成一次驗(yàn)證。ECDSA / ECDH完成一次驗(yàn)證需要7.69秒，而SecureRF的WalnutDSA和Ironwood KAP只需68毫秒，是前者的九十分之一！這種速度優(yōu)勢以及由此產(chǎn)生的超低能耗和最小的RAM / ROM容量要求，使SecureRF方法非常適合資源受限的處理器。
SecureRF加密方法最適合完全隔離安全子系統(tǒng)和主處理器內(nèi)核的SPC58ECxx硬件安全模塊（HSM）。SecureRF解決方案也非常適用于無HSM單元的微控制器，例如，SPC58ECxx的精簡版SPC582Bxx。SPC582Bxx搭載運(yùn)行頻率120MHz的單核e200z4d PowerPC處理器，配備高達(dá)1MB的閃存和192KB的RAM。但是，用戶必須開發(fā)軟件安全解決方案，以彌補(bǔ)硬件安全功能的缺失。該解決方案確保在性能極佳的同時占用較少資源，不會對系統(tǒng)造成任何過大負(fù)荷。
由于設(shè)計生命周期長，汽車系統(tǒng)需要能夠防御未來的量子計算的安全威脅。 SecureRF的方法是抗量子計算攻擊的加密方法，適用于當(dāng)前已知的所有攻擊。
對于使用資源受限的處理器的汽車設(shè)計人員，我們的專家將提供初步的安全建議，并協(xié)助設(shè)計安全解決方案。