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汽车电子中的信息安全与功能安全

创作时间:

作者:

@小白创作中心

汽车电子中的信息安全与功能安全

引用

CSDN

https://blog.csdn.net/weixin_45869219/article/details/143079988

随着汽车电子技术的飞速发展，车辆已经从传统的机械设备转变为高度智能化、电子化和联网的复杂系统。如今的汽车不仅具备自动驾驶、车联网（V2X）、ADAS（高级驾驶辅助系统）等先进功能，还集成了诸如蓝牙、Wi-Fi、OTA（空中下载）更新等无线通信技术。这些技术的引入为驾驶者带来了极大的便利，但同时也带来了新的安全挑战。汽车的电子控制系统不仅要应对功能故障的威胁，还必须防范潜在的网络攻击，因此信息安全（Cybersecurity）和功能安全（Functional Safety）成为现代汽车设计中不可或缺的两大关键要素。

信息安全（Cybersecurity）

信息安全侧重于防止恶意攻击、未经授权的访问和数据泄露，以确保汽车系统的安全性。随着汽车愈发依赖互联技术，它们成为了网络攻击的潜在目标，攻击者可以通过车辆的无线通信接口、软件更新渠道甚至物理接触来试图控制汽车或窃取重要信息。

信息安全的关键要素：

保密性（Confidentiality）：确保车辆的敏感数据（如GPS位置、个人信息、驾驶习惯等）不被未经授权的个人或设备获取。

完整性（Integrity）：防止汽车系统中的数据被篡改，确保传感器、控制系统和通信系统提供的所有数据是真实可靠的。

可用性（Availability）：防止拒绝服务（DoS）攻击等威胁，使关键系统始终保持正常运行，如制动、转向和动力控制系统。

信息安全面临的主要威胁：

远程攻击：攻击者可以通过无线接口，如Wi-Fi、蓝牙、蜂窝网络，远程入侵汽车的控制系统，影响制动、加速、方向盘等关键功能。

物理攻击：通过OBD-II（车载诊断系统）等端口插入恶意设备，可能直接接管汽车的控制系统。

恶意软件：如同智能手机和电脑，汽车也面临恶意软件的威胁，这些软件可能通过不安全的软件更新或第三方应用进入汽车系统，危及其安全性。

信息安全的防护措施：

加密通信：确保所有车辆数据的传输和存储都经过加密处理，以防止数据泄露或被篡改。

身份认证：采用多因素认证和数字证书，确保只有授权用户和设备可以与车辆进行通信。

入侵检测与响应：在车载网络中实时监测异常行为，一旦检测到可疑活动，系统立即响应并阻止攻击。

OTA安全更新：通过安全机制进行远程软件更新，修复安全漏洞，并确保车辆系统始终保持最新的安全防护。

功能安全（Functional Safety）

功能安全主要关注的是当车辆的硬件或软件出现故障时，如何确保其安全运行。功能安全的目标是降低由于系统内部失效而导致的风险，以确保车辆即使在故障条件下仍能安全运行。汽车电子的功能安全通常遵循 ISO 26262 标准，这是针对汽车电子电气系统功能安全的国际标准。

功能安全的关键要素：

1、故障容错能力：在某个组件或子系统失效的情况下，系统仍然能够执行其关键功能。例如，制动系统失效时，系统应确保车辆能够安全减速或停车。

2、故障诊断与监控：系统持续监控其运行状态，及时发现潜在故障，并通过降级模式或发出警告来避免事故。

3、失效模式与后果分析（FMEA）：在产品设计阶段，开发人员进行详细的分析，以识别可能的失效模式并评估其潜在后果，然后采取必要的预防措施。

4、冗余设计：关键系统往往采用冗余设计，确保即使主要系统失效，备用系统仍然可以接管其功能，避免安全风险。

功能安全的应用实例：

1.自动驾驶系统：自动驾驶汽车需要具备极高的功能安全性。例如，如果摄像头、雷达等传感器失效，系统应能立即进入安全模式，如自动减速或停车。

2.动力系统安全：在电动汽车中，电池管理系统（BMS）需要对电池的健康状态进行实时监控，防止过热、过充等情况引发火灾。

3.电子制动系统：当电子稳定控制系统（ESC）检测到某个车轮的刹车压力异常时，应及时进行自我修复或启动备用制动系统。

功能安全的开发流程：

1.危害分析与风险评估（HARA）：识别系统中可能存在的安全风险，并根据ISO 26262标准的ASIL等级（汽车安全完整性等级）进行评估。

2.安全需求定义：根据评估的风险，定义系统应满足的安全要求和设计准则。

3.验证与确认（V&V）：通过仿真、测试等方式验证安全功能的正确性，确保其在各种工况下的正常运行。

信息安全与功能安全的关系

尽管信息安全和功能安全是两个独立的领域，但它们之间有着密切的联系。现代汽车的高度集成使得信息安全的漏洞可能导致功能安全的失效。例如，黑客通过网络入侵车辆的电子控制系统，可以直接干扰汽车的制动或转向功能，进而威胁功能安全。相反，如果功能安全设计不完善，黑客可以通过诱发系统故障，进一步入侵车辆的其他系统。因此，确保信息安全与功能安全的协同工作是保障汽车电子安全的核心。