CP AUTOSAR的信息安全机制汇总

1.CP AUTOSAR Security模块

2.CP AUTOSAR信息安全机制

2.1 SecOC

2.2 MKA

2.3 IdsM

2.4 Firewall

3.小结

AUTOSAR R23-11发布有一段时间了，不知大家有没有浅尝一下。

据发布会介绍，这次版本主要面向下一代E\E架构新增了Safety、Security的特性，因此为了跟上节奏，现将最新CP AUTOSAR关于security机制进行汇总。

1. CP AUTOSAR Security模块

根据AUTOSAR架构整理出信息安全框架，可以发现相较于之前R22-11模块变化不大，灰色部分属于关联模块，橙色部分和蓝色部分属于Security功能，如下图：

SecOC(Secure Onboard Communication)：板级安全通信
MKA(MACsec Key Agreement)：提供MACsec 数据加密密钥协商方法
IdsM(Instrusion Detection System Manager)：收集和过滤板级信息安全事件并分发不同处理端
KeyM(Key Manager)：密钥和证书管理
CSM(Crypto Service Manager)：为所有软件组件提供提供基础密码服务
CryIf(Crypto Interface)：提供统一接口管理不同加密驱动等
SHE(Security Hardware Extension)
HSM(Hardware Security Module)

值得一提是，在R23-11的通信模块中新增了Firewall模块，根据预定义的防火墙规则对网络流量进行过滤，保护主机免受恶意报文的攻击。

这一模块的出现完善了整车的IDPS系统，从而进一步构建了整车的网络纵深防御体系。

2. CP AUTOSAR信息安全机制

2.1 SecOC

这个模块一定是我们工程师最先接触到的AUTOSAR信息安全机制，主要用于ECU板级的安全通信。

大家应该有印象，在以往没有该机制，CAN通信通常是使用Checksum和RollingCounter来检验是否掉帧或者漏帧，并没有一个机制来保证报文数据的有效和可信。

基于此，SecOC应运而生，用于实现板级整帧报文的完整性和真实性，实现ECU的Security；而Checksum和RollingCounter这类机制也没有被抛弃，它被逐步优化为E2E，用于实现信号级别的Safety，在此不表。

在AUTOSAR架构下SecOC关联模块如下：

以CAN的接收报文验证为例，数据流如下：

CanIf-> PduR -> SecOC-> CSM ->CryIf ->Crypto Driver -> SHE\HSM

当加密模块对CAN报文进行验证后，会在SecOC处理验证结果，如果验证成功，则数据经由SecOC->PduR-> COM传至用户端，否则丢弃该报文，并准备开始诊断事件的处理。

进一步的，SecOC整体验证流程如下：

假设左右两个框分别为ECU1和ECU2，ECU1向ECU2发送一个安全报文，那么在ECU1这一端首先需要生成该报文的MAC值（根据SecOC规范一般使用对称算法AES128-CMAC用于生成MAC值）。

用于生成MAC值的原始明文一般为该报文的ID+原始数据+完整新鲜度值(FV)。在生成完MAC值后，会将MAC和新鲜度值部分截取，并与原始报文组成一个安全PDU发送给ECU2。

ECU2首先检查新鲜度值是否是在合理范围内，同时对原始报文进行MAC验证（对安全PDU进行CMAC计算并与接收到的MAC比较），验证成功则放行至上层。

需要注意的是，SecOC目前使用MAC（通常为CMAC）保证完整性和身份认证、使用新鲜度值(Freshness)防止重放攻击，所以一般来讲带有SecOC属性的报文不是加密的。

2.2 MKA

MKA(MACsec Key Agreement protocol (IEEE Std 802.1X))模块是在CP AUTOSAR R22-11首次提出，并在R23-11进行了优化。

在讲MKA之前，首先需要了解MACsec的基本概念(以下来源华为官网技术文章)。

MACsec主要应用在点对点组网的环境中，是基于802.1AE和802.1X协议的局域网上的安全通信方法，它通过身份认证、数据加密、完整性校验、重放保护等功能保证以太网数据帧的安全性，防止设备处理有安全威胁的报文。
本端和对端之间使用安全密钥对数据报文进行加密和解密，密钥的协商以及安全通道的建立和管理由MKA（MACsec Key Agreement）协议负责。
MKA协议定义了复杂的密钥生成体系，确保MACsec数据传输的安全性。
其中，CAK（secure Connectivity Association Key）是用户在设备上配置的密钥，不直接用于数据报文的加密，而是由它和其他参数派生出用于数据加密的SAK（Secure Association Key）。

MACsec的交互过程主要分为3步：会话协商、安全通信和会话保持。

会话协商
在两端设备的接口上开启MACsec功能，并配置相同的CAK后，两端设备会通过MKA协议选举出密钥服务器（Key Server），密钥服务器根据CAK生成用于加密数据报文的SAK，分发给对端设备。
安全通信
发送方使用SAK加密数据报文，接收方使用SAK解密数据报文。两端设备既可以作为发送方，也可以作为接收方，通信过程都受到MACsec保护。
会话保活
MKA协议定义了一个MKA会话保活定时器，用于规定MKA会话的超时时间。MKA会话协商成功后，两端设备会通过交互MKA协议报文确认连接的存在。设备收到对端的MKA协议报文后，启动定时器。
如果在该超时时间内收到对端的MKA协议报文，则重启定时器。
如果在该超时时间内未收到对端的MKA协议报文，则认为该连接已不安全，删除建立的会话，重新进行MKA协商。

而MKA模块在AUTOSAR架构如下：