CN102779089B - 汽车ecu密钥仿真实现方法及其系统和验证方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种汽车ECU密钥仿真实现方法，其包括步骤：在计算机中构建并运行汽车ECU的仿真运行模型；将加密单元与计算机通讯连接，该加密单元与汽车ECU中用于生成密钥的加密控件具有相同的加密处理业务规则；将汽车诊断仪与计算机和车载总线通讯连接，通过汽车诊断仪设定所需的安全算法号并向所述仿真运行模型发送信号请求种子号；将所述安全算法号和从仿真运行模型反馈输出的种子号发送给加密单元并由其生成与所述安全算法号和种子号相关联的密钥；与加密单元进行通讯以解析获得所述密钥。本发明还涉及汽车ECU密钥仿真实现系统及验证方法。它具有开发设计效率高、使用可靠、应用便捷、节省费用、显著降低调试工作量和难度等优点。
Description
【技术领域】
本发明涉及密钥处理技术领域，尤其涉及一种汽车ECU(ElectronicControlUnit，电子控制单元)密钥仿真实现方法、汽车ECU密钥仿真实现系统以及汽车ECU密钥仿真验证方法。
【背景技术】
随着时代发展和科技进步，汽车工业业已获得了迅猛发展，在现代汽车的很多细节上无不体现出很高的技术水平。例如，在目前生产的汽车上将会使用大量的ECU来对诸如汽车上的发动机、自动变速器、驱动系统、防抱死制动系统、主动悬架系统、安全气囊系统等方面进行实时、精确地控制，这种情形在许多中、高档轿车上尤为常见，此时在这些轿车上所用到的ECU将多达十几个、甚至二十多个。对于这些ECU而言，由于它们大多数都是采用相互独立的硬件和软件组成技术，通过应用不同软件配上相应的硬件就可以适应具有不同要求的车辆系统，因此能够极大地提高汽车的变型能力。针对汽车ECU的软、硬件开发和应用都应当严格按照相关的国际或国家强制标准和规范，否则将无法保证其通用性和安全性。例如，为了避免对ECU数据软件的误更新操作和非授权的数据访问操作，在通过诸如CAN、KEYWOOD等车辆总线的网络层发送一系列指令序列对ECU的软件进行更新时，就必须满足SAEJ2186车辆诊断的数据连接安全性要求。
由于必须要满足上述的相关国际或者国家强制标准和规范，这在另一方面也确实会对汽车上各种ECU的功能开发工作造成一定程度的不便和影响。例如，在目前条件下就需要实际搭建配置有待测类型ECU的真实测试环境，以便提供开发人员在该测试环境下来完成各种所需的测试工作(例如与ECU相关的诊断软件、维修编程软件中数据连结安全功能进行验证等)。又如，由于用户权限级别原因而致使部分工程技术人员在开发过程中无权对ECU进行访问、测试。如此，将不仅不便于快速定位并及时解决在ECU开发过程中面临的一些技术问题，而且更会因此容易成为研发、设计环节中的瓶颈，从而影响到工作效率，延长了开发周期，致使在人员、资金以及时间投入等方面造成相当大的浪费。
【发明内容】
有鉴于此，根据本发明的一个方面，它的目的之一在于提供一种汽车ECU密钥仿真实现方法，以能够有效地解决现有技术中存在的上述及其他方面的问题。
根据本发明的另一个方面，它的目的还在于提供一种汽车ECU密钥仿真验证方法，从而能更好地满足现实需要。
根据本发明的又一个方面，它的目的还在于提供一种汽车ECU密钥仿真实现系统，以进一步满足现实需要。
为了实现上述及其他的目的，本发明采用了以下技术方案：
一种汽车ECU密钥仿真实现方法，其包括步骤：
在计算机中构建并运行汽车ECU的仿真运行模型；
将加密单元与所述计算机通讯连接，所述加密单元与所述汽车ECU中用于生成密钥的加密控件具有相同的加密处理业务规则；
将汽车诊断仪与所述计算机和车载总线通讯连接，通过所述汽车诊断仪设定所需的安全算法号并向所述仿真运行模型发送信号请求种子号；
将所述安全算法号和从所述仿真运行模型反馈输出的种子号发送给所述加密单元并由其生成与所述安全算法号和种子号相关联的密钥；以及
与所述加密单元进行通讯以解析获得所述密钥。
在上述的汽车ECU密钥仿真实现方法中，优选地，所述方法还包括记录和/或显示所述安全算法号、种子号和密钥中至少一个的步骤。
在上述的汽车ECU密钥仿真实现方法中，优选地，所述仿真运行模型是通过使用所述汽车诊断仪的集成开发工具来构建形成的。
在上述的汽车ECU密钥仿真实现方法中，优选地，所述加密单元是连接于所述计算机的外设接口上的加密锁。
一种汽车ECU密钥仿真验证方法，其包括步骤：
根据以上任一项所述的汽车ECU密钥仿真实现方法获得由所述加密单元生成的密钥；以及
将所获得的密钥与预先存储于所述汽车ECU的仿真运行模型中的密钥进行比较：如果二者相同则能够通过所述汽车ECU的密钥验证，否则不能通过其密钥验证，所述预先存储于所述汽车ECU的仿真运行模型中的密钥与实际存储于所述汽车ECU中寄存器内的原始密钥相一致。
一种汽车ECU密钥仿真实现系统，其包括：
计算机，其内运行有所述汽车ECU的仿真运行模型，所述仿真运行模型被设置成能根据所输入的种子号请求信号反馈输出种子号；
加密单元，其与所述计算机通讯连接，所述加密单元被设置成与所述汽车ECU中用于生成密钥的加密控件具有相同的加密处理业务规则，以便能根据所输入的安全算法号和种子号生成与它们相关联的密钥；
第一汽车诊断仪，其分别与所述计算机和车载总线通讯连接，所述第一汽车诊断仪用于设定所需的安全算法号并向所述仿真运行模型发送种子号请求信号；
处理单元，其与所述加密单元通讯连接以交互数据，所述数据包括通过所述汽车诊断仪设定的安全算法号、由所述仿真运行模型反馈输出的种子号、由所述加密单元生成的密钥；以及
解析单元，其与所述处理单元通讯连接以解析获得由所述加密单元生成的密钥。
在上述的汽车ECU密钥仿真实现系统中，优选地，所述解析单元是第二汽车诊断仪。
在上述的汽车ECU密钥仿真实现系统中，优选地，所述第二汽车诊断仪与所述第一汽车诊断仪采用相同的设备。
在上述的汽车ECU密钥仿真实现系统中，优选地，所述处理单元中还设置有记录和显示模块，其用于记录和/或显示所述安全算法号、种子号和密钥中的至少一个。
在上述的汽车ECU密钥仿真实现系统中，优选地，所述加密单元是连接于所述计算机的外设接口上的加密锁。
本发明的有益效果在于：采用本汽车ECU密钥仿真实现方法及其系统，在仅需利用一般工程技术人员所拥有的相关设备和应用软件的情形下，就能非常可靠、准确、快捷地仿真模拟获得汽车ECU密钥，从而无需构建复杂、昂贵的实际ECU测试环境，由此可以显著地简化测试工作。而且，在工程技术人员仿真获得汽车ECU密钥之后，他们还可以应用本发明中的汽车ECU密钥仿真验证方法来进一步完成其相关的研发、设计等工作，从而有效地降低了整个调试工作量、时间周期以及成本投入。因此，本发明具有开发设计效率高、使用可靠、应用便捷、节省费用、显著降低调试工作量和难度等诸多优点。
【附图说明】
以下将结合随后的附图和实施例，对本发明的技术方案作进一步的详细描述。其中：
图1是本发明中的汽车ECU密钥仿真实现方法一个实施例的流程示意图；
图2是本发明中的汽车ECU密钥仿真验证方法一个实施例的流程示意图；
图3是本发明中的汽车ECU密钥仿真实现系统一个实施例的组成示意图；以及
图4是本发明中的汽车ECU密钥仿真实现系统另一个实施例的组成示意图。
附图标记说明：
1计算机2加密单元
3仿真运行模型4第一汽车诊断仪
5处理单元6解析单元
7记录和显示模块8供电装置
9数据链路连接器10外设接口
11并行接口
【具体实施方式】
首先，需要指出的是，在本文中使用的术语“计算机”不仅包括了台式电脑、笔记本电脑、平板电脑等为人所熟知的通用计算机设备，而且也包括了诸如工控机、专用计算机等工业用计算机设备，同时还包括了任何适于使用但可能以其他形式存在的计算设备。此外，术语“外设接口”是指设置于上述的“计算机”上用来连接外部设备的现有已知形式接口，这类接口包括普通USB接口、小型USB接口、RS232接口等，同时也是指将来可能以其他形式出现而其功能仍在于用来将外部设备通过其连接到所述“计算机”上的其他类型接口。
下面将通过在图1和图2中所图示出的两个实施例流程，来分别介绍本发明中的汽车ECU密钥仿真实现方法和车ECU密钥仿真验证方法。
请参阅图1，它是汽车ECU密钥仿真实现方法的一个示例性流程图。在该实施例中，汽车ECU密钥仿真实现方法包括如下一些步骤：
首先，在步骤S11中，根据实际需要而针对所涉及的汽车ECU在计算机中构建其仿真运行模型，这样的仿真运行模型是被设置成用来仿真模拟出真实的汽车ECU的实际运行情形。
作为优选，可以采用与汽车诊断仪相配套的集成开发工具来具体构建形成上述的仿真运行模型，这样的集成开发工具中通常功能强大、开发效率高并且运行稳定性好。通常，工程技术人员可以在不具备或者欠缺编程语言知识的背景下，也能借助于例如诊断仪软件提供的自动化脚本来定义汽车ECU的逻辑序列，从而实现对其仿真模拟环境的精确构建。
当然，在某些情况下，也可以不通过使用以上的集成开发工具，而采用诸如C语言、汇编语言等编程技术手段来构建形成在计算机中运行的汽车ECU仿真运行模型。
随后，在步骤S12中，将加密单元与上述的计算机进行通讯连接。在现有技术中，通常是通过设置在汽车ECU中的加密控件来根据所输入的安全算法号和种子号生成密钥的，该加密处理过程由于涉及到电子模块设计开发的核心技术，所以对于一般工程技术人员而言则是完全不可见的。在本步骤S12中所使用的加密单元，它是被设置成与汽车ECU中的加密控件具有同样的加密处理业务规则，从而能够通过其来实现与该加密控件相同地密钥生成功能。关于加密单元的其他内容，将在本文后续部分通过结合汽车ECU密钥仿真实现系统的示例进行说明。
接下来，在步骤S13中，通过汽车诊断仪上的连接接口将它分别连接到计算机和车载总线上以便进行通讯连接。在本实施例中，汽车诊断仪主要是用于进行ECU的仿真应用，具体而言可以将其通过USB接口连接到计算机上，并通过车载总线接口采用双绞线连接到数据链路连接器上，另外是通过并行接口(如DB25型号)将其连接到供电装置上，这种接口连接关系在图3和图4中进行了清楚显示，对此也将在随后内容中再加以介绍。
在完成以上连接设置之后，就可以由通常包括工程技术人员、测试人员或者维护人员等在内的使用者根据他们实际需要，通过该汽车诊断仪来设定所需的安全算法号，并经由该汽车诊断仪与计算机进行通讯而向已经在计算机上运行的汽车ECU的仿真运行模型发送信号请求种子号，以便等待后者反馈在接收到此请求信号后反馈输出相应的种子号，通过仿真技术处理也使得这一反馈输出过程被模拟成与真实汽车ECU的实际处理过程保持一致。
然后，在步骤S14中，将以上的安全算法号、经反馈输出得到的种子号发送给加密单元，该加密单元将按照设定的加密处理业务规则并根据所接收到的安全算法号、种子号而生成与它们相关联的密钥，这样就可以在步骤S15中通过与加密单元进行通讯，从而解析获得该密钥。如此，即成功地仿真实现了汽车ECU密钥，因此不必再需要搭建配置有真实汽车ECU的测试环境或者必须经由用户对ECU操作的权限等级认定来进行测试、验证等工作，而可以非常方便地仅需将以上解析获得的密钥应用到这些工作中即可，从而满足诸如SAEJ2186等规范对于汽车诊断的数据连接方面的安全性要求。
在本发明的汽车ECU密钥仿真实现方法中，在一个优选情形下，还可以在其中另外设置步骤用来记录所得到的安全算法号、种子号和密钥中的一个或多个；或者，显示所得到的安全算法号、种子号和密钥中的一个或多个；又或，同时记录并显示所得到的安全算法号、种子号和密钥中的一个或多个。通过以上步骤，能够更好地观测和使用这些数据。
如图2所示，本发明还采用示范性举例的方式提供了汽车ECU密钥仿真验证方法的一个实施例。在该实施例中，它主要包括以下几个步骤：
首先，通过使用以上所述的汽车ECU密钥仿真实现方法，从而获得由汽车诊断仪、仿真运行模型、加密单元等协同工作并最终由后者生成的密钥。该处理过程在图2中以标记S21进行标示，并且在前文中已经进行了详细描述。
然后，在步骤S22中，针对已经得到的密钥进行验证判断，即将其与已预先存储在仿真运行模型中的密钥(在构建该仿真运行模型时，已将其内的密钥设置成与实际存储于汽车ECU中寄存器内的原始密钥保持一致)是否完全相同：如果二者相同，则进入步骤S23从而能通过汽车ECU的密钥验证；否则，进入步骤S24而不能通过汽车ECU的密钥验证。
显然，通过采用以上的汽车ECU密钥仿真验证方法，也就无须配置需要真实汽车ECU的测试环境，所以能够彻底解决针对各种汽车ECU的加密功能的验证、研发设计过程中相关诊断手段和维修手段中数据连结安全功能验证等方面所存在的诸如不灵活方便、费用高昂、效率低下等技术问题。
请参阅图3，通过该图显见出了本发明中的汽车ECU密钥仿真实现系统的一个具体示例。如图3所示，该汽车ECU密钥仿真实现系统主要包括计算机1、加密单元2、仿真运行模型3、第一汽车诊断仪4、处理单元5和解析单元6等部分，下面将对这些组成部分进行说明以便能够根据清楚地理解本发明的汽车ECU密钥仿真实现系统的工作原理、特点以及优点。
在上述实施例中，计算机1是该系统的重要组成部分。并且，如前所述，计算机1可以是任何适于本发明使用的计算设备，汽车ECU的仿真运行模型3即是被构建并运行于其上的。此外，加密单元2、第一汽车诊断仪4等部分也是通过连接到计算机1上的外设接口而与它进行相应的数据通讯的。
对于仿真运行模型3而言，它是用来仿真模拟真实汽车ECU的运行情形，因此是本系统的关键组成部分之一。如前所述，可以通过使用与汽车诊断仪相配套的开发工具或者通用编程手段来构建该仿真运行模型3，使其能够根据所输入的种子号请求信号反馈输出相应的种子号，并且还可以在仿真运行模型3内存储上与实际存储于汽车ECU中寄存器内的原始密钥相一致的密钥，以便供使用者在研发设计过程中不必经由汽车ECU的实际测试环境就能完成密钥验证工作。
在本系统中，加密单元2可以采用连接于计算机1的外设接口10上的加密锁(即俗称的“加密狗”装置)来加以实现，其功能在于用来真实模拟实现汽车ECU中加密控件的密钥生成功能并且保证二者的加密处理方式完全一致。
在图3中还示出了处理单元5，将它设置成与加密单元2进行通讯连接以便进行交互数据，然后通过与该处理单元5相通讯的解析单元6来解析这些交互数据以从中获得由加密单元2生成的密钥。
如前所述，第一汽车诊断仪4也是本系统的关键组成部分之一，它是经由外设接口10连接到计算机1上进行数据通讯，并且经由并行接口11连接到供电装置8进行电力供应(例如，通常采用12V直流电)，同时连接到数据链路连接器9。这样的第一汽车诊断仪4是可以通过商业购买获得的，通常它应当集成了诊断、节点/ECU仿真、数据获取、自动测试和车内通信网络监控等功能，同时支持CAN、LIN、Kline、J1850VPW、ISO9141、Keyword2000等汽车行业普遍应用的协议。关于第一汽车诊断仪4在本系统中的基本用途和功能，由于在之前涉及汽车ECU密钥仿真实现方法的内容中已对其中的汽车诊断仪进行了详细说明，因此可以参考这些内容而在此不再重复叙述。
另外，对于解析单元6而言，可以在优选情形下同样采用汽车诊断仪来加以实现，而更优选的情形下可以采用与第一汽车诊断仪4完全相同的汽车诊断仪。在采用汽车诊断仪来实现解析单元6的情况下，也可以通过使用常规编程手段来计算机1中实现上述的处理单元5的功能。
作为本发明中的汽车ECU密钥仿真实现系统的另一个具体示例，在图4中对它的组成情况进行了图示。与图3中的前述示例进行对比之后，可以发现它们的基本构造大致相同，区别之处在于：在图4示例中，它还增设了记录和显示模块7，该记录和显示模块7被设置在上述的处理单元5中用于记录和/或显示安全算法号、种子号和密钥中的至少一个，从而便于使用者能够在需要时非常直观、快捷、方便地查看和使用这些数据。
以上列举了若干具体实施例来详细阐明本发明的汽车ECU密钥仿真实现方法、汽车ECU密钥仿真实现系统以及汽车ECU密钥仿真验证方法，这些个例仅供说明本发明的原理及其实施方式之用，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以做出各种变形和改进。因此，所有等同的技术方案均应属于本发明的范畴并为本发明的各项权利要求所限定。
Claims (10)
1.一种汽车ECU密钥仿真实现方法，其特征在于，该方法包括步骤：
在计算机中构建并运行汽车ECU的仿真运行模型；
将加密单元与所述计算机通讯连接，所述加密单元与所述汽车ECU中用于生成密钥的加密控件具有相同的加密处理业务规则；
将汽车诊断仪与所述计算机和车载总线通讯连接，通过所述汽车诊断仪设定所需的安全算法号并向所述仿真运行模型发送信号请求种子号；
将所述安全算法号和从所述仿真运行模型反馈输出的种子号发送给所述加密单元并由其生成与所述安全算法号和种子号相关联的密钥；以及
与所述加密单元进行通讯以解析获得所述密钥。
2.根据权利要求1所述的汽车ECU密钥仿真实现方法，其特征在于，所述方法还包括记录和/或显示所述安全算法号、种子号和密钥中至少一个的步骤。
3.根据权利要求1或2所述的汽车ECU密钥仿真实现方法，其特征在于，所述仿真运行模型是通过使用所述汽车诊断仪的集成开发工具来构建形成的。
4.根据权利要求1或2所述的汽车ECU密钥仿真实现方法，其特征在于，所述加密单元是连接于所述计算机的外设接口上的加密锁。
5.一种汽车ECU密钥仿真验证方法，其特征在于，该方法包括步骤：
根据权利要求1-4中任一项所述的汽车ECU密钥仿真实现方法获得由所述加密单元生成的密钥；以及
将所获得的密钥与预先存储于所述汽车ECU的仿真运行模型中的密钥进行比较：如果二者相同则能够通过所述汽车ECU的密钥验证，否则不能通过其密钥验证，所述预先存储于所述汽车ECU的仿真运行模型中的密钥与实际存储于所述汽车ECU中寄存器内的原始密钥相一致。
6.一种汽车ECU密钥仿真实现系统，其特征在于，所述系统包括：
计算机，其内运行有所述汽车ECU的仿真运行模型，所述仿真运行模型被设置成能根据所输入的种子号请求信号反馈输出种子号；
加密单元，其与所述计算机通讯连接，所述加密单元被设置成与所述汽车ECU中用于生成密钥的加密控件具有相同的加密处理业务规则，以便能根据所输入的安全算法号和种子号生成与它们相关联的密钥；
第一汽车诊断仪，其分别与所述计算机和车载总线通讯连接，所述第一汽车诊断仪用于设定所需的安全算法号并向所述仿真运行模型发送种子号请求信号；
处理单元，其位于所述计算机中，并且与所述加密单元通讯连接以交互数据，所述数据包括通过所述汽车诊断仪设定的安全算法号、由所述仿真运行模型反馈输出的种子号、由所述加密单元生成的密钥；以及
解析单元，其与所述处理单元通讯连接以解析获得由所述加密单元生成的密钥。
7.根据权利要求6所述的汽车ECU密钥仿真实现系统，其特征在于，所述解析单元是第二汽车诊断仪。
8.根据权利要求7所述的汽车ECU密钥仿真实现系统，其特征在于，所述第二汽车诊断仪与所述第一汽车诊断仪采用相同的设备。
9.根据权利要求6所述的汽车ECU密钥仿真实现系统，其特征在于，所述处理单元中还设置有记录和显示模块，其用于记录和/或显示所述安全算法号、种子号和密钥中的至少一个。
10.根据权利要求6-9中任一项所述的汽车ECU密钥仿真实现系统，其特征在于，所述加密单元是连接于所述计算机的外设接口上的加密锁。
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| CN111897545A (zh) * | 2020-06-28 | 2020-11-06 | 东风汽车集团有限公司 | 应用于ecu的安全访问方法和系统 |
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| CN102779089A (zh) | 2012-11-14 |
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