DE102007031738B4 - Method and system for securing the data transmission between at least two on-board electronic components of a motor vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren
zur Sicherung der Datenübertragung
zwischen mindestens zwei Bordelektronikkomponenten (100, 200) eines
Kraftfahrzeugs mittels eines Codes, wobei die Bordelektronikkomponenten
(100, 200) Signale austauschen, wobei jeweils eine Folge von Signalen zur
Verwirklichung einer Funktion dient und bei jeder Signalfolge ein
aktueller Code zur Absicherung der Funktion verwendet wird, wobei
der Code für
eine Signalfolge zum Verwirklichen einer vorbestimmten Funktion
bereits vor Abruf der Funktion ermittelt wird,
dadurch gekennzeichnet,
dass
eine erste, von einer Signalfolge zu verwirklichende Funktion
zu mindestens einer weiteren, von einer Signalfolge zu verwirklichenden
Funktion in Beziehung steht, und
bei jeder zur Verwirklichung
der ersten Funktion dienenden Signalfolge eine aktuelle Zufallsbitfolge
erzeugt wird und aus dieser Zufallsbitfolge ein Code zur Absicherung
der ersten Funktion ermittelt wird, und nach Abschluss der jeweiligen
zur Verwirklichung der ersten Funktion dienenden Signalfolge zur
Absicherung der mindestens einen weiteren Funktion jeweils ein weiterer
Code auf der Grundlage der bereits erzeugten aktuellen...Method for securing the data transmission between at least two on-board electronic components (100, 200) of a motor vehicle by means of a code, the on-board electronic components (100, 200) exchanging signals, one sequence of signals being used to implement a function and one current code for each signal sequence Safeguarding the function is used, wherein the code for a signal sequence for realizing a predetermined function is already determined prior to calling the function,
characterized in that
a first function to be realized by a signal sequence is related to at least one further function to be realized by a signal sequence, and
at each serving for the realization of the first function signal sequence, a current random bit sequence is generated and from this random bit sequence a code for securing the first function is determined, and after completion of each serving to realize the first function signal sequence to secure the at least one other function in each case another Code based on the already generated current ...
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Sicherung der Datenübertragung zwischen mindestens zwei Bordelektronikkomponenten eines Kraftfahrzeugs mittels eines Codes, wobei die Bordelektronikkomponenten Signale austauschen, wobei jeweils eine Folge von Signalen zur Verwirklichung einer Funktion dient und bei jeder Signalfolge ein aktueller Code zur Absicherung der Funktion verwendet wird, wobei der Code für eine Signalfolge zum Verwirklichen einer vorbestimmten Funktion bereits vor Abruf der Funktion ermittelt wird, sowie ein entsprechendes System zur Sicherung der Datenübertragung innerhalb der Bordelektronik eines Kraftfahrzeugs.The The present invention relates to a method for securing data transmission between at least two on-board electronic components of a motor vehicle by means of a code, wherein the on-board electronic components signals exchange, each with a sequence of signals to achieve a Function serves and with each signal sequence a current code for Hedging the function is used, with the code for a signal sequence to realize a predetermined function already before call the function is determined, as well as a corresponding system for Securing the data transfer within the on-board electronics of a motor vehicle.
Zur
Sicherung von Kraftfahrzeugen gegen Diebstahl oder andere unberechtigte
Eingriffe sind bereits eine Vielzahl von Abwehrmechanismen entwickelt
worden. Beispielsweise ist aus der
Ein ähnliches
Verfahren ist aus der
Allerdings nimmt die Berechnung der Codierung Zeit in Anspruch. Die typischen Automotive-Steuergeräte benötigen dabei eine relativ lange Rechenzeit. Daher wird bei der Datenübertragung über einen Datenbus in vielen Fällen, insbesondere bei zeitkritischen Funktionen, die über eine Bus-Vernetzung ausgelöst werden, auf eine kryptografische Absicherung verzichtet. Dies hat den Nachteil, dass die zugehörigen Signale über einfache Mittel am Bus manipuliert werden können, und somit die entsprechenden Funktionen auch illegal von anderen Steuereinheiten ausgelöst werden können.Indeed takes the calculation of the coding time. The typical Automotive ECUs need doing a relatively long computing time. Therefore, in the data transfer via a Data bus in many cases, especially for time-critical functions that are triggered via bus networking, waived cryptographic protection. This has the disadvantage that the associated Signals over simple means can be manipulated on the bus, and thus the corresponding Functions can also be triggered illegally by other control units can.
Aus
der
Es ist die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Verfahren und ein System zur Sicherung der Datenübertragung zwischen mindestens zwei Bordelektronikkomponenten eines Kraftfahrzeugs anzugeben, die eine kryptografische Absicherung von Funktionen mit möglichst geringer Verzögerung ermöglichen.It is the object of the present invention, a method and a System for securing data transmission specify between at least two on-board electronic components of a motor vehicle, the one cryptographic security of functions with as possible allow low delay.
Diese Aufgabe wird gelöst durch ein Verfahren gemäß Patentanspruch 1 und durch ein System gemäß Patentanspruch 11.These Task is solved by a method according to claim 1 and by a system according to claim 11th
Erfindungsgemäß steht eine erste, von einer Signalfolge zu verwirklichende Funktion zu mindestens einer weiteren, von einer Signalfolge zu verwirklichenden Funktion in Beziehung. Insbesondere kann es sich bei der mindestens einen weiteren Funktion um eine zeitkritische Funktion handeln, bei der die zur Ausführung der Funktion benötigte Zeit eine Rolle spielt. Darunter fallen Funktionen, bei denen sich eine Verzögerung für den Benutzer spürbar bemerkbar macht, wie beispielsweise die Funktion des Aufschließens der Fahrzeugtüre beim schlüssellosen Zugang (keyless entry) zum Kraftfahrzeug, bei dem, nachdem sich der Benutzer mittels einer Identifikationseinrichtung bei einer zentralen Steuereinheit des Kraftfahrzeugs identifiziert hat, ein Ziehen am Türgriff die Tür öffnen soll.According to the invention, a first function to be realized by a signal sequence is related to at least one further function to be realized by a signal sequence. In particular, the at least one further function may be a time-critical function in which the time required to execute the function plays a role. This includes functions that noticeably affect the user's delay bar, such as the function of unlocking the vehicle door keyless entry to the motor vehicle, in which, after the user has identified by means of an identification device at a central control unit of the motor vehicle, a pull on the door handle to open the door.
Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird eine eine Funktion verwirklichende Signalfolge durch die Signale gebildet, die im Zusammenhang mit dieser Funktion zwischen den an der Ausführung der Funktion beteiligten Bordelektronikkomponenten ausgetauscht werden.in the In the context of the present application, a function is realized Signal sequence formed by the signals associated with this function between those involved in the execution of the function On-board electronics components are exchanged.
Die Datenübertragung zwischen den Bordelektronikkomponenten findet insbesondere über einen offenen Datenbus statt. Im Rahmen der vorliegenden Anmeldung wird aber auch eine den Fahrzeugschlüssel ersetzende Identifikationseinrichtung, die drahtlos mit im Kraftfahrzeug selbst angesiedelten Einrichtungen kommuniziert, als Teil der Bordelektronik betrachtet, und das erfindungsgemäße Verfahren läßt sich auch zur Sicherung der Datenübertragung zwischen dieser Identifikationseinrichtung und im Kraftfahrzeug befindlichen Bordelektronikkomponenten anwenden.The data transfer between the on-board electronic components takes place in particular via a open data bus instead. In the context of the present application is but also the vehicle key replacing identification device, the wireless with in the vehicle self-established facilities communicates as part of the on-board electronics considered, and the inventive method can be also to secure the data transfer between this identification device and in the motor vehicle apply the on-board electronic components.
Weiterhin wird erfindungsgemäß bei jeder zur Verwirklichung der ersten Funktion dienenden Signalfolge eine aktuelle Zufallsbitfolge erzeugt und aus dieser Zufallsbitfolge ein Code zur Absicherung der ersten Funktion ermittelt, während nach Abschluss der jeweiligen zur Verwirklichung der ersten Funktion dienenden Signalfolge zur Absicherung der mindestens einen weiteren Funktion jeweils ein weiterer Code auf der Grundlage der bereits erzeugten aktuellen Zufallsbitfolge ermittelt wird. So kann die zur Ausführung der weiteren Funktion benötigte Zeit um die Zeit verkürzt werden, die zur Erzeugung und Versendung einer Zufallsbitfolge und zum Ermitteln eines Codes auf der Grundlage dieser Zufallsbitfolge benötigt wird. Auf diese Weise wird die Ausführung der weiteren Funktion quasi in Echtzeit ermöglicht. Dass der weitere Code zur Absicherung der weiteren Funktion auf der Grundlage der bereits im Rahmen der Absicherung der ersten Funktion erzeugten Zufallsbitfolge ermittelt wird, hat außerdem den Vorteil, dass dadurch sichergestellt wird, dass der weitere Code auch gültig ist. Dass die zur Verwirklichung der ersten Funktion dienende Signalfolge abgeschlossen wurde, zeigt nämlich, dass bei der Ermittlung des ersten Codes kein Fehler aufgetreten ist und die Zufallsbitfolge daher richtig übermittelt wurde.Farther According to the invention in every Realization of the first function signal sequence a current Random bit sequence generates and from this random bit sequence a code to secure the first function, while after completion of the respective for the realization of the first function serving signal sequence for Securing the at least one further function in each case another Code based on the already generated current random bit sequence is determined. So that can be used to perform the other function needed Time shortened by the time which are used to generate and send a random bit sequence and is needed to determine a code based on this random bit sequence. In this way, the execution of the allows more functionality in real time. That the further code to secure the further function on the basis of already as part of the hedge of the first function generated random bit sequence has identified as well the advantage that this ensures that the other code also valid is. That the serving for the realization of the first function signal sequence completed, shows that that no error occurred when determining the first code is and the random bit sequence has therefore been transmitted correctly.
Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird ein Code mittels eines gemeinsamen Verschlüsselungsalgorithmus und eines gemeinsamen Schlüssels, die in jeder an der Verwirklichung einer Funktion beteiligten Bordelektronikkomponente gespeichert sind, berechnet. Es wird also ein sogenannter symmetrischer Schlüssel verwendet. Alternativ dazu kann aber auch ein asymmetrischer Schlüssel benutzt werden, was bedeutet, dass für das Verschlüsseln und das Entschlüsseln verschiedene Schlüssel angewendet werden. Der Verschlüsselungsalgorithmus, auch Krypto-Algorithmus genannt, ist insbesondere in einem Programmcode enthalten, der in einem ROM-Speicher der jeweiligen Bordelektronikkomponente gespeichert ist. Ein Verschlüsselungsalgorithmus hat die Eigenschaft, dass er nicht zurückgerechnet werden kann. Der Schlüssel ist bevorzugt in einem nicht flüchtigen Speicher, beispielsweise einem EEPROM, gespeichert.at a preferred embodiment The invention is a code by means of a common encryption algorithm and a common key, stored in every on-board electronic component involved in the realization of a function are calculated. So it uses a so-called symmetric key. Alternatively, an asymmetric key may be used which means that for that encode and decrypting different keys be applied. The encryption algorithm, also called crypto-algorithm, is in particular in a program code contained in a ROM memory of the respective on-board electronics component is stored. An encryption algorithm has the property that it can not be recalculated. Of the key is preferred in a non-volatile Memory, such as an EEPROM, stored.
Gemäß einer besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der weitere Code zur Absicherung der mindestens einen weiteren Funktion aus einer aus der erzeugten aktuellen Zufallsbitfolge mittels einer mathematischen Operation berechneten Zufallsbitfolge ermittelt. Bei der mathematischen Operation kann es sich beispielsweise um Invertieren der im Rahmen der Absicherung der ersten Funktion erzeugten aktuellen Zufallsbitfolge oder um das Hinzuaddieren eines Bits zu dieser Zufallsbitfolge handeln. Die mathematische Operation ist vorzugsweise im Programmcode vorbereitet.According to one particularly preferred embodiment the invention, the other code for hedging the at least another function from one of the generated random bit sequence random bit sequence calculated by a mathematical operation determined. For example, the mathematical operation may be to invert in the context of hedging the first function generated actual random bit sequence or adding one Bits to act on this random bit sequence. The mathematical operation is preferably prepared in the program code.
Gemäß einer alternativen besonders bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der weitere Code zur Absicherung der mindestens einen weiteren Funktion aus dem Code zur Absicherung der ersten Funktion durch eine nochmalige Anwendung des Verschlüsselungsalgorithmusses ermittelt.According to one alternative particularly preferred embodiment of the invention the additional code to secure the at least one additional function from the code to secure the first function by a second Application of the encryption algorithm determined.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist jeder Funktion eine Kennung zur Identifikation der Funktion zugeordnet, die in die Ermittlung des Codes zur Absicherung der Funktion mit einfließt. Dies ist insbesondere dann vorteilhaft, wenn eine erste Funktion zu mehreren weiteren Funktionen in Beziehung steht. Beispielsweise können zusätzlich zur Funktion des Aufschließens der Fahrzeugtüre noch andere Funktionen, wie das Betätigen der zugehörigen Fensterheber vorgesehen sein. Da in diesem Fall für jede dieser weiteren alternativen Funktionen ein eigener Code vorausberechnet wird, können diese anhand der Kennung einer zugehörigen Funktion zugeordnet werden.According to one another preferred embodiment According to the invention, each function is an identifier for identification assigned to the function involved in the determination of the code for hedging the function is included. This is particularly advantageous when a first function related to several other functions. For example can additionally to the function of digestion the vehicle door still other functions, such as the operation of the associated windows be provided. Because in this case for each of these further alternative Functions a code is predicted, this can based on the identifier of an associated Be assigned function.
Bevorzugt handelt es sich bei der Datenübertragung um eine Datenübertragung zwischen einer zentralen Steuereinheit und mindestens einem Aktuator, die über einen offenen Datenbus verbunden sind, wobei jeder Aktuator im Ansprechen auf ein Auslösesignal von der zentralen Steuereinheit eine eigene aktuelle Zufallsbitfolge erzeugt und an die zentrale Steuereinheit sendet. Insbesondere kann es sich bei der zentralen Steuereinheit um die Zentralverriegelung des Kraftfahrzeugs und bei den Aktuatoren um Türsteuergeräte für die einzelnen Türen und die Heckklappe des Kraftfahrzeugs handeln. Zur Verwirklichung einer Wegfahrsperre kann es sich bei dem mindestens einen Aktuator auch um eine Motorsteuereinheit handeln, während die zentrale Steuereinheit entweder ebenfalls die Zentralverriegelung des Kraftfahrzeugs oder eine eigene Wegfahrsperre-Steuereinheit ist.Preferably, the data transmission is a data transmission between a central control unit and at least one actuator, which are connected via an open data bus, each actuator in response to a trigger signal from the central control unit generates its own current random bit sequence and sends it to the central control unit , In particular, the central control unit may be the central locking of the motor vehicle and the actuators Doors to door control devices for the individual doors and the tailgate of the motor vehicle act. To realize an immobilizer, the at least one actuator may also be an engine control unit, while the central control unit is either also the central locking of the motor vehicle or a separate immobilizer control unit.
Besonders bevorzugt dient die Datenübertragung zur Auslösung einer Aktion des mindestens einen Aktuators. Dabei ist die erste Funktion einer ersten Aktion des mindestens einen Aktuators zugeordnet und eine weitere Funktion einer zweiten zur ersten Aktion konträren Aktion des mindestens einen Aktuators. Dabei kann es sich um das Ab- und Aufschließen einer oder mehrerer Türen des Kraftfahrzeugs handeln. Nach der Aktion des Abschließens ist genug Zeit vorhanden, um den oder die Codes zum Absichern der Aktion des Aufschließens vorauszuberechnen. Beim Aufschließen stehen diese dann schon zur Verfügung, so dass sich für den Benutzer keine merkliche Wartezeit beim Öffnen der Türe ergibt. Insbesondere dient das Auslösen der ersten Aktion als Trigger zum Ermitteln des Codes zur Absicherung der weiteren Funktion.Especially Preferably, the data transmission is used for triggering an action of the at least one actuator. This is the first one Function associated with a first action of the at least one actuator and another function of a second action contrary to the first action of the at least one actuator. This can be the off and catch up one or more doors act of the motor vehicle. After the action of completing is enough Time exists to set the code (s) to secure the action of the unlocking predict. When unlocking these are then already to disposal, so for yourself the user does not give a noticeable waiting time when opening the door. In particular, serves the triggering the first action as a trigger to determine the code for protection the further function.
Gemäß einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung werden die Bordelektronikkomponenten nach Ermittlung des oder der zur Absicherung der mindestens einen weiteren Funktion dienenden Codes in einen Stromsparmodus, auch Low-Power-Modus genannt, versetzt. Da beim Aufwachen aus diesem Stromsparmodus eine Hochlaufzeit von etwa 20 ms bis 30 ms benötigt wird, ist es in diesem Fall besonders vorteilhaft, den oder die Codes zur Absicherung der mindestens einen weiteren Funkti on im Voraus zu ermitteln, so dass sich hierdurch keine weiteren Verzögerungen ergeben.According to one another preferred embodiment The invention relates to the on-board electronic components after determination the one or more to hedge the at least one other function serving code in a power-saving mode, also called low-power mode, added. Because when waking up from this power-saving mode, a startup time needed from about 20 ms to 30 ms It is particularly advantageous in this case, the or the Codes for securing the at least one other functi on in Advance so that there are no further delays result.
Schließlich handelt es sich bei einer weiteren bevorzugten Ausführungsform der Erfindung bei dem Code um eine Signatur, die allein oder zusammen mit zu übertragenden Daten übertragen wird und anhand der die Echtheit eines Signals geprüft wird. Insbesondere wird dazu eine von einer Bordelektronikkomponente empfangene Signatur mit der in dieser Bordelektronikkomponente gespeicherten Signatur verglichen.Finally it acts it is in a further preferred embodiment of the invention at the code for a signature to be transmitted alone or together with Transfer data and checking the authenticity of a signal. In particular, a received from an on-board electronic component Signature with the stored in this on-board electronic component Signature compared.
Die im Zusammenhang mit dem erfindungsgemäßen Verfahren vorgestellten Vorteile und bevorzugten Ausführungsformen gelten in entsprechender Weise für die erfindungsgemäße Vorrichtung.The presented in connection with the method according to the invention Advantages and preferred embodiments apply in a similar way to the device according to the invention.
Insbesondere umfassen die Mittel zum Ermitteln mindestens eines weiteren Codes gemäß einer bevorzugten Ausführungsform Mittel zum Feststellen des Auslösens einer ersten Aktion und Mittel zum Starten der Ermittlung des mindestens einen weiteren Codes im Ansprechen auf das Auslösen der ersten Aktion.Especially comprise the means for determining at least one other code according to a preferred embodiment Means for determining the triggering a first action and means for starting the determination of at least another code in response to the triggering of the first action.
Die Erfindung wird im Folgenden anhand der beiliegenden Zeichnungen, die ein bevorzugtes Ausführungsbeispiel darstellen, beschrieben.The The invention will be described below with reference to the attached drawings, in which the one preferred embodiment represent described.
Es zeigen:It demonstrate:
Die Erfindung soll im Folgenden anhand des Auf- und Abschließens der Türen eines Kraftfahrzeugs erläutert werden. Sie ist aber nicht auf dieses Beispiel beschränkt und kann auch auf andere Funktionen der Bordelektronik eines Kraftfahrzeugs angewendet werden.The Invention will be described below with reference to the opening and closing of the Doors of one Motor vehicle explained become. But it is not limited to this example and can also be used on other functions of the on-board electronics of a motor vehicle be applied.
Das
in
Die
Zentralverriegelung
Jeder
Aktuator
Im
Schritt
Gemäß einer
ersten bevorzugten Ausführungsform
des erfindungsgemäßen Verfahrens
wird in Schritt
Gemäß einer zweiten bevorzugten Ausführungsform wird, statt eine weitere Zufallsbitfolge zu berechnen, einfach der vorhandene Verschlüsselungsalgorithmus ein zweites Mal auf die im Rahmen des Abschließens erzeugte Signatur angewendet, um eine Signatur zum kryptografischen Absichern der Wiederinbetriebnahme des Kraftfahrzeugs zu ermitteln. Bei mehreren Funktionen fließt hierbei ebenfalls eine Kennung zur Identifizierung der Funktion in die Ermittlung dieser Signatur mit ein.According to one second preferred embodiment instead of calculating another random bit sequence, simply the existing encryption algorithm applied a second time to the signature generated during the completion to a signature for the cryptographic protection of the recommissioning of the motor vehicle to determine. For several functions flows here also an identifier for identifying the function in the determination this signature with.
Nachdem
die ermittelten Signaturen gespeichert sind, kann die im Kraftfahrzeug
befindliche Bordelektronik in den Stromsparmodus versetzt werden, was
im Schritt
Claims (11)
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