DE102007058975B4 - Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einem Master Security Modul - Google Patents

Bordnetz eines Kraftfahrzeugs mit einem Master Security Modul Download PDF

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Abstract

Bordnetz-System eines Kraftfahrzeugs mit Steuergeräten, die über einen Datenbus miteinander kommunizieren, wobei- in einem ersten Steuergerät ein Master Security Modul und in einer Vielzahl der weiteren zweiten Steuergeräte jeweils ein Client Security Modul vorgesehen ist,- das Master Security Modul des ersten Steuergeräts, vorzugsweise ein zentrales Gateway-Steuergerät, eine Nachricht signiert und die signierte Nachricht an mindestens eines der zweiten Steuergeräte über den Datenbus sendet,- das Client Security Modul des zweiten Steuergeräts die vom Master Security Modul empfangene signierte Nachricht daraufhin überprüft, ob sie von einem autorisierten Master Security Modul stammt,- das Master Security Modul mit den Client Security Modulen einen geheimen symmetrischen Kommunikationsschlüssel zur Verschlüsselung der Kommunikation zwischen dem Master Security Modul und dem Client Security Modul austauscht, und- jedes der ein Client Security Modul aufweisenden zweiten Steuergeräte eine Diagnose-Adresse aufweist und in die Ableitung des jeweiligen Kommunikationsschlüssels die Diagnose-Adresse eingeht.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Bordnetz-System eines Kraftfahrzeugs mit Steuergeräten, die über einen Datenbus miteinander kommunizieren, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.
  • Es ist bekannt, bei der Programmierung von Steuergeräten eines Kraftfahrzeugs eine Signaturprüfung vorzunehmen. Ein Austausch eines originalen Steuergeräts gegen ein Steuergerät, das mit einer veränderten Software oder Hardware versehen ist, kann von dem bekannten Fahrzeug-Bordnetz nicht erkannt werden.
  • DE 102 13 658 B4 beschreibt ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen Komponenten der Bordelektronik eines Fahrzeugs. DE 199 55 545 A1 beschreibt ein Steuersystem für ein Kraftfahrzeug. DE 100 08 973 B4 beschreibt ein Autorisierungsverfahren mit Zertifikat. Menezes,J.,u.a.:Handbook of applied cryptography.Boca Raton,u.a.,CRC Press, 1997,ISBN:0-8493-8523-7,S.35-39 beschreibt diverse Aspekte der Kryptographie.
  • Aufgabe der Erfindung ist die Erkennung von Manipulationen am Bordnetz eines Kraftfahrzeugs, insbesondere an der Software der Steuergeräte des Bordnetzes, und die Ableitung geeigneter Maßnahmen.
  • Diese Aufgabe wird durch ein Bordnetz-System mit den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind Gegenstand der abhängigen Ansprüche.
  • Ein bekanntes Bordnetz-System eines Kraftfahrzeugs mit Steuergeräten, die über einen Datenbus miteinander kommunizieren, wird erfindungsgemäß dadurch weitergebildet, dass in einem ersten Steuergerät ein Master Security Modul und in einer Vielzahl der weiteren zweiten Steuergeräte jeweils ein Client Security Modul vorgesehen ist. Das Master Security Modul des ersten Steuergeräts, vorzugsweise ein zentrales Gateway-Steuergerät, signiert eine Nachricht und sendet die signierte Nachricht an mindestens eines der zweiten Steuergeräte über den Datenbus. Das Client Security Modul des zweiten Steuergeräts überprüft die vom Master Security Modul empfangene signierte Nachricht daraufhin, ob sie von einem autorisierten Master Security Modul stammt.
  • Eine Manipulation von Steuergeräten oder ein unautorisierter Austausch eines Steuergeräts kann auf der Basis der erfindungsgemäßen Weiterbildung des Stands der Technik sicher erkannt und geeignete Maßnahmen ergriffen werden.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass das Master Security Modul mit den Client Security Modulen einen geheimen symmetrischen Kommunikationsschlüssel zur Verschlüsselung der Kommunikation zwischen dem Master Security Modul und dem Client Security Modul, vorzugsweise einen AES-Schlüssel, austauscht.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung wird der Austausch des geheimen symmetrischen Schlüssels durch einen oder mehrere Diagnosebefehle angestoßen, vorzugsweise im Werk oder in einer Werkstatt des Fahrzeugherstellers.
  • Durch die vorstehenden Weiterbildungen wird die Sicherheit gegen Manipulationen zusätzlich erhöht.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Absicherung der Übertragung des geheimen symmetrischen Schlüssels auf der Basis eines oder mehrerer Transportschlüssel erfolgt, die der Zulieferer des Steuergeräts, das das Client Security Modul aufweist, vorab in einen sicheren Speicher des Steuergeräts eingebracht hat. Vorzugsweise ist der Speicher gegen ein Lesen und gegen ein Überschreiben geschützt und der Transportschlüssel ist bevorzugt ein symmetrischer AES-Schlüssel.
  • Die Absicherung der Übertragung kann erfindungsgemäß kostengünstig und dennoch sicher realisiert werden.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Master Security Modul einen Kommunikationsschlüssel mit dem Transportschlüssel verschlüsselt, der verschlüsselte Kommunikationsschlüssel zu mindestens einem Client Security Modul übertragen wird. Unter Verwendung des im sicheren Speicher des entsprechenden zweiten Steuergeräts gespeicherten Transportschlüssels wird der verschlüsselte Kommunikationsschlüssel entschlüsselt und das zweite Steuergerät verwendet den bei der Entschlüsselung gewonnenen Kommunikationsschlüssel zur Verschlüsselung von Nachrichten, die das zweite Steuergerät an das Master Security Modul sendet.
  • Diese Maßnahme führt zu einer zusätzlichen Erhöhung der Sicherheit gegen eine Manipulation.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass vom Master Security Modul erzeugte und mit dem Transportschlüssel verschlüsselte Kommunikationsschlüssel von einem symmetrischen AES-Schlüssel abgeleitet werden, wobei der AES-Schlüssel einen Master-Schlüssel darstellt und für mindestens den überwiegenden Teil der Client Security Module jeweils ein eigener Kommunikationsschlüssel abgeleitet wird.
  • Durch diese erfindungsgemäße Maßnahme kann eine günstige Schlüssel-Logistik realisiert werden.
  • Erfindungsgemäß ist vorgesehen, dass jedes der ein Client Security Modul aufweisenden zweiten Steuergeräte eine Diagnose-Adresse aufweist und in die Ableitung des jeweiligen Kommunikationsschlüssels die Diagnose-Adresse eingeht.
  • Auf diese Weise ist sichergestellt, dass die ausgetauschten Kommunikationsschlüssel sowohl fahrzeugindividuell als auch steuergeräteindividuell sind. Die ein Client Security Modul aufweisenden zweiten Steuergeräte haben jeweils einen anderen Kommunikationsschlüssel, so dass selbst in ein und demselben Fahrzeug zweite Steuergeräte mit unterschiedlichen Kommunikationsschlüsseln verbaut sind.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Master Security Modul eine gegen Manipulationen gesicherte Daten-Schnittstelle aufweist, über die Transportschlüssel übertragen und in dem ersten Steuergerät in gegen Lesen und Überschreiben geschützt gespeichert werden.
  • Hierdurch wird in kostengünstiger Weise erreicht, dass das erfindungsgemäße Bordnetz-System einfach gewartet werden kann, insbesondere durch die Übertragung neuer Transportschlüssel.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Master Security Modul und jeweils ein Client Security Modul sich auf der Basis eines Kommunikationsschlüssels authentifizieren, wobei das Client Security Modul bevorzugt bei Erkennen eines Fehlers das Master Security Modul hiervon unterrichtet.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass zwischen dem Master Security Modul und einem Client Security Modul ein Fingerprint bzw. Hashwert eines bestimmten Speicherbereichs des zweiten Steuergeräts mit dem Client Security Modul ausgetauscht und eine Veränderung dieses Speicherbereichs, insbesondere im Fahrbetrieb, überwacht wird. Hierdurch können Manipulationen erkannt und unterbunden werden.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Master Security Modul ein individuelles Schlüsselpaar, bevorzugt ein RSA-Schlüsselpaar, und ein zugehöriges Zertifikat, insbesondere ein X.509 Zertifikat, verwaltet und sich das mit dem Master Security Modul versehene Fahrzeug gegenüber einer fahrzeugexternen Instanz authentisiert.
  • Bei einer bevorzugten Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass das Master Security Modul und/oder das Client Security Modul eine Programmierschnittstelle bzw. ein Application Programming Interface mit kryptografischen Funktionen zur Verfügung stellt, die von Software-Applikationen innerhalb des Fahrzeugs genutzt werden.
  • Speicher- und rechenintensive asymmetrische kryptografische Verfahren finden bevorzugt nur zwischen dem Master Security Modul des ersten Steuergeräts und einer fahrzeugexternen Einrichtung statt. Dies geschieht beispielsweise bei der drahtlosen Übertragung von neuer Software in ein Steuergerät im Rahmen einer Wartung oder einer Reparatur bei einem sogenannten TeleService-Vorgang. Beim Datenaustausch zwischen dem ersten Steuergerät und dem zweiten Steuergerät werden bevorzugt wenig Speicher- und rechenintensive symmetrische kryptografische Verfahren verwendet. Auf diese Weise wird der Speicherbedarf für eine Security Plattform im Fahrzeug minimiert.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Client Security Modul ein Teil des Software Standard Cores des zweiten Steuergeräts ist.
  • Bei einer Weiterbildung der Erfindung ist vorgesehen, dass das Master Security Modul während der Fahrt des Fahrzeugs, vorzugsweise einmal pro Fahrtzyklus, die Client Security Module veranlasst, die Softwaresignatur der in den zweiten Steuergeräten enthaltenen Steuergeräte-Ablaufsteuerungen bzw. Steuergeräte Programme zu prüfen und das Ergebnis der Überprüfung an das Master Security Modul übermittelt wird.
  • Hierdurch werden die Rechen-Ressourcen des erfindungsgemäßen Bordnetz-Systems geschont bzw. Kosten gespart und dennoch eine hinreichend regelmäßige Überprüfung auf Manipulationen erreicht.
  • Bei einer Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass bei einer abweichenden Softwaresignatur eine entsprechende Diagnosenachricht im Fahrzeug, insbesondere auf dem Datenbus des Fahrzeugs, bereitgestellt wird.
  • Bei einer Weiterbildung dieser Ausführungsform der Erfindung ist vorgesehen, dass die Bereitstellung der entsprechenden Diagnosenachricht mindestens eines der zweiten Steuergeräte, das das Client Security Modul aufweist, oder ein drittes Steuergerät ohne Client Security Modul veranlasst, eine vorbestimmte Maßnahme durchzuführen.
  • Bei einer Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Maßnahme darin besteht, dem Fahrer eine entsprechende Warnmeldung anzuzeigen oder eine Wegfahrsperre nach dem Abstellen des Fahrzeugs zu aktivieren.

Claims (16)

  1. Bordnetz-System eines Kraftfahrzeugs mit Steuergeräten, die über einen Datenbus miteinander kommunizieren, wobei - in einem ersten Steuergerät ein Master Security Modul und in einer Vielzahl der weiteren zweiten Steuergeräte jeweils ein Client Security Modul vorgesehen ist, - das Master Security Modul des ersten Steuergeräts, vorzugsweise ein zentrales Gateway-Steuergerät, eine Nachricht signiert und die signierte Nachricht an mindestens eines der zweiten Steuergeräte über den Datenbus sendet, - das Client Security Modul des zweiten Steuergeräts die vom Master Security Modul empfangene signierte Nachricht daraufhin überprüft, ob sie von einem autorisierten Master Security Modul stammt, - das Master Security Modul mit den Client Security Modulen einen geheimen symmetrischen Kommunikationsschlüssel zur Verschlüsselung der Kommunikation zwischen dem Master Security Modul und dem Client Security Modul austauscht, und - jedes der ein Client Security Modul aufweisenden zweiten Steuergeräte eine Diagnose-Adresse aufweist und in die Ableitung des jeweiligen Kommunikationsschlüssels die Diagnose-Adresse eingeht.
  2. System nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der geheime symmetrischen Kommunikationsschlüssel ein AES-Schlüssel ist.
  3. System nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass der Austausch des geheimen symmetrischen Schlüssels durch einen oder mehrere Diagnosebefehle angestoßen wird, vorzugsweise im Werk oder in einer Werkstatt des Fahrzeugherstellers.
  4. System nach einem der Ansprüche 2-3, dadurch gekennzeichnet, dass die Absicherung der Übertragung des geheimen symmetrischen Schlüssels auf der Basis eines oder mehrerer Transportschlüssel erfolgt, die der Zulieferer des Steuergeräts, das das Client Security Modul aufweist, vorab in einem sicheren Speicher des Steuergeräts eingebracht hat, der vorzugsweise gegen ein Lesen- und gegen ein Überschreiben geschützt ist und der Transportschlüssel bevorzugt ein symmetrischer AES-Schlüssel ist.
  5. System nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass das Master Security Modul einen Kommunikationsschlüssel mit dem Transportschlüssel verschlüsselt, der verschlüsselte Kommunikationsschlüssel zu mindestens einem Client Security Modul übertragen, unter Verwendung des im sicheren Speicher des entsprechenden zweiten Steuergeräts gespeicherten Transportschlüssels entschlüsselt wird und das zweite Steuergerät den bei der Entschlüsselung gewonnenen Kommunikationsschlüssel zur Verschlüsselung von Nachrichten verwendet, die das zweite Steuergerät an das Master Security Modul sendet.
  6. System nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, dass vom Master Security Modul erzeugte und mit dem Transportschlüssel verschlüsselte Kommunikationsschlüssel von einem symmetrischen AES-Schlüssel abgeleitet werden, wobei der AES-Schlüssel einen Master-Schlüssel darstellt und für mindestens den überwiegenden Teil der Client Security Module jeweils ein eigener Kommunikationsschlüssel abgeleitet wird.
  7. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Master Security Modul eine gegen Manipulationen gesicherte Daten-Schnittstelle aufweist, über die Transportschlüssel übertragen und in dem ersten Steuergerät gegen Lesen und Überschreiben geschützt gespeichert werden.
  8. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Master Security Modul und jeweils ein Client Security Modul sich auf der Basis eines Kommunikationsschlüssels authentifizieren, wobei das Client Security Modul bevorzugt bei Erkennen eines Fehlers das Master Security Modul hiervon unterrichtet.
  9. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass zwischen dem Master Security Modul und einem Client Security Modul ein Fingerprint bzw. Hashwert eines bestimmten Speicherbereichs des zweiten Steuergeräts mit dem Client Security Modul ausgetauscht und eine Veränderung dieses Speicherbereichs, insbesondere im Fahrbetrieb, überwacht wird.
  10. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Master Security Modul ein individuelles Schlüsselpaar, bevorzugt ein RSA-Schlüsselpaar, und ein zugehöriges Zertifikat, insbesondere ein X.509 Zertifikat, verwaltet und sich das mit dem Master Security Modul versehene Fahrzeug gegenüber einer fahrzeugexternen Instanz authentisiert.
  11. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Master Security Modul und/oder das Client Security Modul eine Programmierschnittstelle bzw. ein Application Programming Interface mit kryptografischen Funktionen zur Verfügung stellt, die von Software-Applikationen innerhalb des Fahrzeugs genutzt werden.
  12. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Client Security Module ein Teil des Software Standard Cores des zweiten Steuergeräts ist.
  13. System nach einem der vorstehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Master Security Modul während der Fahrt des Fahrzeugs, vorzugsweise einmal pro Fahrtzyklus, die Client Security Module veranlasst, eine Softwaresignatur der in den zweiten Steuergeräten enthaltenen Steuergeräte-Programme zu prüfen und das Ergebnis der Überprüfung an das Master Security Modul übermittelt wird.
  14. System nach Anspruch 13, dadurch gekennzeichnet, dass bei einer abweichenden Softwaresignatur eine entsprechende Diagnosenachricht im Fahrzeug, insbesondere auf dem Datenbus des Fahrzeugs, bereitgestellt wird.
  15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, dass die Bereitstellung der entsprechenden Diagnosenachricht mindestens eines der zweiten Steuergeräte, das das Client Security Modul aufweist, oder ein drittes Steuergerät ohne Client Security Modul veranlasst, eine vorbestimmte Maßnahme durchzuführen.
  16. System nach Anspruch 15, dadurch gekennzeichnet, dass die Maßnahme darin besteht, dem Fahrer eine entsprechende Warnmeldung anzuzeigen oder eine Wegfahrsperre nach dem Abstellen des Fahrzeugs zu aktivieren.
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