DE102009025585A1 - Vorrichtung zur dezentralen Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts - Google Patents

Vorrichtung zur dezentralen Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts Download PDF

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Abstract

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dezentralen Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts (3) für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Zentraleinheit (2), insbesondere einen Produktionsserver (5) und einen Kryptoserver (7) umfassend, zum Übertragen von Freischaltdaten (VIN1, VIN2, FSC1, FSC2, FSC3) und/oder zumindest eines privaten Schlüssels (PS). Erfindungsgemäß weist die Vorrichtung ein Freischaltmodul (1) auf, das zwischen der Zentraleinheit (2) und dem Steuergerät (3) schaltbar ist und mit dem eine begrenzte Anzahl (n) von Freischaltungen unabhängig von der Zentraleinheit (2) durchführbar ist.

Description

  • Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur dezentralen Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts nach dem Oberbegriff des Patentanspruches 1 sowie ein Verfahren zur Funktionsfreischaltung nach dem Patentanspruch 16.
  • In der Automobilindustrie werden Innovationen in zunehmendem Umfang durch Software realisiert. Hierbei erlaubt es die Leistungsfähigkeit der eingesetzten Hard-/Softwarearchitekturen, dass kundenrelevante Funktionen in einem Steuergerät zunächst grundsätzlich vorgehalten werden, diese jedoch für jede Fahrzeugbestellung individualisiert (de-)aktiviert werden können. Technisch/logistisch ergibt sich für den Hersteller der Vorteil, dass trotz vielfältiger Individualisierungsmöglichkeiten nur wenige unterschiedliche Varianten des Steuergeräts bereitgestellt werden müssen. Erst in einer Spätphase der Produktion wird der konkrete Funktionsumfang im Fahrzeug festgelegt.
  • Diesem Nutzen steht jedoch zunächst ein Entwicklungsaufwand entgegen, der erst durch den Verkauf der Funktionen erwirtschaftet werden muss. Der erwartete Verkaufserlös ist maßgeblich davon abhängig, dass eine Funktionsaktivierung auch tatsächlich vom Kunden bezahlt wird. Dies muss insofern abgesichert sein, dass einfache Manipulationen und unautorisierte Funktionsaktivierungen ausgeschlossen sind.
  • So beschreibt die WO 03/019337 A2 ein Verfahren zur Bereitstellung von Software zur Verwendung durch ein Steuergerät eines Fahrzeugs. Die Software wird vor ihrer Verwendung durch das Steuergerät unter Verwendung eines geheimen beziehungsweise privaten Schlüssels einer zentralen Software-Signaturstelle im Rahmen eines Public-Key-Verfahrens gegen Verfälschung signiert. Mit einem im Steuergerät hinterlegten öffentlichen Schlüssel wird die Signatur auf ihre Unverfälschtheit hin überprüft.
  • Um den unberechtigten Tausch oder die unberechtigte Weitergabe des Funktionsaktivierungscodes zu unterbinden, können in den Funktionsaktivierungscode zudem mehrere Fahrzeug- oder Kundenindividualisierungsmerkmale miteinbezogen werden. Zur Funktionsaktivierung werden dann vom Steuergerät neben der Signatur auch die Individualisierungsmerkmale des Funktionsaktivierungscodes überprüft.
  • Fließen verschiedene Individualisierungsmerkmale, wie zum Beispiel die Fahrgestellnummer und die Steuergerät-Seriennummer, in den Funktionsaktivierungscode ein, so ergibt sich das Problem, dass die verschiedenen Individualisierungsmerkmale zu unterschiedlichen Zeitpunkten während der Produktion eines Fahrzeugs bereitgestellt werden. So ist zum Beispiel die Seriennummer eines betroffenen Steuergeräts erst dann bekannt, wenn dieses im Fahrzeug verbaut wurde.
  • Zur Signatur der Daten muss eine hochverfügbare Online-Verbindung mit der zentralen Signaturstelle vorhanden sein. Die zentrale Signaturstelle kann beispielsweise ein einzelner Server sein, der für die Vergabe eines privaten Schlüssels an mehreren Standorten eines Konzerns verantwortlich ist. Bei einem Ausfall oder einer Störung des Servers kann es zu erheblichen Störungen im Produktionsablauf bis hin zum Stillstand der Fahrzeugproduktion kommen. Um im Produktionsumfeld einen prozesssicheren Betrieb zu gewährleisten, wird daher oftmals ein Schutzlevel akzeptiert, bei dem auf ein steuergeräteseitiges Individualisierungsmerkmal verzichtet wird.
  • Die Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Vorrichtung zur Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts bereitzustellen, welche einen hohen Sicherheitsstandard aufweist, ohne auf eine hochverfügbare Online-Verbindung angewiesen zu sein.
  • Die Aufgabe ist durch die Merkmale des Patentanspruchs 1 oder des Patentanspruchs 16 gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen offenbart.
  • Gemäß dem Patentanspruch 1 weist eine Vorrichtung zur Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Zentraleinheit zum Übertragen von Freischaltdaten und/oder zumindest eines privaten Schlüssels, ein Freischaltmodul auf, das zwischen der Zentraleinheit und dem Steuergerät schaltbar ist und mit dem eine begrenzte Anzahl von Freischaltungen unabhängig von der Zentraleinheit, d. h. dezentral, durchführbar ist.
  • Die Zentraleinheit ist insbesondere durch einen Produktionsserver und einen Kryptoserver gebildet. Besonders bevorzugt kann der Produktionsserver mittels einer Online-Verbindung die Freischaltdaten, etwa Fahrgestellnummern und Freischaltcodes, an das Freischaltmodul übertragen, wohingegen der Kryptoserver den privaten Schlüssel zum Signieren der Freischaltdaten sowie einen Freischaltzähler an das Freischaltmodul übertragen kann. Die Freischaltdaten, der private Schlüssel und der Freischaltzähler sind im Freischaltmodul zwischenspeicherbar, wodurch eine begrenzte Anzahl von Freischaltungen offline von der Zentraleinheit durchgeführt werden kann.
  • Insbesondere können die Freischaltdaten und der private Schlüssel in einem Ladeschritt oder einem Zwischenspeicherschritt in einem flüchtigen Speicher des Freischaltmoduls abgelegt werden. Dadurch, dass die Daten nicht statisch gespeichert werden, sind diese nach Abschalten der Versorgungsspannung nicht mehr verfügbar. Ein mechanischer Angriff auf das Freischaltmoduls, der das Abschalten der Versorgungsspannung erzwingt, ist daher erfolglos.
  • Bevorzugt können die Freischaltdaten zumindest ein Individualisierungsmerkmal, insbesondere eine Fahrgestellnummer, und zumindest einen dem Individualisierungsmerkmal zugeordneten Freischaltcode umfassen. Bei an das Steuergerät angeschlossenem Freischaltmodul kann die Fahrgestellnummer des Fahrzeugs vom Freischaltmodul ausgelesen werden und die zughörigen Freischaltcodes können gesucht werden. Zusätzlich kann vom Freischaltmodul ein Steuergerätidentifikationsmerkmal, insbesondere eine Steuergerätseriennummer auslesbar sein. Auf diese Weise kann die Benutzung der Freischaltdaten durch ein fremdes, nicht autorisiertes Steuergerät und somit eine unerlaubte Vervielfältigung der Freischaltcodes ausgeschlossen werden.
  • Insbesondere kann mittels des Freischaltmoduls auf Grundlage des ausgelesenen Individualisierungsmerkmals und/oder des Steuergerätidentifikationsmerkmals und/oder des zumindest einen Freischaltcodes ein Funktionsaktivierungscode generierbar sein. Bevorzugt kann der Funktionsaktivierungscode mit dem im flüchtigen Speicher gespeicherten Schlüssel signierbar sein. Dadurch ergibt sich der Vorteil, dass während des Generierens und Signierens des Funktionsaktivierungscodes keine Online-Verbindung mit dem Produktionsserver oder dem Kryptoserver gewährleistet sein muss.
  • Der signierte Funktionsaktivierungscode kann mittels eines im Steuergerät hinterlegten öffentlichen Schlüssels überprüfbar sein. Bei einem positiven Re sultat der Überprüfung durch das Steuergerät können Fahrzeugfunktionen entsprechend des Funktionsaktivierungscodes freigeschaltet werden.
  • Besonders bevorzugt kann der Freischaltzähler zum Bestimmen einer Anzahl von Signierungen im flüchtigen Speicher des Freischaltmoduls speicherbar sein. Beim Signieren kann der Freischaltzähler um eins dekrementiert werden. Bevorzugt kann ein Signieren nur durchführbar sein, solange der Freischaltzähler größer null ist. Auf diese Weise kann bei unerlaubter Entwendung des Freischaltmoduls nur eine begrenzte Anzahl an Freischaltungen vorgenommen werden, das heißt maximal die Anzahl des aktuellen Stands des Freischaltzählers.
  • Insbesondere kann das Freischaltmodul so ausgestaltet sein, dass die innere Datenhaltung und/oder die Informationsflüsse des Freischaltmoduls nicht von außen auslesbar sind. So kann gewährleistet sein, dass die auf dem Freischaltmodul gespeicherten Daten von einem Dritten nicht ausgelesen werden können. Ein abgeschlossenes Hardwaremodul, insbesondere ein Ein-Chip-System (SoC) mit Kryptochip und gegebenenfalls „tamper-response” beziehungsweise „tamper-proove” Möglichkeiten, kann diese Bedingungen erfüllen.
  • Bevorzugt kann das Freischaltmodul zumindest eine Kommunikationsschnittstelle aufweisen, mit welcher das Freischaltmodul mit der Zentraleinheit, insbesondere dem Produktionsserver und/oder dem Kryptoserver, und/oder dem Steuergerät verbindbar ist. Die Freischaltdaten und/oder der private Schlüssel und/oder der Freischaltzähler können von der Zentraleinheit zumindest über einen verschlüsselten und/oder authentifizierten Kanal übertragbar sein. Die Übertragung der Freischaltdaten kann bei der Aktivierung des Freischaltmoduls erfolgen oder wenn der Freischaltzähler null oder einen bestimmten Grenzwert erreicht hat.
  • Insbesondere kann das Freischaltmodul einen Signatur-Algorithmus zum Signieren des Funktionsaktivierungscodes verwenden. Zur weiteren Erhöhung der Sicherheit können Teile des Algorithmus zusammen mit dem privaten Schlüssel an das Freischaltmodul übertragen und im flüchtigen Speicher gespeichert werden. In diesem Fall kann lediglich ein Basisprogramm statisch gespeichert sein, welches die Funktionalität zum Nachladen von Programm und Daten zur Verfügung stellt. Durch diese Maßnahme kann die Sicherheit des Freischaltmoduls weiter erhöht werden.
  • Nachfolgend ist ein Ausführungsbeispiel der Erfindung anhand der beigefügten Figur beschrieben.
  • Es zeigt:
  • 1 in einem Blockschaltdiagramm die erfindungsgemäße Vorrichtung zur Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts.
  • In der 1 ist ein Freischaltmodul 1 gezeigt, welches bei der Montage eines Kraftfahrzeugs mit einem fahrzeugseitigen Steuergerät 3 logisch verbunden ist. Vom Kraftfahrzeug ist hier nur das Steuergerät 3 dargestellt. Mit dem Steuergerät 3 sind verschiedene Fahrzeugfunktionen, wie zum Beispiel Flüssigkeitsstandanzeigen, Verbrauchsanzeigen und elektronisches Zubehör, steuerbar. Während der Montage des Fahrzeugs werden die vom Kunden erworbenen Fahrzeugfunktionen mittels des Freischaltmoduls 1 freigeschaltet.
  • Gemäß der 1 ist das Freischaltmodul 1 ein Ein-Chip-System (SoC), welches mittels einer Kommunikationsschnittstelle 13 mit dem Steuergerät 3 verbunden ist. Die Kommunikationsschnittstelle 13 ist hier als Steckverbindung ausgebildet, kann aber alternativ auch als Ethernet- oder Luftschnittstelle ausgebildet sein.
  • Neben der Steckverbindung 13 weist das Freischaltmodul 1 zudem zwei weitere Kommunikationsschnittstellen 9, 11 auf, über welche das Freischaltmodul 1 mit einer Zentraleinheit 2, bestehend aus einem Produktionsserver 5 und einem Kryptoserver 7, verbindbar ist. Die Kommunikationsschnittstellen 9, 11 sind hier WLAN-Schnittstellen. Wie aus der 1 hervorgeht, erfolgt der Datentransfer vom Produktionsserver 5 und vom Kryptoserver 7 zum Freischaltmodul 1 über verschlüsselte, authentifizierte Kanäle 15, 17.
  • Gemäß der 1 weist das Freischaltmodul 1 einen flüchtigen Speicher 19 auf. Im flüchtigen Speicher 19 sind von der Zentraleinheit 2 übertragene Daten zwischenspeicherbar. Sobald die Versorgungsspannung des Freischaltmoduls abgeschaltet ist, sind die zwischengespeicherten Daten nicht mehr nutzbar, wodurch die Sicherheit des Freischaltmoduls 1 erhöht ist.
  • Nachfolgend ist die erfindungsgemäße Funktionsfreischaltung des Steuergeräts 3 anhand der 1 beschrieben. Nach Aktivierung des Freischaltmoduls 1 sendet der Produktionsserver 5 eine Anzahl n von Fahrgestellnummern VIN1, VIN2 zusammen mit zugeordneten Freischaltcodes FSC1, FSC2, FSC3 über den verschlüsselten Kanal 15 an das Freischaltmodul 1. Dort werden die Fahrgestellnummern VIN1, VIN2 zusammen mit den zugeordneten Freischaltcodes FSC1, FSC2, FSC3 in dem flüchten Speicher 19 zwischengespeichert. Die Fahrgestellnummern VIN1, VIN2 sowie die Freischaltcodes FSC1, FSC2, FSC3 sind hier lediglich beispielhaft aufgeführt. Selbstverständlich können weitere Fahrgestellnummern und Freischaltcodes im flüchtigen Speicher 19 zwischengespeichert werden.
  • Anschließend sendet der Kryptoserver 7 einen privaten Schlüssel PS und einen Freischaltzähler FZ über den verschlüsselten Kanal 17 an das Freischaltmodul 1. Auch der private Schlüssel PS und der Freischaltzähler FZ werden im flüchtigen Speicher 19 des Freischaltmoduls 1 zwischengespeichert.
  • Zur Freischaltung der Fahrzeugfunktionen wird das Freischaltmodul 1 über die Steckverbindung 13 an das fahrzeugseitige Steuergerät 3 angeschlossen. Gemäß der 1 liest das Freischaltmodul 1 dabei die Fahrgestellnummer VIN1 sowie eine Seriennummer SNR des Steuergeräts 3 aus. Nach Erhalt der Fahrgestellnummer VIN1 sucht das Freischaltmodul 1 nach den der Fahrgestellnummer VIN1 zugeordneten Freischaltcodes FSC1, FSC2 im flüchtigen Speicher 19.
  • Falls der Freischaltzähler FZ größer null ist, wird vom Funktionsfreischaltgerät 1 ein Funktionsaktivierungscode FAC generiert, der auf der Fahrgestellnummer VIN1, der Seriennummer SNR und den Freischaltcodes FSC1, FSC2 basiert. Der Funktionsaktivierungscode FAC wird mittels eines Signatur-Algorithmus SA mit dem privaten Schlüssel PS signiert. Schließlich wird der signierte Funktionsaktivierungscode FAC an das Steuergerät 3 übertragen und der Freischaltzähler FZ um eins dekrementiert.
  • Das Steuergerät 3 überprüft den signierten Funktionsaktivierungscode FAC bezüglich der Fahrgestellnummer VIN1 und der Seriennummer SNR sowie der Signatur mittels eines öffentlichen Schlüssels OS und aktiviert die Fahrzeugfunktionen entsprechend der Freischaltcodes FSC1, FSC2. Gegebenenfalls kann die Überprüfung auch asynchron zur Verbindung mit dem Funktionsfreischaltmodul 1 verlaufen.
  • Durch das oben beschriebene Verfahren können die Fahrzeugfunktionen mehrerer Fahrzeuge freigeschalten werden, ohne dass eine Online-Verbindung des Freischaltmoduls 1 mit der Zentraleinheit 2 aufgebaut werden muss. Lediglich bei der Aktivierung des Freischaltmoduls 1 oder wenn der Freischaltzähler FZ null beziehungsweise einen bestimmten Grenzwert erreicht, muss eine Online-Verbindung mit der Zentraleinheit 2 aufgebaut werden. Bei der Fahrzeugproduktion ist somit für die Funktionsfreischaltung von Fahrzeugfunktionen keine hochverfügbare Online-Verbindung notwendig, wodurch ein Ausfallrisiko der Produktion massiv verringert wird.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - WO 03/019337 A2 [0004]

Claims (16)

  1. Vorrichtung zur Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts (3) für ein Fahrzeug, insbesondere Kraftfahrzeug, mit einer Zentraleinheit (2), insbesondere einen Produktionsserver (5) und einen Kryptoserver (7) umfassend, zum Übertragen von Freischaltdaten (VIN1, VIN2, FSC1, FSC2, FSC3) und/oder zumindest eines privaten Schlüssels (PS), dadurch gekennzeichnet, dass die Vorrichtung ein Freischaltmodul (1) aufweist, das zwischen der Zentraleinheit (2) und dem Steuergerät (3) schaltbar ist und mit dem eine begrenzte Anzahl (n) von Freischaltungen unabhängig von der Zentraleinheit (2) durchführbar ist.
  2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Freischaltmodul (1) einen flüchtigen Speicher (9) aufweist, in den die Freischaltdaten (VIN1, VIN2, FSC1, FSC2, FSC3) und/oder der private Schlüssel (PS) zwischenspeicherbar ist.
  3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die Freischaltdaten (VIN1, VIN2, FSC1, FSC2, FSC3) zumindest ein Individualisierungsmerkmal (VIN1, VIN2), insbesondere eine Fahrgestellnummer, und zumindest einen dem Individualisierungsmerkmal zugeordneten Freischaltcode (FSC1, FSC2, FSC3) umfassen.
  4. Vorrichtung nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass bei an das Steuergerät (3) angeschlossenem Freischaltmodul (1) das Individualisierungsmerkmal (VIN1) vom Steuergerät (3) auslesbar ist.
  5. Vorrichtung nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Steuergerätidentifikationsmerknal (SNR), insbesondere eine Steuergerätseriennummer, auslesbar ist.
  6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, dass mittels des Freischaltmoduls (1) auf Grundlage des ausgelesenen Individualisierungsmerkmals (VIN1) und/oder des Steuergerätidentifikationsmerkmals (SNR) und/oder des zumindest einen Freischaltcodes (FSC1, FSC2) ein Funktionsaktivierungscode (FAC) generierbar ist.
  7. Vorrichtung nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass der Funktionsaktivierungscode (FAC) mit dem im flüchtigen Speicher (19) gespeicherten privaten Schlüssel (PS) signierbar ist.
  8. Vorrichtung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Freischaltmodul (1) einen Signatur-Algorithmus (SA) zum Signieren des Funktionsaktivierungscodes (FAC) verwendet.
  9. Vorrichtung nach Anspruch 8, dadurch gekennzeichnet, dass der Signatur-Algorithmus (SA) zumindest teilweise im flüchtigen Speicher (19) des Freischaltmoduls (1) speicherbar ist und/oder zusammen mit dem privaten Schlüssel (PS) von der Zentraleinheit (2) an das Freischaltmodul (1) übertragbar ist.
  10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 7 bis 9, dadurch gekennzeichnet, dass der signierte Funktionsaktivierungscode (FAC) mittels eines im Steuergerät (1) hinterlegten öffentlichen Schlüssels (OS) überprüfbar ist.
  11. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass ein Freischaltzähler (FZ) zum Bestimmen der Anzahl (n) von Signierungen im Freischaltmodul (1) speicherbar ist.
  12. Vorrichtung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass der Freischaltzähler (FZ) bei jedem Signiervorgang um eins dekrementiert wird und/oder ein Signiervorgang nur durchführbar ist, solange der Freischaltzähler (FZ) größer null ist.
  13. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Freischaltmodul (1) ein abgeschlossenes Hardwaremodul, insbesondere ein Ein-Chip-System (SoC) und/oder einen Kryptochip umfassend, ist.
  14. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass das Freischaltmodul (1) zumindest eine Kommunikationsschnittstelle (9, 11, 13) aufweist, mit welcher das Freischaltmodul (1) mit der Zentraleinheit (2), insbesondere dem Produktionsserver (5) und/oder dem Kryptoserver (7), und/oder dem Steuergerät (3) verbindbar ist.
  15. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Freischaltdaten (VIN1, VIN2, FSC1, FSC2, FSC3) und/oder der private Schlüssel (PS) und/oder der Freischaltzähler (FZ) von der Zentraleinheit (2) zumindest über einen verschlüsselten und/oder authentifizierten Kanal (15, 17) übertragbar sind.
  16. Verfahren zur Funktionsfreischaltung eines Steuergeräts (3) mittels einer Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche.
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