DE102016207110B4 - Verfahren und Vorrichtungen zum Erkennen von Veränderungen von Positionen von Sende-und/oder-Empfangseinrichtungen wie insbesondere Kraftfahrzeug-Transceivern relativ zueinander - Google Patents

Abstract

Vorrichtung zum Erkennen (Steu) von Veränderungen von Distanzen (dij,aktuell; tij,aktuell) von Geräts-Transceivern (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) an einem Gerät (Kfz) relativ zueinander,insbesondere von Distanzen (dij,aktuell; tij,aktuell) von Kraftfahrzeug-Transceivern (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) an einem Kraftfahrzeug (Kfz) relativ zueinander, mit mindestens einer Distanzbestimmungseinrichtung (Steu), die dazu ausgebildet ist, dass ein jeweils die Distanz zweier (i, j) der am Gerät (Kfz) montierten Geräts-Transceiver (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) zueinander repräsentierender aktueller Distanzwert (dij,aktuell; tij,aktuell) gemessen wird,und mit einer Vergleichseinrichtung (Steu) die dazu ausgebildet ist, dass ein Vergleich des mindestens einen aktuellen Distanzwerts (dij,aktuell; tij,aktuell) und mindestens eines gespeicherten Referenz-Distanzwerts (dij,Ref; tij,Ref) erfolgt,wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist,dass ein oder mehrere aktuelle Distanzwerte (dij,aktuell; tij,aktuell) gemessen werden bei einem Prüfen des Genehmigens des Öffnens (TuerOeff) einer Fahrzeugtüre oder Kofferraumtüre oder eines Kraftfahrzeug-Startvorgangs,wobei nur entschieden wird einen Befehl (Akt, Tueroeff) eines Endgeräts (Key-Usr) eines Benutzers (Usr) auszuführen, falls keine Distanzveränderung festgestellt wird.

Description

• Die Erfindung betrifft Verfahren und Vorrichtungen zum Erkennen von Veränderungen von Positionen von Sende-und/oder-Empfangseinrichtungen (Transceivern) wie insbesondere Kraftfahrzeug-Transceivern relativ zueinander.
• Funkschlüssel sind z.B. beschrieben in DE102015216331 , US20140330449A1 , US 2010/0305779 A1 , US 2003/0001735 A1 , US 2013/0069760 A1 .
• Aus der Veröffentlichung „PASE RAD: ETH Zürich: Paper „Relay Attack“ http://e-collection.library.ethz.ch/view/eth:4572 bekannt ist die Möglichkeit eines sogenannten Relay-Angriffs.
• Eine Aufgabe der Erfindung ist es, Verfahren und Vorrichtungen für einen Funk-Zugang zu einer Funktion insbesondere eines Kraftfahrzeugs zu optimieren. Die Aufgabe wird jeweils durch den Gegenstand der unabhängigen Patentansprüche gelöst. Einige besonders vorteilhafte Ausgestaltungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen und der Beschreibung angegeben. Ausgestaltungen der Erfindung können effizient eine Funkzugangsfunktion insbesondere eines Kraftfahrzeugs optimieren.
• Die Erfindung ist insbesondere in einem Kraftfahrzeug implementierbar, jedoch auch für andere Distanzwerte (Distanzen und/oder Laufzeiten) bestimmende Systeme und/oder Lokalisierungs-Systeme geeignet, wie z.B. für ein Lokalisierungs-System mit festen Ankern wie z.B. ein Rasenmäher (bekannt aus z.B.: http://apps.fcc.gov/ecfs/document/view?id=60001028220) oder für Baken oder für Verkehrszeichen.
• Zu einigen vorteilhaften Ausgestaltungen in den Unteransprüchen:
• Vorteilhaft für z.B. eine erhöhte Zuverlässigkeit kann ein Messen eines oder mehrerer Distanzwerte betreffend Distanzen zwischen mehr als zwei Transceivern vorgesehen sein. Mit einer Vergleichseinrichtung kann ein Vergleich des mindestens einen aktuellen Distanzwerts und mindestens eines gespeicherten (insbesondere davor gemessenen und/oder gespeicherten) Referenz-Distanzwerts vorteilhaft insbesondere erfolgen durch Berechnung mindestens (bei Kombination von zwei oder drei Alternativen mit möglicherweise erhöhter Zuverlässigkeit)
  • -eines Korrelationswertes in Form der Summe der Quadrate der Differenzen jeweils eines aktuellen Distanzwerts zu einem gespeicherten Referenz-Distanzwert, und/oder
  • -eines Korrelationswertes der die Anzahl der Überschreitungen eines Schwellwertes für das Verhältnis oder die Differenz jeweils eines aktuellen Distanzwerts zu einem gespeicherten Referenz-Distanzwert angibt, und/oder
  • -eines Korrelationswertes der die Anzahl der Überschreitungen eines Schwellwertes für das Verhältnis oder die Differenz jeweils eines aktuellen Distanzwerts zu einem gespeicherten Referenz-Distanzwert angibt.
• Referenz-Distanzwerte können insbesondere bei der Produktion des Fahrzeugs angelegte Referenz-Distanzwerte und/oder früher als die aktuellen Distanzwerte gemessene und/oder gespeicherte Referenz-Distanzwerte sein.
• Aktuelle Distanzwerte können insbesondere periodisch und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten und/oder beim Vorliegen vorgegebener Situationen wie insbesondere Fahrzeug-Öffnungsversuchen gemessen werden.
• Bevorzugte Ausgestaltungen können insbesondere Distanzwerte in Form von Laufzeit-Werten und/oder Distanzen verwenden.
• Weitere Merkmale und Vorteile einiger vorteilhafter Ausgestaltungen der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung von Ausführungsbeispielen der Erfindung anhand der Zeichnung. Dabei zeigt zur Veranschaulichung von einigen möglichen Ausgestaltungen der Erfindung, jeweils vereinfachend schematisch:
• 1 eine Aktivierung einer Funktion eines Geräts per Funk von einem Endgerät (insbesondere Funk-Schlüssel und/oder Karte) eines Benutzers aus,
• 2 mit unterschiedlichen Referenz-Distanzwerten betreffend Distanzen zueinander verbaute Geräts-Transceiver an einem Gerät (hier Kraftfahrzeug-Transceiver an einem Kraftfahrzeug),
• 3 die Kraftfahrzeug-Transceiver in 2, wo die Position eines Kraftfahrzeug-Transceivers verglichen mit der in 2 verändert ist,
• 4 in einem Kraftfahrzeug miteinander mit unterschiedlichen Funksystemen und Bussen miteinander kommunizierende Kraftfahrzeug-Transceiver und weitere Komponenten,
• 5 einen Ablauf einer Prüfung, ob per Funk ein Zugang zu einer Funktion wie z.B. Türöffnen oder Motorstarten eines Kraftfahrzeugs gewährt werden soll.
• 1 zeigt als eine Ausgestaltung der Erfindung eine Authentisierung Aut und einer Aktivierung Akt einer Funktion (wie Türe öffnen, Kofferraum öffnen oder Kraftfahrzeug starten etc.) eines Kraftfahrzeugs Kfz per Funk (z.B. UWB und/oder LF und/oder RF) von einem Endgerät Key-Usr (wie z.B. einem Funkschlüssel und/oder einer Zugangskarte etc.) eines Benutzers Usr aus, wobei das Endgerät Key-Usr des Benutzers Usr (automatisch oder nach Aktivierung durch diesen) mit einem oder mehreren oder allen der Kraftfahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 (also z.B. jeweils Modulen mit einem Sender und/oder Empfänger - oder mit mehreren Sendern und/oder Empfängern z.B. für USB, LF, RF etc.) an einem Kraftfahrzeug Kfz kommuniziert.
• Die Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 sind an dem Kraftfahrzeug Kfz angeordnet, also z.B. verbaut und/oder montiert und/oder angeschweißt und/oder angeklebt und/oder angeschraubt etc. Transceiver TRX1, TRX2 sind hier z.B. am vorderen Stoßfänger des Kraftfahrzeugs Kfz links bzw. rechts angeordnet, also beide außen am Kraftfahrzeug Kfz angeordnet. Transceiver TRX5, TRX6 sind hier z.B. am hinteren Stoßfänger es Kraftfahrzeugs Kfz links bzw. rechts angeordnet, also auch beide außen am Kraftfahrzeug Kfz angeordnet. Ein Transceiver TRX4, ist am Kraftfahrzeug Kfz in einem Dachantennenmodul (z.B. hier in der Finne und/oder unter dem Dach) angeordnet. Ein Transceiver TRX3, ist innen am Kraftfahrzeug Kfz z.B. im Dachhimmel angeordnet.
• Das Endgerät Key-Usr (wie z.B. ein Funkschlüssel oder eine Zugangskarte etc.) des Benutzers Usr kommuniziert mit einem oder mehreren oder allen (Kraftfahrzeug-) Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 des Kraftfahrzeugs Kfz hier per Funk (z.B. UWB, LF, RF), z.B. zur Authentisierung Aut und/oder Übermittlung eines Befehls Akt zur Ausführung einer Funktion (wie z.B. Türe öffnen (Tueroeff), Kofferraum öffnen oder Kraftfahrzeug starten) des Kraftfahrzeugs Kfz. Durch mindestens eine vereinfacht angedeutete Steuerung Steu im Kraftfahrzeug Kfz erfolgt eine Prüfung, ob das Endgerät Key-Usr (wie z.B. einem Funkschlüssels oder einer Zugangskarte) berechtigt ist, dem Kraftfahrzeug Kfz eine Funktion (wie Türe öffnen, Kofferraum öffnen oder Kraftfahrzeug starten etc.) zu befehlen (Akt), und/oder ob eine Funktion (z.B. Tueroeff) -ggf.unter anderem- aufgrund der Distanz dKeyKfz des Endgeräts Key-Usr zu einem oder mehreren der Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 des Kraftfahrzeug Kfz ausgeführt werden soll, und/oder ob das Kraftfahrzeug Kfz diese Funktion (z.B. Tueroeff) ausführt.
• In 2 und 3 sind d_ij (also aktuell d_ij,aktuell) jeweils Distanzwerte in Form von Distanzen von je zweien der Kraftfahrzeug-Transceiver TRXi, TRXj (i, j = 1..6, also: jeweils zwei anderen von hier TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6). Je einer der Kraftfahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 sendet (z.B. gesteuert von einer Steuerung Steu in ihm und/oder in einer mit ihm verbunden (Lin) Steuerung Steu) z.B. periodisch und/oder anlassbezogen mindestens ein Anfrage-Signal, zu dem z.B. von allen weiteren Kraftfahrzeug-Transceivern (ganz/teilweise/verändert/anders) jeweils ein Antwort-Signal zurückgesandt werden kann, was dem das Anfrage-Signal sendenden Kraftfahrzeug-Transceiver und/oder einer Steuerung erlaubt z.B. mit einem Timer durch die Differenz der Anfragesignal-Absendezeit und Antwort-Signal-Ankunftszeit (und halbieren) die Laufzeit und damit ggf. Distanz zu jedem der weiteren Transceiver (als aktuelle Distanzwerte) bestimmen. Viele Alternativen der Laufzeitbestimmung sind möglich, z.B. auch ein Senden eines Anfragesignals mit einer Zeitangabe und ein Vergleich mit seiner Ankunftszeit, und/oder Verschachtelungen mehrerer Anfragen und/oder Antworten.
• Mindestens eine (separate und/oder in den Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 befindliche) Steuerung Steu prüft (ggf. neben weiteren Prüfungen wie Authentisierungsprüfungen mit Codes und/oder fortlaufend verwendeten Einzelfallcodes und/oder Signal-Laufzeitmessungen usw.) hier eine Transceiver-Positions-Veränderung durch ein Erkennen von Veränderungen von aktuell gemessenen Distanzwerten d_ij,aktuell; t_ij,aktuell betreffend Distanzen (und/oder Laufzeiten) von Kraftfahrzeug-Transceivern TRXi, TRXj (i, j = 1..6, also: jeweils zwei anderen von hier TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) an einem Kraftfahrzeug Kfz relativ zueinander, verglichen mit gespeicherten (älteren) Referenz-Distanzwerten (d_ij,Ref; t_ij,Ref) betreffend Distanzen der Kraftfahrzeug-Transceiver TRXi, TRXj (i, j = 1..6, also: jeweils zweien von hier TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) relativ zueinander, und zwar mit mindestens einer Distanzbestimmungseinrichtung (z.B. mit einer Laufzeitbestimmungsvorrichtung, hier z.B. in der Steuerung Steu als Programm integriert).
• Damit kann eine Veränderung einer Position eines Kraftfahrzeug-Transceivers wie z.B. der des Kraftfahrzeug-Transceivers TRX4 in 3 verglichen mit seiner Position in 2 erkannt werden aufgrund unterschiedlicher Funksignallaufzeiten von Funksignalen (und damit Distanzen) von und/oder zu einem oder mehreren oder jedem der weiteren Kraftfahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX5, TRX6 zum bzw. vom in seiner Position veränderten Kraftfahrzeug-Transceiver TRX4, weil in der Situation in 3 der Kraftfahrzeug-Transceiver TRX4 weiter entfernt ist von den weiteren Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 als in der Situation in 2, so dass also (z.B. zum Messen der Distanzen der weiteren Kraftfahrzeug-Transceiver zueinander (ggf. mit Authentisierung usw.) ausgesandte) Funksignale eine jeweils andere (mit z.B. Timern und Differenzbildung in TRX1..TRX6 und/oder Steu) gemessene Laufzeit t_ij und damit (weil d_ij = c(Luft) * t_ij) eine andere gemessene aktuelle Distanz d_ij in 3 aufweisen als die (gespeicherte, z.B. in Steu ab Werk gespeicherte und/oder vor der aktuellen Distanz gemessene) Referenz-Distanz in 2.
• Die Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 am Fahrzeug Kfz vermessen also z.B. per Funk (z.B. gesteuert durch eine mit ihnen über z.B. einen LIN Bus verbundene Steuerung und/oder gesteuert durch Steuerungen in den Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) ihre Distanzen zueinander und erstellen damit z.B. ein oder mehrere (verglichen mit (dem) aktuellen ältere) Referenz-Profile mit Referenz-Distanzwerten (d_ij,Ref; t_ij,Ref) und/oder erstellen (fortlaufend/Anlass-bezogen) z.B. ein Testprofil mit aktuell gemessenen Distanzwerten d_ij,aktuell; t_ij,aktuell, um durch deren Vergleich Änderungen der Distanz von Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 relativ zueinander zu bestimmen.
• Im Folgenden werden einige Beispiele von Ausgestaltung der Erfindung hinsichtlich der Prüfung durch eine Steuerung Steu dahingehend erläutert, ob eine Veränderung der Distanzwerte d_ij,aktuell; t_ij,aktuell von (mindestens) einem Kraftfahrzeug-Transceiver TRX4 zu einem oder mehreren oder jedem der weiteren Kraftfahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX5, TRX6 erfolgte (wie bei TRX4 von 2 zu 3), wobei jeweils ein Distanzwert d_ij die Distanz zwischen einem Transceiver (auch Anker genannt) i und einem Transceiver j (Distanz gemessen z.B. durch den Transceiver i) ist und i,j hier die Werte i,j = 1...6 haben (bei mehr oder weniger Transceiver entsprechend andere Werte) :
• In einer Distanz-Matrix D (i Zeilen, j Spalten) angeordnet sehen Distanzwerte z.B. folgendermaßen aus (für eine Test-Distanzmatrix D_ktuell mit aktuell gemessenen Distanzwerten und/oder für eine Matrix D_Ref mit Referenz-Distanzwerten): $$D=\left(\begin{array}{ccccc}0& d_{12}& d_{13}& \cdots & d_{1j}\\ d_{21}& 0& d_{23}& \cdots & d_{2j}\\ d_{31}& d_{32}& 0& \cdots & d_{3j}\\ ⋮& ⋮& ⋮& \ddots & ⋮\\ d_{i1}& d_{i2}& d_{i3}& \cdots & 0\end{array}\right)$$

  
• Also: $$D_{aktuell}=\left(\begin{array}{ccccc}0& d_{12,aktuell}& d_{13,aktuell}& \cdots & d_{1j,aktuell}\\ d_{21aktuell}& 0& d_{23aktuell}& \cdots & d_{2j,aktuell}\\ d_{31aktuell}& d_{\text{32 }aktuell}& 0& \cdots & d_{3j,aktuell}\\ ⋮& ⋮& ⋮& \ddots & ⋮\\ d_{i1,aktuell}& d_{i2,aktuell}& d_{i3,aktuell}& \cdots & 0\end{array}\right)$$

  

  $$D_{Ref}=\left(\begin{array}{ccccc}0& d_{12,Ref}& d_{13,Ref}& \cdots & d_{1j,Ref}\\ d_{21,Ref}& 0& d_{23,Ref}& \cdots & d_{2j,Ref}\\ d_{31,Ref}& d_{32,Ref}& 0& \cdots & d_{3j,Ref}\\ ⋮& ⋮& ⋮& \ddots & ⋮\\ d_{i1,Ref}& d_{i2,Ref}& d_{i3,Ref}& \cdots & 0\end{array}\right)$$

  
• Eine solche Distanzmatrix D kann z.B. quadratisch und/oder (annähernd) symmetrisch (d_ij ≈ d_ji) sein; sie kann auch für eine Plausibilisierungs-Prüfung eingesetzt werden.
• Ausgangspunkt für eine Korrelationswert-Berechnung ist z.B. der elementweise Vergleich der Referenz- und Test-Distanz-Matrix, also (z.B. durch Subtraktion der Test-Distanzmatrix D_aktuell mit gemessenen, aktuellen Distanzwerten d_ij,aktuell; t_ij,aktuell und der Referenz-Matrix D_Ref mit gespeicherten Referenz-Distanzwerten d_ij,Ref; t_ij,Ref), also eine Vergleichs-Matrix V: $$\text{V}={\text{D}}_{\text{aktuell}}-{\text{D}}_{\text{Ref}}$$

  

  mit den Elementen v_ij = [d_ij,aktuell] - [d_ij,Ref]
• Mögliche (kombinierbare) Metriken für den Korrelationswert k sind
• • die Summe der quadratischen Fehler, also $$k={\displaystyle \sum _{i,j}{v}_{ij}{}^2}$$
  
  und/oder
• • die Häufigkeit der Überschreitung eines Schwellwerts s der Elemente v_ij, also k = |{v_ij|v_ij > s}| und/oder
• • der Maximalwert der Elemente v_ij, also $$k=\underset{i,j}{\text{max}}{v}_{ij}$$
  
• Anstatt (Matrizen mit) Distanzen können auch Signal-Laufzeiten entsprechend berücksichtigt, insbesondere subtrahiert werden.
• Ausgestaltungen der Erfindung ermöglichen z.B. eine Erstellung von Referenz- und Test-Profil bei einem PASE-System:
• • Das Referenz-Profil D_Ref (mit Referenz-Distanz-Werten) wird z.B. einmalig bei der Produktion des Fahrzeugs (z.B. Endtest) angelegt.
• Es kann identisch sein für eine bestimmte Fahrzeug-Plattform (mit identischen Verbauorten), oder kann Fahrzeug-individuell erzeugt werden.
• • Das Test-Profil D_aktuell (mit aktuellen Distanz-Werten) wird z.B. zeitnah bei jedem Authentisierungs-Vorgang erzeugt (z.B. mit einer Einbindung in den Kommunikations-Ablauf, z.B. beim Ziehen des Türgriffs, und/oder zeitgleich mit einem LF-Trigger).
• • Das Test-Profil D_aktuell (mit aktuellen Distanz-Werten) kann z.B. auch gegen vorherig gemessene Profile D_Ref (mit Referenz-Distanz-Werten) verglichen werden (anstatt gegen ein vom Hersteller angelegtes Profil). In diesem Fall würde das früher gemessene Profil das Referenz-Profil für den Vergleich darstellen. Dies kann z.B. vorteilhaft sein, um das System dynamisch auf wechselnde Umgebungseinflüsse einzustellen. So könnte das „Referenz-Profil“ D_Ref (mit Referenz-Distanz-Werten) beim Abschließen des Fahrzeugs Kfz erzeugt werden, und würde somit alle Umgebungs-Einflüsse in diesem Moment (z.B. Garagenwände) beinhalten. Es ist möglich, dass sich diese Umgebungs-Einflüsse bis zum Öffnen nicht signifikant ändern.
• Eine Profil-Erkennung für ein Anlernen von Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 bei einem PASE-System kann nach Ausgestaltungen der Erfindung z.B. wie folgt erfolgen:
• • Bei einer Installation oder einem Austausch von Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 (z.B. in einer Produktionsumgebung oder Werkstatt) kann das Problem bestehen, die an einem Bus angemeldeten Kraftfahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 (siehe in 2) einer (bekannten) Verbau-Position zuzuordnen, bzw. eine vorab definierte Zuordnung zu verifizieren.
• • Zur Lösung wird z.B. ein aktuelles, gemessenes Profil D_aktuell (mit aktuellen Distanz-Werten) verwendet, um es für alle möglichen Permutationen von Transceiver-Zuordnungen gegen ein vorab ermitteltes (z.B. Plattform-spezifisches) Referenz-Profil D_Ref (mit Referenz-Distanz-Werten) zu vergleichen.
• • Die Erkennung der tatsächlich vorhandenen Verbau-Situation geschieht z.B. über die Auswertung des Korrelationswerts k, z.B. nach einer oder mehrerer der oben genannten Varianten.
• • Für eine sichere und effiziente Erkennungs-Strategie können z.B. vorab bekannte Informationen und Randbedingungen mit einbezogen werden, wie z.B. unterscheidbare Transceiver-Kategorien (z.B. Transceiver im Innenraum / Außenraum)
• • Insbesondere kann z.B. die Eigenschaft einer UWB-Distanzmessung, im wesentlichen nur positive Fehler zu generieren (was über eine Kalibrierung der UWB-Transceiver sichergestellt werden kann), kombiniert werden mit der Information der Abstände der bekannten Verbau-Positionen: Ist eine gemessene Distanz zwischen zweien der Kraftfahrzeug-Transceiver x (TRXx) und y (TRXy) kürzer als die Distanz zwischen zwei Verbauorten i und j, so kann die Kombination [i=x, j=y] bzw. [i=y, j=x] ausgeschlossen werden.
• • Aus dieser Eigenschaft (nur positive Fehler) lässt sich z.B. letztendlich auch die Strategie ableiten, Distanz-Messungen mit kleinem Messwert mehr Gewichtung bei der Entscheidung zu geben, als Messungen mit großen Werten (diese könnten durch Mehrwege-Effekte verwässert sein). Demzufolge wären kleine Messwerte vertrauenswürdiger als große.
• Eine Erkennung eines Bus-Angriffs bei einem PASE-System kann nach Ausgestaltungen der Erfindung z.B. wie folgt erfolgen:
• • Das System aus 2 ist z.B. zunächst entworfen für die Erkennung eines sogenannten „Relay-Angriffs“, also die Erkennung einer Funkstreckenverlängerung FV vom Auto Kfz zum Schlüssel Key-Usr.
• Die Abwehr beruht dabei z.B. auf der Laufzeitmessung der Laufzeiten t_ij,aktuell zwischen dem Schlüssel KeyUsr und mindestens einem Fahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 (im „worst-case“ erreicht der Schlüssel KeyUsr nur einen der sechs Fahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6).
• • Ein Bus-Angriff beruht z.B. wie in 3 auf einer Funk-Verlängerung FV (mit zwei angedeuteten, miteinander per (Mobil-/WLAN-/etc.) Funk etc. verbundenen Funkverlängerungsmodulen FV1, FV2, von denen z.B. eines mit dem abmontierten Transceiver TRX4 kommuniziert, und/oder eines z.B. an den LIN-Bus des Kfz angeschlossen sein kann, etc.) des LIN-Bus eines Kraftfahrzeugs Kfz, der bei außen verbauten Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX4, TRX5, TRX6 womöglich zugänglich sein könnte. Es ist dabei möglich, dass der LIN-Bus und die Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 (z.B. kryptologisch etc.) gesichert sind und vom Angreifer Usr nicht verändert werden.
• Ein Angreifer Usr entfernt also einen Transceiver TRX4 vom Auto und bringt ihn in die Nähe eines Schlüssels key-Usr. Die (LIN etc.) Buskommunikation mit dem Fahrzeug Kfz wird dabei über eine Verlängerung z.B. (z.B. drahtgebunden und/oder per Funk) aufrecht erhalten.
• Z.B. eine UWB-Laufzeitmessung alleine (ohne erfindungsgemäße Ausgestaltungen der Prüfung der Änderung von Transceiver-Distanzen zueinander) könnte eine valide Entfernung zwischen Schlüssel key-USr und Fahrzeug-Transceiver feststellen, der Angriff wäre erfolgreich.
• • Um den Bus-Angriff zu erkennen, wird eine Messung eines Test-Profils (also z.B. mit aktuellen Distanzwerten d_ij,aktuell; z.B. aus Laufzeiten t_ij,aktuell von Signalen) und ein Vergleich (Steu; V) mit einem Referenz-Profil (also z.B. Referenz-Distanzwerten d_ij,Ref) in den Authentisierungs-Ablauf mit eingebunden, und nur entschieden einen Befehl Akt (wie z.B. Türe öffnen (Tueroeff) oder Motor starten) eines Endgeräts Key-Usr (wie z.B. einem Funkschlüssels oder einer Zugangskarte) eines Benutzers Usr auszuführen, falls (ggf. neben anderen Prüfungen) keine Distanzveränderung (wie von TRX4 in 3 relativ zu 2) festgestellt wird.
• Eine System-Reaktion (einer Steuerung Steu eines Kraftfahrzeugs Kfz) kann z.B. folgende sein:
• • Lokalisierung: Abhängig vom Ergebnis bzw. vom erreichten Korrelationswert k werden z.B. nach einer Ausgestaltung der Erfindung ein oder mehrere bestimmte Transceiver (TRX4 in 3) disqualifiziert, also z.B. diese Transceiver TRX4 nicht mehr für eine Kommunikation mit einem Endgerät Key-Usr (z.B. Schlüssel/Karte) und/oder zur Distanzbestimmung der Distanz dKeyKfz des Endgeräts key-USr zum Kraftfahrzeug Kfz) verwendet, und/oder es wird bzw. eine Warnung oder ein entsprechender
• Qualitätswert für die errechnete Position ausgegeben und/oder ein Befehl Akt ignoriert.
• • PASE-RAD: Wird mindestens eine bestimmte Korrelations-Schwelle (also ein Schwellwert für mindestens einen Korrelationswert k oder für mehrere) nicht überschritten, wird nach einer Ausgestaltung der Erfindung ein Wiederholversuch eingeleitet oder die Authorisierung verweigert.
• • PASE-Anlernen: Durch Permutation möglicher Transceiver-Positionen werden nach einer Ausgestaltung der Erfindung z.B. alle möglichen Korrelations-Werte berechnet, eine Bestimmung der Verbau-Position erfolgt durch „Maximum Likelihood“, und eine Eingrenzung möglicher Konstellationen erfolgt z.B. durch Gewichtung bzw. Plausibilisierung der Mess-Ergebnisse (kurzen Distanzen wird z.B. mehr vertraut, da mit UWB bei geeigneter TRX-Kalibrierung negative Fehler in der Messung ausgeschlossen werden können).
• Ausgestaltungen der Erfindung können z.B. folgendes vorteilhaft ermöglichen:
• • eine Erkennung veränderter Anker-Positionen
• • kein oder wenig Hardware-Mehraufwand
• Ausgestaltungen der Erfindung können z.B. für folgende Anwendungsfälle eingesetzt und/oder implementiert werden:
• • Lokalisierung (z.B. eines Kfz in einer Garage und/oder einer E-Fahrzeug-Ladestation)
• • Autonomes Fahren (mit einer Lokalisierung von Infrastruktur-Baken)
• • Robotik (z.B. iRobot™= etc. Rasenmäher, Fertigungs-Automatisierung)
• • Wartung (Plausibilisierung nach Austausch von einzelnen Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6)
• • Kalibrierung (Genauigkeitsverbesserung).
• Ausgestaltungen der Erfindungen sind in einem Kraftfahrzeug einsetzbar, aber auch z.B. in festen Infrastruktur-Baken, wie insbesondere in einer Ampel, einem Verkehrszeichen etc., insbesondere insoweit (wie z.B. in einem Kreuzungsbereich) mit UWB-Baken ausgestattet (z.B. zur Überprüfung der Konstellation, bzw. Erkennung von Verdeckung oder Objekten), oder für mobile Infrastruktur-Baken, z.B. zur Baustellenführung mittels z.B. UWB-Baken (hier kann die Baken-Konstellation überprüft werden).
• Zum Senden von Signalen zwischen den Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 (und Empfangen der Signale), deren Laufzeiten t_ij,aktuell zwischen jeweils zweien der Kraftfahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 bestimmt werden können, um aus den Laufzeiten t_ij,aktuell aktuelle Distanzen d_ij,aktuell zwischen je zwei Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 zu bestimmen, können die Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 z.B. Sende- und/oder Empfangseinrichtungen verwenden, die sie auch zur Kommunikation mit einem Endgerät/Schlüssel/Karte key-USr verwenden, ggf. z.B. mit anderen Authentisierungscodes und/oder Protokollen.
• 4 zeigt miteinander mit unterschiedlichen Funksystemen (wie z.B. UWB, LF, HF (oder RF oder Hochfrequenz)) und Bussen (wie z.B. LIN, seriell, CAN) miteinander kommunizierende Kraftfahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 und weitere Komponenten (Gateway EZS/GW/KG usw.) an einem Kraftfahrzeug Kfz. Eine Steuerung Steu bekommt und/oder berücksichtigt z.B. Eingaben von Kraftfahrzeug-Transceivern TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6 und/oder weiteren Antennen und/oder einer SSB und/oder Türgriffen und/oder LF Antennen und/oder einem Heckklappengriff.
• 5 zeigt zu einer Ausgestaltung der Erfindung Schritte S1-S4 eines Ablaufs einer Prüfung, ob einem Endgerät (wie z.B. einem Funkschlüssel oder einer Karte) key-USR ein Zugang per Funk zu einer Funktion (wie z.B. Türöffnen oder Motorstarten) eines Kraftfahrzeugs Kfz (z.B. aufgrund seiner Distanz dKeyKfz und/oder einer Authentisierung und/oder eines Befehls Akt) gewährt werden soll, also ob eine Funktion (wie z.B. Türöffnen oder Motorstarten) von einer Steuerung Steu des Kraftfahrzeugs Kfz veranlasst werden soll.
• Im Schritt S1 erfolgt eine Erstellung eines Referenz-Profils (z.B. einmalig (bei Produktion) und/oder z.B. Situations-bezogen) in Form einer Matrix D_Ref mit Distanzen d_i,j,Ref zwischen je zweien der Kraftfahrzeug-Transceiver TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6.
• Im Schritt S2 erfolgt eine Messung (periodisch oder situationsbezogen) eines aktuellen Test-Profils D_aktuell mit aktuellen Distanzen d_ij,aktuell zwischen je zweien der Transceiver.
• Im Schritt S3 erfolgt eine Berechnung mindestens eines Korrelationswerts k = f (D_ref, D_aktuell) für eine Entscheidung, ob aktuelle Distanzwerte (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) ; D_aktuell und gespeicherte Referenz-Distanzwerte (d_ij,Ref; t_ij,Ref); D_ref hinreichend ähnlich sind.
• Im Schritt S4 erfolgt eine Systemreaktion in Abhängigkeit vom mindestens einen Korrelationswert k, z.B. eine Klassifizierung einer Positionsschätzung (vertrauenswürdig, nicht vertrauenswürdig) und/oder eine Einbindung in eine Authentisierung für System-Funktionen (wie z.B. Freigabe / Sperrung von Funktionen wie Türöffnen (Tueroeff) / Motorstart).

Claims (9)

1. Vorrichtung zum Erkennen (Steu) von Veränderungen von Distanzen (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) von Geräts-Transceivern (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) an einem Gerät (Kfz) relativ zueinander, insbesondere von Distanzen (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) von Kraftfahrzeug-Transceivern (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) an einem Kraftfahrzeug (Kfz) relativ zueinander, mit mindestens einer Distanzbestimmungseinrichtung (Steu), die dazu ausgebildet ist, dass ein jeweils die Distanz zweier (i, j) der am Gerät (Kfz) montierten Geräts-Transceiver (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) zueinander repräsentierender aktueller Distanzwert (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) gemessen wird, und mit einer Vergleichseinrichtung (Steu) die dazu ausgebildet ist, dass ein Vergleich des mindestens einen aktuellen Distanzwerts (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) und mindestens eines gespeicherten Referenz-Distanzwerts (d_ij,Ref; t_ij,Ref) erfolgt, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, dass ein oder mehrere aktuelle Distanzwerte (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) gemessen werden bei einem Prüfen des Genehmigens des Öffnens (TuerOeff) einer Fahrzeugtüre oder Kofferraumtüre oder eines Kraftfahrzeug-Startvorgangs, wobei nur entschieden wird einen Befehl (Akt, Tueroeff) eines Endgeräts (Key-Usr) eines Benutzers (Usr) auszuführen, falls keine Distanzveränderung festgestellt wird.
2. Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei mehrere aktuelle Distanzwerte (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) betreffend Distanzen zwischen je zwei (i,j) von mehreren Geräts-Transceivern (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) des Geräts (Kfz) gemessen werden.
3. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit einer Vergleichseinrichtung (Steu), die dazu ausgebildet ist, dass ein Vergleich mindestens eines gemessenes aktuellen Distanzwerts (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) und mindestens eines gespeicherten Referenz-Distanzwerts (d-Ref; t-Ref) erfolgt durch Berechnung mindestens -eines Korrelationswertes (k) in Form der (k = Σ_i,jv_ij ²) Summe der Quadrate der Differenzen jeweils eines aktuellen Distanzwerts (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) zu einem gespeicherten Referenz-Distanzwert (d_ij,Ref; t_ij,Ref), und/oder -eines Korrelationswertes (k) der (k = |{v_ij|v_ij>s}|) die Anzahl der Überschreitungen eines Schwellwertes für das Verhältnis oder die Differenz jeweils eines aktuellen Distanzwerts (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) zu einem gespeicherten Referenz-Distanzwert (d_ij,Ref; t_ij,Ref) angibt, und/oder -eines Korrelationswertes (k) der $k=\underset{i,j}{\text{max}}{v}_{ij}$

   

   das Maximum der Überschreitungen eines Schwellwertes für das Verhältnis oder die Differenz jeweils eines aktuellen Distanzwerts (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) zu einem gespeicherten Referenz-Distanzwert (d_ij,Ref; t_ij,Ref) angibt.
4. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei einer oder mehrere der gespeicherten Referenz-Distanzwerte (d_ij,Ref; t_ij,Ref) bei der Produktion des Fahrzeugs gespeicherte Referenz-Distanzwerte (d_ij,Ref; t_ij,Ref) sind und/oder einer oder mehrere der gespeicherten Referenz-Distanzwerte (d_ij,Ref; t_ij,Ref) vor den aktuellen aktuellen Distanzwerten (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) gemessene Referenz-Distanzwerte (d_ij,Ref; t_ij,Ref) sind.
5. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die mindestens eine Distanzbestimmungseinrichtung dazu ausgebildet ist, dass ein die Distanz zweier Geräts-Transceiver zueinander repräsentierender aktueller Distanzwert (d-aktuell; t-aktuell) periodisch und/oder zu vorgegebenen Zeitpunkten und/oder beim Vorliegen einer vorgegebenen Situation wie insbesondere einem Authentisierungsversuch (Aut) und/oder Fahrzeug-Öffnungsversuch (Akt) gemessen wird.
6. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Distanzbestimmungseinrichtung (Steu) eine Laufzeitbestimmungseinrichtung zur Bestimmung der Laufzeit ist, und wobei Distanzwerte (d-aktuell; t-aktuell) Laufzeit-Werte (t-aktuell) sind, oder wobei die Distanzwerte (d-aktuell; t-aktuell) Distanzen angebende Werte (d-aktuell) sind.
7. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, wobei die Vorrichtung dazu ausgebildet ist, dass die Geräts-Transceiver (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) des Geräts (Kfz), insbesondere die Kraftfahrzeug-Transceiver (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6)) des Kraftfahrzeugs (Kfz), am Gerät (Kfz) oder Kraftfahrzeug (Kfz) angeordnet und/oder befestigt und/oder mit diesem einstückig ausgebildet sind.
8. Vorrichtung nach einem der vorhergehenden Ansprüche, mit Distanzbestimmungseinrichtungen in mindestens einem Geräts-externen Transceiver (key-Usr) und in mindestens einem Geräts-Transceiver (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) des Geräts (Kfz), die jeweils dazu ausgebildet sind, jeweils einen, eine Distanz zwischen mindestens einem Geräts-externen Transceiver (key-Usr) und einem Geräts-Transceiver (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) des Geräts (Kfz) repräsentierenden aktuellen Distanzwert (d_KeyKfz) zu messen.
9. Verfahren zum Erkennen (Steu) von Veränderungen (2, 3) von Distanzen (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) von Geräts-Transceivern (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) eines Geräts (Kfz) zueinander, insbesondere von Distanzen (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) von Kraftfahrzeug-Transceivern (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) eines Kraftfahrzeugs (Kfz) relativ zueinander, wobei mit mindestens einer Distanzbestimmungseinrichtung, ein die Distanz zweier (i, j) am Gerät (Kfz) montierter Geräts-Transceiver (TRX1, TRX2, TRX3, TRX4, TRX5, TRX6) zueinander repräsentierender aktueller Distanzwert (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) gemessen wird, und wobei mit einer Vergleichseinrichtung (Steu) ein Vergleich des mindestens einen aktuellen Distanzwerts (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) und mindestens eines gespeicherten Referenz-Distanzwerts (d_ij,Ref; t_ij,Ref) erfolgt, wobei ein oder mehrere aktuelle Distanzwerte (d_ij,aktuell; t_ij,aktuell) gemessen werden bei einem Prüfen des Genehmigens des Öffnens (TuerOeff) einer Fahrzeugtüre oder Kofferraumtüre oder eines Kraftfahrzeug-Startvorgangs, wobei nur entschieden wird einen Befehl (Akt, Tueroeff) eines Endgeräts (Key-Usr) eines Benutzers (Usr) auszuführen, falls keine Distanzveränderung festgestellt wird.

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