DE10213658A1 - Verfahren zur Datenübertragung zwischen Komponenten der Bordelektronik mobiler Systeme und solche Komponenten - Google Patents

Verfahren zur Datenübertragung zwischen Komponenten der Bordelektronik mobiler Systeme und solche Komponenten

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Abstract

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen Komponenten (1, 2) der Bordelektronik mobiler Systeme, wobei zur Erhöhung der Sicherheit des Informationsaustausches vorgeschlagen wird, die zu übertragenden Daten zu verschlüsseln. Hierzu sind in den betreffenden Bordelektronikkomponenten (1, 2) Einrichtungen (3, 4) zur Verschlüsselung und/oder Entschlüsselung von zu übertragenden bzw. empfangenen Daten vorgesehen.

Description

  • Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Datenübertragung zwischen Komponenten der Bordelektronik mobiler Systeme sowie derartige Bordelektronikkomponenten, wie Sensor, Steuergerät oder Aktuator, mit einer Einrichtung zur Übertragung und/oder zum Empfangen von Daten. Die Erfindung betrifft weiterhin ein Computerprogramm und ein Computerprogramm-Produkt, jeweils mit Programmcode-Mitteln zur Implementierung des erfindungsgemäßen Verfahrens.
  • Stand der Technik
  • Die elektronische Steuerung und Regelung hat in vielen Bereichen der Bordelektronik von mobilen Systemen, z. B. Kraftfahrzeugen oder Flugzeugen, Einzug gehalten. Dabei findet zwischen den Komponenten der Bordelektronik sowohl digitaler Datenaustausch (z. B. Bus-Systeme) als auch analoge Signalübertragung statt. Während die Manipulationsmöglichkeiten an den beteiligten Steuergeräten durch geeignete Schutzmaßnahmen sehr begrenzt sind, können die Signal- bzw. Datenübertragungswege prinzipiell nur sehr schwierig geschützt werden, so dass die übertragenen Informationen vergleichsweise einfach manipuliert werden können.
  • Es besteht das Bedürfnis, nicht nur Geräte selbst vor einem unberechtigten Zugriff von außen abzusichern, sondern auch die Datenübertragung zu und von diesen Geräten gegen Manipulationsversuche von außen zu schützen. Dies gilt sowohl im Kfz-Bereich (z. B. Schutz vor Motor-Tuning), aber noch in höherem Maße für Luftfahrzeuge. Im Kraftfahrzeugbereich ist insbesondere der Übertragungsweg von den Sensoren zum Steuergerät und vom Steuergerät zu den Aktuatoren abzusichern, wobei hier die zu übertragenden Daten in analoger oder auch in digitaler Form vorliegen können, und wobei neben einer unidirektionalen Datenübertragung, insbesondere bei Regelsystemen, auch bidirektionale Datenübertragung Anwendung findet.
  • Vorteile der Erfindung
  • Die Verschlüsselung der zwischen den Komponenten der Bordelektronik zu übertragenden Daten in Echtzeit gemäß vorliegender Erfindung realisiert einen hohen Sicherheitsstandard gegen Manipulationsversuche. Ein Vorteil des Einsatzes von Verschlüsselungstechniken ist, dass unterschiedliche Verschlüsselungsverfahren abhängig von der Sicherheitsrelevanz der zu übertragenden Daten gewählt werden können. Weiterhin können Verschlüsselungsalgorithmen hinsichtlich der erforderlichen Geschwindigkeit der Datenverarbeitung ausgewählt werden, so dass das Ver- und Entschlüsseln von Daten noch zu einer akzeptablen Datenübertragungs- und Datenverarbeitungsgeschwindigkeit führt. Die Echtzeitverschlüsselung ermöglicht einen unterbrechungsfreien Betrieb ohne Zwischenspeicherung der zu übertragenden oder der übertragenen Daten.
  • Der Informationsaustausch im elektronischen System des Fahrzeugs wird mittels des erfindungsgemäßen Verfahrens geschützt. So ist beispielsweise sichergestellt, dass der von einem Sensor erfasste physikalische Wert auch korrekt im Steuergerät, welches dieses Signal auswertet, zur Verfügung steht, und dass der zur Regelung vom Steuergerät an einen Aktuator ausgegebene Wert von diesem korrekt empfangen wird.
  • Da die Verschlüsselung und die nachfolgende Entschlüsselung aufeinander abgestimmt sein müssen, ist sichergestellt, dass Komponenten des elektrischen Systems nur von autorisierter Stelle ausgetauscht oder neu integriert werden können. Hierdurch wiederum wird die Verwendung von minderwertigen Komponenten (Plagiaten) deutlich erschwert.
  • Die zu übertragenden Daten werden vorteilhaft mittels eines Schlüssels von der sendenden Komponente codiert und mittels eines weiteren Schlüssels von der empfangenden Komponente decodiert. Bei diesem Verschlüsselungsverfahren können beide Schlüssel identisch sein (symmetrisches Verfahren) oder unterschiedlich sein (asymmetrische Verschlüsselung). Bei der asymmetrischen Verschlüsselung werden die zu übertragenden Daten mit dem sog. öffentlichen Schlüssel des Empfängers verschlüsselt und anschließend vom Empfänger mit dessen privatem oder geheimen Schlüssel wieder entschlüsselt. Da Sender und Empfänger somit nicht über denselben Schlüssel verfügen, ist diese Form der Verschlüsselung aufgrund ihrer hohen Sicherheit insbesondere bei der Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten zu empfehlen.
  • Eine erfindungsgemäße Bordelektronikkomponente eines mobilen System, wie ein Sensor, ein Steuergerät oder ein Aktuator, weist neben einer Einrichtung zur Datenübertragung eine weitere Einrichtung zur Verschlüsselung und/oder Entschlüsselung von zu übertragenden bzw. empfangenen Daten in Echtzeit auf. Diese Einrichtung erfüllt die Anforderungen an einen verzögerungsfreien laufenden Betrieb der datenaustauschenden Komponenten.
  • Hierbei ist es vorteilhaft, wenn die Verschlüsselung und/oder die Entschlüsselung der Daten mittels eines Computerprogramms mit Programmcode-Mitteln erfolgt, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer entsprechenden Rechnereinheit, insbesondere auf der genannten Verschlüsselungs- und/oder Entschlüsselungseinrichtung der Bordelektronikkomponente, ausgeführt wird. Das Computerprogramm kann auf einem entsprechenden Speicherbaustein der Bordelektronikkomponente fest eingespeichert sein oder aber über mobile Datenträger (wie Disketten), externe Datenträger (wie Festplatten) oder auch von anderen Datenträgern über das Internet auf die entsprechende Bordelektronikkomponente gespielt werden. Geeignete Datenträger sind weiterhin EEPROMs oder Flash-Memories.
    • Zeichnungen
  • Die Erfindung soll im folgenden anhand eines Ausführungsbeispiels und der beigefügten Zeichnung erläutert werden.
  • Die einzige Figur zeigt schematisch zwei Bordelektronikkomponenten, jeweils mit Einrichtungen zur Datenübertragung sowie mit Einrichtungen zur erfindungsgemäßen Verschlüsselung und/oder Entschlüsselung von Daten.
    • Beschreibung einer bevorzugten Ausführungsform
  • Die Zeichnung zeigt zwei beispielhaft ausgewählte Komponenten der Bordelektronik eines Kraftfahrzeugs, nämlich einen Sensor 1 und ein Steuergerät 2. Die Eingangsleitung zum Sensor 1 ist mit 5 bezeichnet. Die Eingangsleitungen 7 führen zum Steuergerät, die Ausgangsleitungen 8 führen vom Steuergerät weg zu weiteren Komponenten der Bordelektronik, wie Aktuatoren. Die Datenübertragung zwischen Sensor 1 und Steuergerät 2 erfolgt in der Regel über eine Schnittstelle 6 (analog, PWM, Bus . . .). Der Sensor 1 weist eine Einrichtung 3 zur Verschlüsselung, das Steuergerät 2 eine Einrichtung 4 zur Entschlüsselung auf.
  • Der Sensor 1 ermittelt Werte, wie Druck, Temperatur, Drehzahl, Ladedruck etc., die im allgemeinen physikalische Größen darstellen oder hieraus abgeleitet sind. Die Darstellung dieser Sensorwerte erfolgt nun nicht mehr wie bisher in Form eines analogen elektrischen Signals (z. B. einem Spannungspegel) oder einer einfachen (offenen) digitalen Botschaft (beispielsweise Bus-Message, beispielsweise für CAN), sondern erfindungsgemäß durch eine verschlüsselte Botschaft. Hierzu nimmt die Einrichtung 3 des Sensors 1 eine Verschlüsselung der Sensordaten vor, bevor diese über die Schnittstelle 6 zum Steuergerät 2 geschickt werden. Dabei können Verfahren der Verschlüsselung zur Anwendung kommen, wie sie im Bereich der elektronischen Datenverarbeitung bei vernetzten Rechnerstrukturen (z. B. Internet) verwendet werden (z. B. RSA-Verfahren, asymmetrische Verschlüsselungsverfahren).
  • Die verschlüsselte Botschaft wird über die Schnittstelle 6 dem Steuergerät 2 zur Verfügung gestellt, welches in einem ersten Schritt die Entschlüsselung der Botschaft vornimmt. Hierzu ist die Einrichtung 4 zur Entschlüsselung vorgesehen. Bei diesem Vorgang erkennt das Steuergerät 2, ob die Botschaft unverfälscht und vom autorisierten Sender übertragen wurde. Zu diesem Zweck kann zusätzlich zur eigentlichen Verschlüsselung der Botschaft diese auch signiert werden. Bei positiver Prüfung der Botschaft durch die Einrichtung 4 zur Entschlüsselung im Steuergerät 2, werden die entschlüsselten Daten entsprechend weiterverarbeitet. Beispielsweise wird anhand dieser Daten ein Aktuator vom Steuergerät 2 über eine Ausgangsleitung 8 angesteuert. Fällt hingegen die Überprüfung der übertragenen Daten in der Einrichtung 4 zur Entschlüsselung negativ aus, kann das Steuergerät 2 geeignet reagierten, indem beispielsweise ein sicherer Ersatzwert gewählt wird, der einen sicheren Betrieb aufrechterhält, und indem beispielsweise der Fahrer des Fahrzeugs entsprechend informiert wird.
  • Erfindungsgemäß ist es insbesondere auch vorgesehen, dass das dargestellte Steuergerät 2 weitere Einrichtungen zur Verschlüsselung und/oder Entschlüsselung von über die Eingangsleitungen 7 empfangenen Daten bzw. von über die Ausgangsleitungen 8 zu übertragenden Daten aufweist. So kann beispielsweise das Steuergerät 2 zur Motorsteuerung ein verschlüsseltes Steuersignal über eine der Ausgangsleitungen 8 an einen (nicht dargestellten) Aktuator (wie eine Drosselklappe) übertragen, wobei dann dem Aktuator eine entsprechende Einrichtung zur Entschlüsselung der empfangenen Daten vorgeschaltet ist.

Claims (14)

1. Verfahren zur Datenübertragung zwischen Komponenten (1, 2) der Bordelektronik mobiler Systeme, dadurch gekennzeichnet, dass die zu übertragenden Daten von der sendenden Komponente (1) in Echtzeit verschlüsselt werden und von der empfangenden Komponente (2) in Echtzeit entschlüsselt werden.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass die zu übertragenden Daten mittels eines Schlüssels von der sendenden Komponente (1) codiert und mittels eines Schlüssels von der empfangenden Komponente (2) decodiert werden.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass die übertragenen Daten anhand des Verschlüsselungsalgorithmus und/oder einer Signatur oder Komponentenkennung auf Echtheit überprüft werden.
4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, dass die zu übertragenden Daten eine Signatur oder Kennung der zugehörigen Bordelektronikkomponente erhalten.
5. Verfahren nach Anspruch 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei negativer Überprüfung der Echtheit der übertragenen Daten geeignete Ersatzdaten anstelle der übertragenen Daten verwendet und/oder entsprechende Informationen angezeigt werden.
6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Übertragung von sicherheitsrelevanten Daten asymmetrische Schlüssel gewählt werden.
7. Bordelektronikkomponente eines mobilen Systems, wie Sensor (1), Steuergerät (2) oder Aktuator, mit einer Einrichtung zum Übertragen und/oder Empfangen; von Daten, gekennzeichnet durch eine weitere Einrichtung (3; 4) zur Verschlüsselung und/oder Entschlüsselung von zu übertragenden bzw. empfangenen Daten in Echtzeit.
8. Bordelektronikkomponente nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (4) zur Entschlüsselung von übertragenen Daten zur Überprüfung der Echtheit der übertragenen Daten ausgerüstet ist.
9. Bordelektronikkomponente nach Anspruch 7 oder 8, dadurch gekennzeichnet, dass die Einrichtung (3) zur Verschlüsselung von zu übertragenden Daten eine Kennung der zugehörigen Bordelektronikkomponente zusammen mit den zu übertragenden Daten übermittelt.
10. Bordelektronikkomponente nach Anspruch 8 oder 9, dadurch gekennzeichnet, dass bei negativer Überprüfung durch die Einrichtung (4) zur Entschlüsselung die Komponente (1, 2) derart eingerichtet ist, dass geeignete Ersatzdaten anstelle der übertragenen Daten verwendet werden und/oder entsprechende Informationen angezeigt werden.
11. Computerprogramm mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer Rechnereinheit, insbesondere auf einer Einrichtung (3; 4) zur Verschlüsselung und/oder Entschlüsselung von Daten in einer Bordelektronikkomponente gemäß Anspruch 7, ausgeführt wird.
12. . Computerprogrammprodukt mit Programmcode-Mitteln, um ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 6 auszuführen, wenn das Computerprogramm auf einem Computer oder einer Rechnereinheit, insbesondere auf einer Einrichtung (3; 4) zur Verschlüsselung und/oder Entschlüsselung von Daten in einer Bordelektronikkomponente gemäß Anspruch 7, ausgeführt wird.
13. Kraftfahrzeug mit einer Bordelektronikkomponente nach einem der Ansprüche 7 bis 10.
14. . Flugzeug mit einer Bordelektronikkomponente nach einem der Ansprüche 7 bis 10.
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