DE19955545A1

DE19955545A1 - Steuersystem für ein Kraftfahrzeug

Info

Publication number: DE19955545A1
Application number: DE1999155545
Authority: DE
Inventors: Torsten Zawade; Oliver Marcks
Original assignee: Volkswagen AG
Current assignee: Volkswagen AG
Priority date: 1999-11-18
Filing date: 1999-11-18
Publication date: 2001-05-23

Abstract

In einem Kraftfahrzeug ist es bekannt, daß mehrere Steuergeräte miteinander oder mit einer Zentraleinheit über einen bidirektionalen Datenbus kommunizieren und Steuerbefehle abgeben oder Meß- oder Sensorsignale empfangen. Zur Erhöhung der Sicherheit gegen unberechtigten Zugriff, zum Beispiel für eine Diebstahlsicherung oder Wegfahrsperre, ist es bekannt, die Kodes zusätzlich zu vercrypten oder zu verschlüsseln. Dabei ist der Vercryptungskode als Software jeweils in dem Steuergerät enthalten. DOLLAR A Diese Lösung hat die Nachteile, daß die Berechnung der Vercryptungsalgorithmen in den Steuergeräten über Software relativ lange Zeit in Anspruch nimmt und die Sicherung durch die Vercryptung von einem unberechtigten Benutzer wie einen Dieb mit vertretbarem Material- und Zeitaufwand noch umgangen werden kann. DOLLAR A Aufgabe ist es, diese Nachteile zu vermeiden. DOLLAR A Jeweils einem Steuergerät (3) oder mehreren Steuergeräten ist ein Cryptocontroller (4) zugeordnet, in dem das Programm für die Vercryptung und/oder ein geheimer Schlüssel manipulationssicher und nicht einsehbar gespeichert ist. Der Cryptocontroller (4) kann räumlich von dem Mikroprozessor (3) getrennt oder auch in diesen eingebaut sein.

Description

Die Erfindung geht aus von einem Steuersystem für ein Kraftfahrzeug gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

In einem Kraftfahrzeug ist es in zunehmenden Maße bekannt, eine Vielzahl von elektronischen Steuergeräten für bestimmte Bauteile und Funktionen innerhalb des Kraftfahrzeugs vorzusehen. Das sind zum Beispiel die Motorsteuerung, die Steuerung der Türen und Fenster, die Steuerung einer Kindersicherung, die Messung oder Überwachung einer Vielzahl von für die Sicherheit relevanten Funktionen und Funktionen zur Verhinderung, Erschwerung oder Erkennung von Einbrüchen und Diebstählen.

Diese Steuergeräte kommunizieren im allgemeinen miteinander und/oder mit einer Zentrale über einen Datenbus, der bestimmte Codes für Steuerbefehle oder Meßwerte überträgt. Um einen unerwünschten Zugriff zu einem Steuergerät zu erschweren, zum Beispiel zur Diebstahlsicherung, ist es bekannt, derartige Kodes zusätzlich zu verschlüsseln oder zu vercrypten. Ein unberechtigter Benutzer muß dann zusätzlich diese Vercryptung herausfinden und aufheben. Die Vercryptung der Kodes erfolgt dabei jeweils in einem Steuergerät durch eine zusätzliche Software. Diese Lösung hat den Nachteil, daß die Auswertung relativ viel Zeit in Anspruch nimmt und zum Beispiel ein Startvorgang, der die Auswertung eines Kodes und die Aufhebung einer Vercryptung benötigt, relativ lange dauert. Außerdem ist es für einen Unberechtigten wie einen Dieb auch bei einer solchen Vercryptung noch möglich, mit machbarem Aufwand an Material und Zeit das Vercryptungsprogramm bzw. einen geheimen Schlüssel zu erkennen und damit die Vercryptung zu umgehen, zu manipulieren oder in einem eigenen Steuergerät nachzubilden.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein derartiges Steuersystem mit einer Verschlüsselung oder Vercryptung der zwischen den Steuergeräten übertragenen Codes dahingehend abzuwandeln, daß das Vercryptungsverfahren gegen externe Angriffe sicherer wird. Diese Erhöhung der Sicherheit erfordert auch einen besseren Vercryptungsalgorithmus, dessen Berechnung entsprechend mehr Zeit benötigt. Diese Aufgabe wird durch die im Anspruch 1 angegebene Erfindung gelöst. Vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen angegeben.

Bei der Erfindung erfolgt also die Verschlüsselung oder die Vercryptung im Gegensatz zu bekannten Lösungen nicht durch eine Software innerhalb des Steuergerätes, zum Beispiel eines µP, sondern mit einem funktionell getrennten Cryptocontroller, einem sogenannten Cryptochip. Dabei unterscheidet man zwischen zwei Arten von Cryptochips. In dem einen Typ ist das Programm für die Vercryptung nicht als Software, sondern hardwaremäßig, also durch Verdrahtung, gespeichert, während der andere Typ programmierbar ist, aber durch ein entsprechend ausgelegtes Langzahlen-Rechenwerk die benötigte Rechengeschwindigkeit bereitgestellt. Weiterhin sind diese Cryptochips vom Layout und der Schaltung so aufgebaut, daß Angriffe verschiedenster Art und mit sehr hohem Aufwand nach heutigem Stand der Technik ohne Erfolg bleiben. Diese Lösung mit einem Cryptocontroller oder Cryptochip ist somit wesentlich sicherer als die Vercryptung durch eine Software innerhalb des Mikroprozessors innerhalb des Steuergerätes selbst. Auch erfolgt die Auswertung wesentlich schneller, so daß mögliche Wartezeiten bei der Auswertung der Kodes für Befehle oder Steuerfunktionen beträchtlich verringert werden.

Der genannte Cryptocontroller, der als handelsübliches Bauteil verfügbar ist, kann abhängig vom Systemaufbau als getrenntes Bauteil vor und/oder hinter dem Mikroprozessor, in einem zentralen Sicherheitsmodul oder Mikroprozessor angeordnet sein. Der Cryptocontroller kann als von einem als Steuergerät arbeitenden Mikroprozessor getrenntes Bauteil, jedoch auch als Teil eines Mikroprozessors ausgebildet sein.

Die Erfindung wird im folgenden anhand der Zeichnung näher erläutert. In der Zeichnung zeigen:

Fig. 1 ein Steuergerät gemäß einer ersten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 2 ein Steuergerät gemäß einer zweiten Ausführungsform der Erfindung,

Fig. 3 ein Ausführungsbeispiel für die Ausführungsform gemäß Fig. 1 mit jeweils von dem Mikroprozessor getrenntem Cryptocontroller,

Fig. 4 eine Abwandlung der Anordnung von Fig. 3,

Fig. 5 eine weitere Abwandlung der Anordnung von Fig. 3 und

Fig. 6 ein Ausführungsbeispiel für die Ausführungsform gemäß Fig. 2 mit jeweils in den Mikroprozessor eingebautem Cryptocontroller.

Fig. 1 zeigt ein Steuergerät 1, das zur Datenkommunikation an einen Datenbus 2 angeschlossen ist. Das Steuergerät 1 enthält einen Mikroprozessor 3, der Daten von dem Bus 2 empfängt, Daten dem Bus 2 zuführt und Daten verarbeitet. Das Steuergerät 1 enthält zusätzlich einen Cryptocontroller 4, der über eine eine Schnittstelle bildende sogenannte SPI-Verbindung an den Mikroprozessor 3 angeschlossen ist. In dem Cryptocontroller 4 sind in der beschriebenen Weise das Programm für die Vercryptung der ausgetauschten Daten und/oder ein geheimer Schlüssel manipulationssicher und nicht einsehbar abgelegt.

In Fig. 2 sind der Mikroprozessor 3 und der Cryptocontroller 4 von Fig. 1 zu einem Baustein 5 zusammengefaßt. Der Cryptocontroller ist also jeweils in den Mikroprozessor eingebaut. Die Wirkungsweise der Anordnung ist indessen dieselbe oder ähnlich wie in Fig. 1.

Fig. 3 zeigt einen Datenbus 2, der zum Austausch von Daten für Steuerungs-, Meß-, Sensor- und Überwachungszwecke in einem Kraftfahrzeug dient. Dargestellt sind exemplarisch vier Steuergeräte in Form von Mikroprozessoren 3a-3d, die alle an den Datenbus 2 angeschlossen sind. Die Mikroprozessoren 3a-3d arbeiten mit einem Datenaustausch untereinander und/oder mit einer Zentraleinheit 6. Die Mikroprozessoren 3a und 3c dienen zur Steuerung von Geräten G1, G2, zum Beispiel für die Motorfunktion oder die Türsicherung. Die Mikroprozessoren 3b und 3d sind mit Sensoren S1, S2 verbunden. Diese liefern Meß- oder Sensorsignale, zum Beispiel über Funktionsparameter des Motors, Geschwindigkeit, Ölstand oder auch Diebstahlversuche. Jedem Mikroprozessor 3a-3d sowie der Zentraleinheit 6 ist ein Cryptocontroller 4a-4e in Form eines Cryptochip zugeordnet. Diese Cryptocontroller bewirken eine Vercryptung oder Verschlüsselung der über das Bussystem 2 übertragenen Kodes. In dem Cryptocontroller ist jeweils das Programm für die Vercryptung und/oder der geheime Schlüssel manipulationssicher und nicht einsehbar abgelegt. Außerdem wird durch diese Ausführung der Zeitaufwand für die Vercryptung oder die Entcryptung gegenüber einer Softwarelösung innerhalb des Mikroprozessors beträchtlich verkürzt und somit Wartezeiten für andere Funktionen verringert.

Fig. 4 zeigt eine Abwandlung der Anordnung von Fig. 3, die ohne die Zentraleinheit 6 von Fig. 3 arbeitet. Der Datenaustausch erfolgt zwischen den Mikroprozessoren 3a-3d über den Bus 2, gegebenenfalls mit weiteren an den Bus 2 angeschlossenen Steuergeräten.

Fig. 5 zeigt eine Abwandlung der Anordnung von Fig. 3, bei der nur an die Zentraleinheit 6 ein Cryptocontroller 4e angeschlossen ist, während den Mikroprozessoren 3a-3d kein Cryptocontroller zugeordnet ist.

Fig. 6 zeigt eine Anordnung, die gemäß der Ausführungsform von Fig. 2 arbeitet. Im Gegensatz zu den Anordnungen von Fig. 3, 4, 5 sind jeweils der Mikroprozessor und der Cryptocontroller zu einem Baustein 5a-5d zusammengefaßt, d. h. der Cryptocontroller ist jeweils in den Mikroprozessor eingebaut.

Bezugszeichenliste

1

Steuergerät

2

Datenbus

3

Mikroprozessor

3

a Mikroprozessor

3

b Mikroprozessor

3

c Mikroprozessor

3

d Mikroprozessor

4

Cryptocontroller

4

a Cryptocontroller

4

b Cryptocontroller

4

c Cryptocontroller

4

d Cryptocontroller

4

e Cryptocontroller

5

Baustein

5

a Baustein

5

b Baustein

5

c Baustein

5

d Baustein

6

Zentraleinheit
G1 Gerät
G2 Gerät
S1 Sensor
S2 Sensor

Claims

1. Steuersystem für ein Kraftfahrzeug mit mehreren miteinander verbundenen Steuergeräten zum Austausch von Daten mit bestimmten Kodes für Meßwerte oder Steuerbefehle, wobei die Kodes zur Sicherung der Steuergeräte gegen unerwünschten Zugriff durch nichtberechtigten Personen zusätzlich vercryptet sind, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils einem Steuergerät (3) oder mehreren Steuergeräten ein Cryptocontroller (4) zugeordnet ist, in dem das Programm für die Vercryptung und/oder ein geheimer Schlüssel manipulationssicher und nicht einsehbar abgelegt sind.

2. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß jeweils ein Steuergerät (1) einen Mikroprozessor (3) und einen Cryptocontroller (4) enthält, der als getrenntes Bauteil vor und/oder hinter dem Mikroprozessor (3) angeordnet ist.

3. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Cryptocontroller (4) ein von dem Mikroprozessor (3) räumlich getrenntes Bauteil und mit dem Mikroprozessor (3) über eine eine Schnittstelle bildende Datenverbindung (SPI) verbunden ist.

4. Steuersystem nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Cryptocontroller (4) in den Mikroprozessor (3) eingebaut ist.

5. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem außer den Steuergeräten (3) eine Zentraleinheit (6) enthält und der Zentraleinheit (6) ebenfalls ein Cryptocontroller (4e) zugeordnet ist.

6. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß in dem Gesamt- Steuersystem nur der Zentraleinheit (6) ein Cryptocontroller (4e) zugeordnet ist.

7. Steuersystem nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß das Steuersystem für eine Diebstahlwarnanlage, Diebstahlverhinderung, Wegfahrsperre oder dergl. dient.