EP3928485A1 - Fahrzeuggerät und verfahren zur sicheren datenverbindung - Google Patents

Fahrzeuggerät und verfahren zur sicheren datenverbindung

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Publication number
EP3928485A1
EP3928485A1 EP20719572.8A EP20719572A EP3928485A1 EP 3928485 A1 EP3928485 A1 EP 3928485A1 EP 20719572 A EP20719572 A EP 20719572A EP 3928485 A1 EP3928485 A1 EP 3928485A1
Authority
EP
European Patent Office
Prior art keywords
vehicle
data
external
connection
communication device
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
EP20719572.8A
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andres GONZALEZ GUILARTE
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
Siemens Mobility GmbH
Original Assignee
Siemens Mobility GmbH
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Siemens Mobility GmbH filed Critical Siemens Mobility GmbH
Publication of EP3928485A1 publication Critical patent/EP3928485A1/de
Pending legal-status Critical Current

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Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W4/00—Services specially adapted for wireless communication networks; Facilities therefor
    • H04W4/30—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes
    • H04W4/40—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P]
    • H04W4/44—Services specially adapted for particular environments, situations or purposes for vehicles, e.g. vehicle-to-pedestrians [V2P] for communication between vehicles and infrastructures, e.g. vehicle-to-cloud [V2C] or vehicle-to-home [V2H]
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/02—Network architectures or network communication protocols for network security for separating internal from external traffic, e.g. firewalls
    • H04L63/0227—Filtering policies
    • H04L63/0254—Stateful filtering
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04W—WIRELESS COMMUNICATION NETWORKS
    • H04W12/00—Security arrangements; Authentication; Protecting privacy or anonymity
    • H04W12/08—Access security
    • H04W12/088—Access security using filters or firewalls

Definitions

  • a vehicle device for the secure data processing of at least one vehicle with at least one device external to the vehicle, with at least one interface device for connection to an in-vehicle wired data network, with at least one communication device for radio-based connection with the device external to the vehicle and with little At least one data diode device connected to the interface device and the communication device, which data diode device is designed for the unidirectional data connection from the interface device to the communication device.
  • the invention achieves the object by means of a method for the secure data connection of at least one vehicle with at least one device external to the vehicle, in the case of which data from a vehicle-internal wired data network can be transmitted wirelessly and unidirectionally to the equipment outside the vehicle.
  • the solution according to the invention offers the possibility of vehicles being networked in a secure manner without endangering safety-critical internal systems. Thus, the risk of occupants and other road users is held th.
  • the solution according to the invention is therefore particularly suitable for future applications in the mobility sector.
  • the invention can establish a secure connection in autonomous vehicles that are intended for levels 4 and 5 (GoA - Grade of Automation).
  • the solution can also be used for driver assistance systems according to level 2 (GoA 2) and semi-automated driving according to level 3 (GoA 3).
  • the solution according to the invention can be used, for example, for the secure direct connection of vehicles, for solutions for digital twins and juridical recorders in the event of an accident, for external monitoring of vehicle sensor data for external analysis, for external recording of vehicle CCTV systems, Regular checking of data completeness of the on-board systems and for much more.
  • the interface device establishes a connection to the vehicle-internal data network during operation, the data of which is to be passed at least partially to the vehicle-external device.
  • the communication device according to the invention of the vehicle device can establish a radio-based connection with the device external to the vehicle in order to transmit the said data from the vehicle-internal data network.
  • the data diode device according to the invention ensures that data is only transferred unidirectionally from the vehicle-internal data network can be transmitted in the direction of the off-vehicle device, but not in the other direction. Since a data flow from the communication device, which can be connected to the device external to the vehicle, to the interface device is excluded, the invention can ensure a high level of security for the vehicle. External attacks can thus be blocked.
  • the vehicle device can have at least one switchable or switchable data connection from the communication device to the interface device.
  • This has the advantage that, in addition to the unidirectional data connection, there is also an additional data connection in the opposite direction, which can be used as required.
  • software updates can be transmitted to the vehicle's data network via the switchable data connection.
  • the data connection can have at least one further data diode device which is designed for a unidirectional data connection from the communication device to the interface device.
  • This has the advantage that an undesired flow of data in the opposite direction can also be excluded here.
  • the two parts of the vehicle device are still galvanically separated from one another.
  • the vehicle device can have at least one first computing device which is designed to switch the data connection as a function of at least one predetermined rule.
  • This rule ensures that data from the communication device to the interface device is only allowed in a permitted manner and that security in the vehicle-internal data network is guaranteed.
  • the at least one rule can be at least one predetermined point in time, a predetermined size or comprise a specific identity. For example, a user's fingerprint can be checked in order to verify his or her authorization.
  • a predetermined data size can be used, for example, to ensure that only permitted data enter the vehicle-internal data network.
  • the data connection from the communication device to the interface device can only be released if the communication between the communication device and the external device is interrupted. In this way, an external attack can be excluded during the established data connection.
  • the vehicle-internal data network can be configured as a multi-vehicle bus, electrical middle distance bus, CAN bus or Ethernet.
  • a multi-vehicle bus electrical middle distance bus
  • CAN bus electrical middle distance bus
  • Ethernet Ethernet
  • other data networks used internally in the vehicle can also be used.
  • the communication device can have at least one memory unit. This has the advantage that data from the device external to the vehicle can be temporarily stored in the communication device before they are transmitted to the interface device. This makes it possible, for example, to interrupt the data connection to the device external to the vehicle while the switchable data connection is closed. This means that a malicious attack from outside can be excluded during transmission via the switchable data connection.
  • the vehicle device can have at least one first and at least one second computing device, the first computing device being arranged or designed as part of the interface device and the second computing device as part of the communication device.
  • Each of the computing devices can check specified safety rules and thus increase the safety of the vehicle.
  • the communication device can have at least one mobile radio unit operating according to the 5G standard.
  • the new 5G mobile radio standard will make mobile vehicles even more networked in the future.
  • the invention also relates to a vehicle with at least one vehicle device according to one of the aforementionedParksfor men.
  • a data connection from a communication device connected to the vehicle-external device to an interface device connected to the vehicle-internal data network can be activated if at least one predetermined rule is met.
  • the transmission can be carried out unidirectionally.
  • the predetermined rule can be checked by a computing device which is arranged separately from a communication device connected to the device external to the vehicle. This ensures that the rule check cannot be changed by an external criminal attack. This increases the safety of the vehicle.
  • the data can only be transmitted from the vehicle-external device to the vehicle-internal data network if there is no active connection to the vehicle-external device.
  • FIG. 1 is a schematic representation of an exemplary embodiment of a vehicle according to the invention with a vehicle device according to the invention
  • FIG. 2 shows a schematic representation of part of the exemplary embodiment of the vehicle device according to the invention from FIG. 1;
  • Fig. 3 shows a schematic representation of an exemplary embodiment of the method according to the invention
  • FIG. 5 shows a schematic representation of the vehicle device according to the invention from FIG. 1;
  • FIG. 11 is a schematic representation of a further embodiment of a vehicle according to the invention.
  • a vehicle 1 according to the invention has a vehicle device 2 according to the invention so that a secure data connection with a device 3 external to the vehicle is established.
  • the vehicle 1 is shown here as a car. But it can Of course, it can also be any other vehicle, such as a truck, a motorcycle, a tram, a subway or other trains.
  • the external device 3 to which the data are to be transmitted can, for example, be a central control device (SCADA), a control center or the like. Via data stream 4, data from vehicle 1 is transmitted by vehicle device 2 to external device 3.
  • SCADA central control device
  • the vehicle device 2 has an interface device 5, a communication device 6 and a first data diode device 7.
  • the vehicle device 2 also includes an additional connection device 8, which will be explained somewhat later with reference to FIG. 2.
  • the interface device 5 is connected to a vehicle-internal, usually wired data network 9, which can be, for example, a CAN bus of the vehicle or also a multi-vehicle bus, electrical middle distance bus or Ethernet.
  • a vehicle-internal, usually wired data network 9 which can be, for example, a CAN bus of the vehicle or also a multi-vehicle bus, electrical middle distance bus or Ethernet.
  • the communication device 6 is designed for radio-based connection with the vehicle-external device 3 and, during operation, transmits data via data stream 4 to the external device 3.
  • the communication device 6 can include modules for communication, not shown, for example, the external device 3 via 5G , WLAN, LTE US, LTE E, UMTS or GSM.
  • the vehicle device 2 can be subdivided into a vehicle-internal part 10 and a vehicle-external part 11.
  • the vehicle-internal part 10 and the vehicle-external part 11 are connected to one another via the data diode device 7.
  • This data diode device 7 also connects the interface device 5 arranged in the vehicle-internal part 10 with the communication device 6 arranged in the vehicle-external part 11.
  • the data diode device 7 also comprises two parts, a first part 12 and a second part 13, which are galvanically separated from one another.
  • Each part 12, 13 has, for example, socket elements 14 into which known connectors can be inserted in order to establish a connection to the interface device 5 or to the communication device 6.
  • the socket elements 14 are connected to one another via a listening module 15 in which the data are only transmitted unidirectionally.
  • the monitoring module 15 the data is monitored by means of electromagnetic induction and the monitored data is passed on.
  • a data diode is implemented, as is known, for example, from "Monitoring and safety-critical warning networks by means of one-way gateways", Ri carda Weber, Martin Wimmer, Signal + Draht 9/2018.
  • the interface device 5 furthermore comprises a first computing device 16 and a first storage device 17.
  • the communication device 6 comprises a second computing device 18 and a second storage device 19.
  • data from the internal data network 9 of the vehicle 1 can be transmitted to the external device 3 in a secure manner.
  • the data diode device 7 ensures that, despite the existing data connection to the external device 3, no external attacks on the vehicle-internal data network 9 or on the vehicle-internal part 10 can be carried out, because only a unidirectional data stream 4 is physically possible.
  • any type of data such as position or diagnostic data can be sent from the vehicle 1 to the external device 3 without opening the vehicle's internal data network 9 to the outside.
  • the vehicle device 2 can optionally have binding device 8, which is described below with reference to FIG.
  • the connection device 8 represents a switchable data connection from the communication device 6 in the direction of the interface device 5.
  • this switchable data connection is formed with a further data diode device 20.
  • the further data diode device 20 also realizes a unidirectional data connection, which, however, is designed opposite to the first data diode device 7. In this way, data can flow from the vehicle-external part 11 into the vehicle-internal part 10 according to the data stream 21 shown.
  • This data stream 21 is only enabled and enabled when required.
  • this control of the data stream 21 is carried out by the first computing device 16 arranged in the vehicle-internal part 10. The first computing device 16 only enables the data stream 21 if predetermined rules are met that ensure security.
  • the connection device 8 also has a power supply 22, a first communication module 23 in the vehicle-external part 11, a second communication module 24 in the vehicle-internal part 10 and a further storage device 25.
  • the first communication module 23 is designed in the same way as the communication device 6 and the second communication module 24 is designed like the interface device 5.
  • data packets 26 which represent a software update, for example, are provided by a creator such as the vehicle manufacturer 27, for example. These data packets 26 are stored in a cloud 28, for example. The vehicle 1 can establish access to the data packets 26 in the cloud 28.
  • Information about the provided data packets 26 is then output, for example to the owner of vehicle 1.
  • This information is made available, for example, in a step 29 by email, mobile app or also via a vehicle information system.
  • the owner of the vehicle must transmit the data packets 26 to the vehicle
  • the release can be carried out, for example, using PKI, fingerprints, face recognition or one of their other known verification methods.
  • download conditions can be checked before the download of the data packets 26 from the cloud 28 to the vehicle 1 is started.
  • These download conditions can be, for example, that the vehicle 1 is parked, the vehicle 1 is connected to a charging station (only for e-cars) or the vehicle is connected to an approved, trustworthy network, e.g. B. is connected via WLAN.
  • the data packets 26 are then transferred to the part external to the vehicle
  • step 31 Another release takes place in step 31. With this release, the necessary rules are queried, such as validation of the vehicle manufacturer, disconnection of communication device 6, parking of vehicle 1, charging of vehicle 1 (only for e-cars), and possibly further authorization by the owner. If all the rules are met, the data stream 21 is produced by the connection device 8, so that the data packets 26 are transmitted from the vehicle-external part 11 to the vehicle-internal part 10 via the further data dial device 20. This data transfer takes place in step 32. After the data transfer has been completed the connection is interrupted again by the connection device 8 and the data transmission is completed.
  • Fig. 4 shows schematically the division of a printed circuit board (PCB - Printed Circuit Board) of the Anlagenge devices 2.
  • the areas of the control panel shown include the interface device 5, the data diode device 7, the first computing device 16, the communication device 6 and a power supply 33 and optional System modules 34.
  • FIG. 5 shows the areas from FIG. 4 in detail.
  • FIG. 6 shows the schematic structure of the vehicle device 2, which in this exemplary embodiment has two printed circuit boards (PCB).
  • the upper printed circuit board 37 is designed as a main switchboard corresponds to the illustration in FIGS. 4 and 5.
  • the lower printed circuit board 38 which connects to the upper printed circuit via pins
  • Boards 37 is only optional and can e.g. include a passenger internet gateway.
  • FIG. 7 shows a side view from the front or from the rear of the vehicle device 2 according to the invention.
  • FIG. 8 shows a detail of Fig. 7. This shows an overlap pende front panel to increase stability.
  • Fig. 9 shows a further detail of Fig. 7, in which an adjustable loading mounting rail 40 is shown.
  • FIG. 10 shows a top view of the exemplary embodiment of the vehicle device 2 according to the invention from FIG. 7.
  • the vehicle device 2 has a housing 35 with a plurality of cooling fins 36. The number of cooling fins 36 can be adjusted as required.
  • the housing 35 can for example be made of aluminum and, depending on the use, also be waterproof or water-protected (IP 20 or IP 50).
  • 11 shows a further embodiment of the vehicle device 2 according to the invention, in which the connecting device 8 is designed to be more integrated.
  • connection device 8 with the further data diode device 20 is arranged parallel to the first data diode device 7 between the interface device 5 and the communication device 6.
  • the function of the embodiment in FIG. 11, however, is the same as that of the embodiment shown in FIGS. 1 and 2 and described above. The same reference symbols are therefore used.

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Abstract

Die Erfindung betrifft ein Fahrzeuggerät (2) zur sicheren Datenverbindung wenigstens eines Fahrzeugs (1) mit wenigstens einer fahrzeugexternen Einrichtung (3). Um die Sicherheit des Fahrzeugs (1) zu erhöhen, weist das erfindungsgemäße Fahrzeuggerät (2) wenigstens eine Interfaceeinrichtung zur Verbindung mit einem fahrzeuginternen kabelgebundenen Datennetzwerk (9), wenigstens eine Kommunikationseinrichtung zur funkbasierten Verbindung mit der fahrzeugexternen Einrichtung (3) und wenigstens eine mit der Interfaceeinrichtung (5) mit der Kommunikationseinrichtung (6) verbundenen Datendiodeneinrichtung (7) auf, die zur unidirektionalen Datenverbindung von der Interfaceeinrichtung (5) zu der Kommunikationseinrichtung (6) ausgebildet ist. Die Erfindung betrifft auch ein Verfahren zur sicheren Datenverbindung.

Description

Beschreibung
Fahrzeuggerät und Verfahren zur sicheren Datenverbindung
Heutzutage sollen Fahrzeuge jeglicher Art immer stärker ver netzt sein, um beispielsweise moderne Mobilitätslösungen vo ranzutreiben. Auch geplante autonom fahrende Fahrzeuge, die es in Zukunft geben wird, müssen möglichst permanent vernetzt sein. Problematisch ist es hierbei, die Sicherheit der Fahr zeuge und deren interner Systeme sicherzustellen. Denn durch eine Zugangsmöglichkeit von extern, die im Zuge der digitalen Vernetzung gegeben ist, ist auch eine schädliche und krimi nelle Nutzung möglich. So können z. B. Viren oder Hackeran griffe die Sicherheit der vernetzten Fahrzeuge und deren In sassen gefährden. Dies ist unter allen Umständen zu vermei den .
Es ist daher die Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein Fahrzeuggerät und ein Verfahren zur sicheren Datenverbindung bereitzustellen, die ein hohes Maß an Sicherheit gewährleis ten .
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß gelöst durch ein Fahrzeugge rät zur sicheren Datenverarbeitung wenigstens eines Fahrzeugs mit wenigstens einer fahrzeugexternen Einrichtung, mit we nigstens einer Interfaceeinrichtung zur Verbindung mit einem fahrzeuginternen kabelgebundenen Datennetzwerk, mit wenigs tens einer Kommunikationseinrichtung zur funkbasierten Ver bindung mit der fahrzeugexternen Einrichtung und mit wenigs tens einer mit der Interfaceeinrichtung und der Kommunikati onseinrichtung verbundenen Datendiodeneinrichtung, die zur unidirektionalen Datenverbindung von der Interfaceeinrichtung zu der Kommunikationseinrichtung ausgebildet ist.
Weiterhin löst die Erfindung die Aufgabe durch ein Verfahren zur sicheren Datenverbindung wenigstens eines Fahrzeugs mit wenigstens einer fahrzeugexternen Einrichtung, bei dem Daten von einem fahrzeuginternen kabelgebundenen Datennetzwerk funkbasiert und unidirektional zur fahrzeugexternen Einrich tung übermittelt werden.
Die erfindungsgemäße Lösung bietet die Möglichkeit, dass Fahrzeuge auf sichere Weise vernetzt werden, ohne dass si cherheitskritische interne Systeme gefährdet sind. Somit wird Gefahr von Insassen und anderen Verkehrsteilnehmern abgehal ten. Daher ist die erfindungsgemäße Lösung für zukünftige An wendungen im Mobilitätsbereich besonders geeignet. Beispiels weise kann die Erfindung eine sichere Verbindung bei autonom fahrenden Fahrzeugen hersteilen, die für die Stufen 4 und 5 (GoA - Grade of Automation) vorgesehen sind. Selbstverständ lich kann die Lösung auch für Fahrerassistenzsysteme gemäß Stufe 2 (GoA 2) und halbautomatisiertes Fahren nach Stufe 3 (GoA 3) verwendet werden.
Die erfindungsgemäße Lösung kann beispielsweise verwendet werden für die sichere direkte Verbindung der Fahrzeuge, für Lösungen für digitale Zwillinge und Juridical Recorder im Falle eines Unfalls, für externes Monitoring von Fahr zeugsensordaten für eine externe Analyse, für externes Auf zeichnen von Fahrzeug-CCTV-Systemen, regelmäßiges Überprüfen von Datenvollständigkeit der On-Board-Systeme und für vieles mehr .
Selbstverständlich kann die erfindungsgemäße Lösung auch für Verbindungen zwischen Fahrzeugen genutzt werden.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggerät stellt die Interfa ceeinrichtung im Betrieb eine Verbindung zum fahrzeuginternen Datennetzwerk her, dessen Daten zumindest teilweise zur fahr zeugexternen Einrichtung weitergegeben werden sollen. Die er findungsgemäße Kommunikationseinrichtung des Fahrzeuggerätes kann eine funkbasierte Verbindung mit der fahrzeugexternen Einrichtung hersteilen, um die genannten Daten aus dem fahr zeuginternen Datennetzwerk zu übermitteln. Durch die erfin dungsgemäße Datendiodeneinrichtung ist sichergestellt, dass Daten lediglich unidirektional von dem fahrzeuginternen Da- tennetzwerk in Richtung der fahrzeugexternen Einrichtung übermittelt werden können, aber nicht in die andere Richtung. Da ein Datenfluss von der Kommunikationseinrichtung, die mit der fahrzeugexternen Einrichtung verbindbar ist, zur Interfa ceeinrichtung ausgeschlossen ist, kann die Erfindung eine ho he Sicherheit für das Fahrzeug sicherstellen. Angriffe von außen können so blockiert werden.
Die erfindungsgemäße Lösung kann durch vorteilhafte Ausge staltung weiterentwickelt werden, die im Folgenden beschrie ben sind.
So kann das Fahrzeuggerät wenigstens eine schaltbare oder zu- schaltbare Datenverbindung von der Kommunikationseinrichtung zur Interfaceeinrichtung aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass zusätzlich zur unidirektionalen Datenverbindung auch ei ne zusätzliche Datenverbindung in der entgegengesetzten Rich tung vorhanden ist, die bedarfsweise benutzt werden kann. Beispielsweise können über die schaltbare Datenverbindung Softwareupdates an das fahrzeugseitige Datennetzwerk übermit telt werden. Die Datenverbindung kann wenigstens eine weitere Datendiodeneinrichtung aufweisen, die zur unidirektionalen Datenverbindung von der Kommunikationseinrichtung zu der In terfaceeinrichtung ausgebildet ist. Dies hat den Vorteil, dass auch hier ein ungewünschter Datenfluss in entgegenge setzter Richtung ausgeschlossen werden kann. Außerdem sind die beiden Teile des Fahrzeuggerätes so weiterhin galvanisch voneinander getrennt.
Um eine hohe Sicherheit zu gewährleisten, kann das Fahrzeug gerät wenigstens eine erste Recheneinrichtung aufweisen, die zum Schalten der Datenverbindung in Abhängigkeit von wenigs tens einer vorgegebenen Regel ausgebildet ist. Durch diese Regel ist sichergestellt, dass nur in erlaubter Weise Daten von der Kommunikationseinrichtung zur Interfaceeinrichtung gelangen und die Sicherheit im fahrzeuginternen Datennetzwerk gewährleistet ist. Die wenigstens eine Regel kann wenigstens einen vorbestimmten Zeitpunkt, eine vorbestimmte Größe oder eine bestimmte Identität umfassen. Zur Identitätsermittlung kann beispielsweise ein Fingerabdruck eines Benutzers geprüft werden, um seine Autorisierung zu belegen. Durch eine vorbe stimmte Datengröße kann beispielsweise sichergestellt werden, dass nur erlaubte Daten in das fahrzeuginterne Datennetzwerk gelangen. Beispielsweise kann Datenverbindung von der Kommu nikationseinrichtung zur Interfaceeinrichtung nur freigegeben werden, wenn die Kommunikation der Kommunikationseinrichtung mit der externen Einrichtung unterbrochen ist. So kann ein Angriff von außen während der hergestellten Datenverbindung ausgeschlossen werden.
Um das erfindungsgemäße Fahrzeuggerät in einer Vielzahl von verschiedenen Fahrzeugen einbauen zu können, kann das fahr zeuginterne Datennetzwerk als ein als ein Multi Vehicle Bus, Electrical Middle Distance Bus, CAN Bus oder Ethernet ausge bildet sein. Selbstverständlich können aber auch andere fahr zeugintern benutzte Datennetzwerke verwendet werden.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung kann die Kommunikations einrichtung wenigstens eine Speichereinheit aufweisen. Dies hat den Vorteil, dass Daten der fahrzeugexternen Einrichtung in der Kommunikationseinrichtung zwischengespeichert werden können, bevor sie an die Interfaceeinrichtung übermittelt werden. Dadurch ist es möglich, dass beispielsweise die Da tenverbindung zur fahrzeugexternen Einrichtung unterbrochen wird, während die schaltbare Datenverbindung geschlossen wird. Dadurch kann ein schadhafter Angriff von außen während der Übermittlung über die schaltbare Datenverbindung ausge schlossen werden.
Um die Sicherheit des Fahrzeugs weiter zu erhöhen, kann das Fahrzeuggerät wenigstens eine erste und wenigstens eine zwei te Recheneinrichtung aufweisen, wobei die erste Rechenein richtung als ein Teil der Interfaceeinrichtung und die zweite Recheneinrichtung als ein Teil der Kommunikationseinrichtung angeordnet bzw. ausgebildet ist. Jede der Recheneinrichtungen kann vorgegebene Sicherheitsregeln überprüfen und so die Si cherheit des Fahrzeugs erhöhen.
Um eine große Datenmenge empfangen zu können, kann die Kommu nikationseinrichtung wenigstens eine nach dem 5G-Standard ar beitende Mobilfunkeinheit aufweisen. Durch den neuen Mobil funkstandard 5G werden in Zukunft mobile Fahrzeuge noch stär ker vernetzt werden.
Die Erfindung betrifft auch ein Fahrzeug mit wenigstens einem Fahrzeuggerät nach einer der zuvor genannten Ausführungsfor men .
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Verfahrens kann eine Datenverbindung von einer mit der fahr zeugexternen Einrichtung verbundenen Kommunikationseinrich tung zu einer mit dem fahrzeuginternen Datennetzwerk verbun denen Interfaceeinrichtung freigeschaltet werden, wenn we nigstens eine vorbestimmte Regel erfüllt ist. Dies hat den Vorteil, dass beispielsweise nötige Softwareupdates über das Fahrzeuggerät auf sichere Weise an das fahrzeuginterne Daten netzwerk übermittelt werden können. Die Übermittlung kann un- idirektional durchgeführt werden. Die vorbestimmte Regel kann von einer Recheneinrichtung geprüft werden, die von einer mit der fahrzeugexternen Einrichtung verbundenen Kommunikations einrichtung getrennt angeordnet ist. So ist sichergestellt, dass die Regelüberprüfung nicht von einem kriminellen Angriff von außen verändert werden kann. Die Sicherheit des Fahrzeugs wird hierdurch somit erhöht.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung können die Daten von der fahrzeugexternen Einrichtung zum fahrzeuginternen Datennetz werk nur übermittelt werden, wenn keine aktive Verbindung zur fahrzeugexternen Einrichtung besteht. Dies hat den Vorteil, dass ein Angriff während der Datenübermittlung zum fahrzeug internen Datennetzwerk ausgeschlossen werden kann. Im Folgenden wird die Erfindung mit Bezug auf die beigefügten
Zeichnungen erläutert.
Es zeigen:
Fig. 1 eine schematische Darstellung einer beispielhaf ten Aus führungs form eines erfindungsgemäßen Fahr zeugs mit einem erfindungsgemäßen Fahrzeuggerät;
Fig. 2 eine schematische Darstellung von einem Teil der beispielhaften Aus führungs form des erfindungsge mäßen Fahrzeuggeräts aus Fig. 1;
Fig . 3 eine schematische Darstellung einer beispielhaf ten Aus führungs form des erfindungsgemäßen Verfah rens ;
Fig. 4 eine schematische Darstellung der beispielhaften
Aus führungs form des erfindungsgemäßen Fahrzeugge räts aus Fig. 1;
Fig. 5 eine schematische Darstellung des erfindungsgemä ßen Fahrzeuggeräts aus Fig. 1;
Fig. 6-10 schematische Darstellungen der beispielhaften
Aus führungs form des erfindungsgemäßen Fahrzeugge rätes aus Fig. 1;
Fig. 11 eine schematische Darstellung einer weiteren Aus führungsform eines erfindungsgemäßen Fahrzeugge rätes .
Zunächst wird die Erfindung mit Bezug auf die Figuren 1 und 2 erläutert .
Ein erfindungsgemäßes Fahrzeug 1 weist ein erfindungsgemäße Fahrzeuggerät 2 auf so dass eine sichere Datenverbindung mit einer fahrzeugexternen Einrichtung 3 hergestellt wird. Das Fahrzeug 1 ist hier als ein PKW dargestellt. Es kann aber selbstverständlich auch jedes andere Fahrzeug sein, wie bei spielsweise ein LKW, ein Motorrad, eine Straßenbahn, eine U- Bahn oder andere Züge. Die externe Einrichtung 3, an die Da ten übermittelt werden sollen, kann beispielsweise eine zent rale Steuerungseinrichtung (SCADA) , eine Leitstelle oder ähn liches sein. Per Datenstrom 4 werden Daten des Fahrzeugs 1 durch das Fahrzeuggerät 2 an die externe Einrichtung 3 über mittelt .
Das erfindungsgemäße Fahrzeuggerät 2 weist in der beispiel haften Ausführungsform in Fig. 1 eine Interfaceeinrichtung 5, eine Kommunikationseinrichtung 6 und eine erste Datendioden einrichtung 7 auf. Weiterhin umfasst das Fahrzeuggerät 2 eine zusätzliche Verbindungseinrichtung 8, die etwas später mit Bezug auf Fig. 2 erläutert wird.
Die Interfaceeinrichtung 5 ist mit einem fahrzeuginternen, üblicherweise kabelgebundenen Datennetzwerk 9 verbunden, das beispielsweise ein CAN-Bus des Fahrzeugs oder auch ein Multi Vehicle Bus, Electrical Middle Distance Bus oder Ethernet sein kann.
Die Kommunikationseinrichtung 6 ist zur funkbasierten Verbin dung mit der fahrzeugexternen Einrichtung 3 ausgebildet und übermittelt im Betrieb Daten per Datenstrom 4 an die externe Einrichtung 3. Die Kommunikationseinrichtung 6 kann bei spielsweise nicht dargestellte Module zur Kommunikation um fassen, die beispielsweise die externe Einrichtung 3 über 5G, WLAN, LTE US, LTE E, UMTS oder GSM erreichen.
Das Fahrzeuggerät 2 kann kommunikationstechnisch in einen fahrzeuginternen Teil 10 und einem fahrzeugexternen Teil 11 unterteilt werden. Der fahrzeuginterne Teil 10 und der fahr zeugexterne Teil 11 sind über die Datendiodeneinrichtung 7 miteinander verbunden. Diese Datendiodeneinrichtung 7 verbin det auch die im fahrzeuginternen Teil 10 angeordnete Interfa ceeinrichtung 5 mit der im fahrzeugexternen Teil 11 angeord neten Kommunikationseinrichtung 6. Die Datendiodeneinrichtung 7 umfasst ebenfalls zwei Teile, einen ersten Teil 12 und einen zweiten Teil 13, die galva nisch voneinander getrennt sind. Jeder Teil 12, 13 weist bei spielsweise Buchsenelemente 14 auf, in die bekannte Steckver binder eingesteckt werden können, um eine Verbindung zur In terfaceeinrichtung 5 bzw. zur Kommunikationseinrichtung 6 herzustellen. Die Buchsenelemente 14 sind über ein Mithörmo dul 15 miteinander verbunden, in dem die Daten lediglich un- idirektional übertragen werden. Im Mithörmodul 15 werden die Daten mittels elektromagnetischer Induktion mitgehört und die mitgehörten Daten weitergeleitet. Dadurch ist eine Datendiode realisiert, wie sie beispielsweise auch aus „Überwachungssi- cherheitskritische Warnnetzwerke mittels Einweggateways", Ri carda Weber, Martin Wimmer, Signal + Draht 9/2018, bekannt ist .
Die Interfaceeinrichtung 5 umfasst weiterhin eine erste Re cheneinrichtung 16 und eine erste Speichereinrichtung 17. Die Kommunikationseinrichtung 6 umfasst eine zweite Rechenein richtung 18 und eine zweite Speichereinrichtung 19.
Durch das erfindungsgemäße Fahrzeuggerät 2 können Daten aus dem internen Datennetzwerk 9 des Fahrzeugs 1 auf sichere Wei se an die externe Einrichtung 3 übermittelt werden. Durch die Datendiodeneinrichtung 7 ist sichergestellt, dass trotz der vorhandenen Datenverbindung zur externen Einrichtung 3 keine Angriffe von extern auf das fahrzeuginterne Datennetzwerk 9 oder auf den fahrzeuginternen Teil 10 vorgenommen werden kön nen, weil lediglich ein unidirektionaler Datenstrom 4 physi kalisch möglich ist. So können beispielsweise jegliche Art von Daten wie Positions- oder Diagnosedaten vom Fahrzeug 1 an die externe Einrichtung 3 gesendet werden, ohne das fahrzeug interne Datennetzwerk 9 nach außen zu öffnen.
Um trotzdem zeitweise einen Datenfluss auch in die andere Richtung zuzulassen und zu ermöglichen, beispielsweise für Softwareupdates, kann das Fahrzeuggerät 2 optional die Ver- bindungseinrichtung 8 aufweisen, die im Folgenden mit Bezug auf Fig. 2 beschrieben wird.
Die Verbindungseinrichtung 8 stellt eine schaltbare Datenver bindung von der Kommunikationseinrichtung 6 in Richtung der Interfaceeinrichtung 5 dar. Bei der beispielhaften Ausfüh rungsform in Fig. 2 ist diese schaltbare Datenverbindung mit einer weiteren Datendiodeneinrichtung 20 ausgebildet. Die weitere Datendiodeneinrichtung 20 realisiert ebenfalls eine unidirektionale Datenverbindung, die aber entgegengesetzt zu der ersten Datendiodeneinrichtung 7 ausgebildet ist. So kön nen Daten gemäß dem dargestellten Datenstrom 21 vom fahrzeug externen Teil 11 in den fahrzeuginternen Teil 10 fließen. Dieser Datenstrom 21 wird aber nur bei Bedarf ermöglicht und freigeschaltet. Diese Steuerung des Datenstroms 21 wird bei der beispielhaften Ausführungsform in den Figuren 1 und 2 durch die im fahrzeuginternen Teil 10 angeordnete erste Re cheneinrichtung 16 durchgeführt. Die erste Recheneinrichtung 16 schaltet den Datenstrom 21 nur frei, wenn vorbestimmte Re geln erfüllt sind, die die Sicherheit gewährleisten.
Die Verbindungseinrichtung 8 weist ferner noch eine Stromver sorgung 22, ein erstes Kommunikationsmodul 23 im fahrzeugex ternen Teil 11, ein zweites Kommunikationsmodul 24 im fahr zeuginternen Teil 10 und eine weitere Speichereinrichtung 25 auf. Das erste Kommunikationsmodul 23 ist in gleicher Weise wie die Kommunikationseinrichtung 6 und das zweite Kommunika tionsmodul 24 wie die Interfaceeinrichtung 5 ausgebildet.
Im Folgenden wird das erfindungsgemäße Verfahren zur sicheren Datenübermittlung mit dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggerät 2 mit Bezug auf die beispielhafte Ausführungsform in Fig. 3 be schrieben, wobei hier lediglich ein Teil des erfindungsgemä ßen Verfahrens beschrieben ist, der den in Fig. 2 gezeigten Datenfluss 21 ermöglicht, der beispielsweise für Software updates genutzt werden kann. Zunächst werden Datenpakete 26, die beispielsweise ein Soft wareupdate darstellen, von einem Ersteller wie beispielsweise dem Fahrzeughersteller 27, bereitgestellt. Diese Datenpakete 26 werden beispielsweise in einer Cloud 28 abgelegt. Das Fahrzeug 1 kann einen Zugriff auf die Datenpakete 26 in der Cloud 28 hersteilen.
Anschließend wird eine Information über die bereitgestellten Datenpakete 26 ausgegeben, beispielsweise an den Besitzer des Fahrzeugs 1. Diese Information wird beispielsweise in einem Schritt 29 per Email, mobile App oder auch über ein Fahrzeu ginformationssystem bereitgestellt. Der Besitzer des Fahr zeugs muss das Übermitteln der Datenpakete 26 in das Fahrzeug
I erlauben bzw. freigeben. Die Freigabe kann beispielsweise mittels PKI, Fingerabdruck, Gesichtserkennung oder einem an deren bekannten Verifikationsverfahren durchgeführt werden.
Im Schritt 30 können sogenannte Downloadbedingungen geprüft werden, bevor der Download der Datenpakete 26 aus der Cloud 28 zum Fahrzeug 1 gestartet wird. Diese Downloadbedingungen können beispielsweise sein, dass das Fahrzeug 1 geparkt ist, das Fahrzeug 1 mit einer Ladestation verbunden ist (nur bei E-Cars) oder das Fahrzeug mit einem freigegebenen vertrauens würdigen Netzwerk, z. B. über WLAN, verbunden ist. Anschlie ßend werden die Datenpakete 26 in den fahrzeugexternen Teil
II des Fahrzeuggerätes 2 geladen und in der weiteren Spei chereinrichtung 25 zwischengespeichert. Im Schritt 31 erfolgt eine weitere Freigabe. Bei dieser Freigabe werden nötige Re geln abgefragt, wie beispielsweise eine Validierung des Fahr zeugherstellers, eine Abschaltung der Kommunikationseinrich tung 6, ein Parken des Fahrzeugs 1, ein Laden des Fahrzeugs 1 (nur bei E-Cars), und gegebenenfalls eine weitere Autorisie- rung durch den Besitzer. Wenn alle Regeln erfüllt sind, wird der Datenstrom 21 durch die Verbindungseinrichtung 8 herge stellt, so dass die Datenpakete 26 vom fahrzeugexternen Teil 11 in den fahrzeuginternen Teil 10 über die weitere Datendio deneinrichtung 20 übertragen werden. Diese Datenübertragung geschieht im Schritt 32. Nach Abschluss der Datenübertragung wird die Verbindung von der Verbindungseinrichtung 8 wieder unterbrochen und die Datenübertragung ist abgeschlossen.
Im Folgenden wird die Hardwarearchitektur des erfindungsgemä ßen Fahrzeuggeräts 2 in der dargestellten beispielhaften Aus führungsform mit Bezug auf die Figuren 4 bis 10 beschrieben.
Fig. 4 zeigt schematisch die Einteilung einer gedruckten Schalttafel (PCB - Printed Circuit Board) des Fahrzeugge räts 2. Die dargestellten Bereiche der Schalttafel umfassen die Interfaceeinrichtung 5, die Datendiodeneinrichtung 7, die erste Recheneinrichtung 16, die Kommunikationseinrichtung 6 und eine Stromversorgung 33 und optionale Systembausteine 34. Fig. 5 zeigt die Bereiche aus Fig. 4 im Detail.
Fig. 6 zeigt den schematischen Aufbau des Fahrzeuggeräts 2, das in dieser beispielshaften Ausführungsform zwei Printed Circuit Boards (PCB) aufweist. Das obere Printed Circuit Board 37 ist als Haupt-Schalttafel ausgebildet entspricht der Darstellung in den Fig. 4 und 5. Das untere Printed Circuit Boards 38, das über Pins mit dem oberen Printed Circuit
Boards 37 verbunden ist, ist lediglich optional und kann z.B. ein Passagier Internet Gateway beinhalten.
Fig. 7 zeigt eine Seitenansicht von vorne oder von hinten von dem erfindungsgemäßen Fahrzeuggerät 2.
Fig. 8 zeigt ein Detail von Fig. 7. Dies zeigt eine überlap pende Frontplatte zur Erhöhung der Stabilität. Fig. 9 zeigt ein weiteres Detail von Fig. 7, in dem eine einstellbare Be festigungsschiene 40 dargestellt ist. Fig. 10 zeigt eine Draufsicht der beispielhaften Ausführungsform des erfindungs gemäßen Fahrzeuggeräts 2 aus Fig. 7. Das Fahrzeuggerät 2 weist ein Gehäuse 35 mit einer Vielzahl von Kühlrippen 36 auf. Die Anzahl der Kühlrippen 36 kann je nach Bedarf ange passt werden. Das Gehäuse 35 kann beispielsweise aus Alumini um hergestellt sein und je nach Verwendung auch wasserdicht bzw. wassergeschützt (IP 20 oder IP 50) ausgebildet sein. Fig. 11 zeigt eine weitere Ausführungsform des erfindungsge mäßen Fahrzeuggeräts 2, bei der die Verbindungseinrichtung 8 stärker integriert ausgebildet ist. Dabei ist die Verbin- dungseinrichtung 8 mit der weiteren Datendiodeneinrichtung 20 parallel zur ersten Datendiodeneinrichtung 7 zwischen der In terfaceeinrichtung 5 und der Kommunikationseinrichtung 6 an geordnet. Die Funktion der Ausführungsform in Fig. 11 ist aber gleich mit der in den Fig. 1 und 2 dargestellten und oben beschriebenen Ausführungsform. Daher werden auch die gleichen Bezugszeichen verwendet.

Claims

Patentansprüche
1. Fahrzeuggerät (2) zur sicheren Datenverbindung wenigstens eines Fahrzeugs (1) mit wenigstens einer fahrzeugexternen Einrichtung (3),
mit wenigstens einer Interfaceeinrichtung (5) zur Verbindung mit einem fahrzeuginternen kabelgebundenen Datennetzwerk (9), mit wenigstens einer Kommunikationseinrichtung (6) zur funk basieren Verbindung mit der fahrzeugexternen Einrichtung (3) und
mit wenigstens einer mit der Interfaceeinrichtung (5) und der Kommunikationseinrichtung (6) verbundenen Datendiodenein richtung (7), die zur unidirektionalen Datenverbindung von der Interfaceeinrichtung (5) zu der Kommunikationseinrichtung (6) ausgebildet ist.
2. Fahrzeuggerät (2) nach Anspruch 1,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Fahrzeuggerät (2) wenigstens eine schaltbare Datenverbin dung von der Kommunikationseinrichtung (6) zur Interfaceein richtung (5) aufweist.
3. Fahrzeuggerät (2) nach Anspruch 2,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Datenverbindung wenigstens eine weitere Datendiodenein richtung (20) aufweist, die zur unidirektionalen Datenverbin dung von der Kommunikationseinrichtung (6) zu der Interfacee inrichtung (5) ausgebildet ist.
4. Fahrzeuggerät (2) nach Anspruch 2 oder 3,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Fahrzeuggerät (2) wenigstens eine erste Recheneinrichtung (16) aufweist, die zum Schalten der Datenverbindung in Abhän gigkeit von wenigstens einer vorgegebenen Regel ausgebildet ist .
5. Fahrzeuggerät (2) nach Anspruch 4,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass die wenigstens eine Regel wenigstens einen vorbestimmten Zeitpunkt, eine vorbestimmte Datengröße, oder eine vorbe stimmte Identität umfasst.
6. Fahrzeuggerät (2) nach einem der oben genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das fahrzeuginterne Datennetzwerk (9) als ein Multi Vehicle Bus, Electrical Middle Distance Bus, CAN Bus oder Ethernet ausgebildet ist.
7. Fahrzeuggerät (2) nach einem der oben genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Kommunikationseinrichtung (6) wenigstens eine Speicher einheit aufweist.
8. Fahrzeuggerät (2) nach einem der oben genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
das Fahrzeuggerät (2) wenigstens eine erste und wenigstens eine zweite Recheneinrichtung (16, 18) aufweist, wobei die erste Recheneinrichtung (16) ein Teil der Interfaceeinrich tung (5) und die zweite Recheneinrichtung (18) ein Teil der Kommunikationseinrichtung (6) ist.
9. Fahrzeuggerät (2) nach einem der oben genannten Ansprüche, d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Kommunikationseinrichtung (6) wenigstens eine nach dem 5G Standard arbeitende Mobilfunkeinheit aufweist.
10. Fahrzeug (1) mit wenigstens einem Fahrzeuggerät (2) nach einem der oben genannten Ansprüche.
11. Verfahren zur sicheren Datenverbindung wenigstens eines Fahrzeugs (1) mit wenigstens einer fahrzeugexternen Einrich tung ( 3 ) ,
bei dem Daten von einem fahrzeuginternen kabelgebundenen Da tennetzwerk (9) funkbasiert und unidirektional zur fahrzeug externen Einrichtung (3) übermittelt werden.
12. Verfahren nach Anspruch 11,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
eine Datenverbindung von einer mit der fahrzeugexternen Ein richtung (3) verbundenen Kommunikationseinrichtung (6) zu ei- ner mit dem fahrzeuginternen Datennetzwerk (9) verbundenen
Interfaceeinheit (5) freigeschaltet wird, wenn wenigstens ei ne vorbestimmte Regel erfüllt ist.
13. Verfahren nach Anspruch 12,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die vorbestimmte Regel von einer Recheneinrichtung (16, 18) geprüft wird, die von einer mit der fahrzeugexternen Einrich tung (3) verbundenen Kommunikationseinrichtung (6) getrennt angeordnet ist.
14. Verfahren nach Anspruch 11, 12 oder 13,
d a d u r c h g e k e n n z e i c h n e t , dass
die Daten von der fahrzeugexternen Einrichtung (3) zum fahr zeuginternen Datennetzwerk (9) nur übermittelt werden, wenn keine aktive Verbindung zur fahrzeugexternen Einrichtung (3) besteht .
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