JP2014204444A - センサへの操作及び／又はセンサのセンサデータへの操作を検出するための方法及び装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサと、電子的な開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）との間のデータ伝送のための方法であって、伝送されるセンサデータ及びセンサが操作に対して防護される、簡単で確実な方法を提案する。【解決手段】センサデータが、速いデータ伝送チャネル１０を介して、センサ１からＥＣＵ２へと伝送され、伝送されるセンサデータ及び／又はセンサ１を防護するためのセキュリティデータ（ＭＡＣ；ＣＭＡＣ）が、遅いデータ伝送チャネル１１を介してセンサ１からＥＣＵ２へと伝送される。データ伝送セッションの開始時に少なくとも一度、第３の論理的なデータ伝送チャネルを介して、セッション鍵Ｋｓが、ＥＣＵ２からセンサ１へと伝送されて、セッション鍵Ｋｓがセキュリティデータ（ＭＡＣ；ＣＭＡＣ）の生成のために利用される。【選択図】図２

Description

本方法は、センサと、電子的な開ループ及び／又は閉ループ制御装置との間のデータ伝送のための方法であって、伝送されるセンサデータへの操作及び／又はセンサへの操作が検出される、上記方法に関する。

本発明はさらに、電子的な開ループ及び／又は閉ループ制御装置への接続のために設けられ、開ループ及び／又は閉ループ制御装置へとセンサデータを伝送するよう構成されたセンサであって、伝送されるセンサデータへの操作及び／又はセンサへの操作を検出する手段が設けられる、上記センサに関する。さらに、本発明は、センサへの接続のために設けられ、センサからセンサデータを受信するよう構成された開ループ及び／又は閉ループ制御装置であって、伝送されるセンサデータへの操作及びセンサへの操作を検出する手段が設けられる、上記開ループ及び／又は閉ループ制御装置に関する。最後に本発明は、開ループ及び／又は閉ループ制御装置と、当該開ループ及び／又は閉ループ制御装置にデータ伝送接続を介して接続される少なくとも１つのセンサを含むネットワークであって、センサから開ループ及び／又は閉ループ制御装置へと伝送されるセンサデータへの操作、及び、センサへの操作を検出する手段が設けられる、上記ネットワークに関する。

従来技術では、例えば、車両の燃料噴射システムの共有燃料貯蔵器（いわゆるコモンレール）内の圧力を検出する圧力センサが知られている。適切な圧力下で貯蔵器内に蓄えられる燃料は、車両の内燃機関の燃焼室内へと噴射されることが構想されている。この種の圧力センサは、電子的な開ループ及び／又は閉ループ制御装置（いわゆるエンジン制御装置（ＥＣＵ：Ｅｎｇｉｎｅ Ｃｏｎｔｒｏｌ Ｕｎｉｔ））に接続される。その際に、圧力センサは、アナログな通信チャネルを介してＥＣＵと通信する。このアナログチャネルは、比較的簡単に操作することが可能であり、これにより、権限のない人物が、内燃機関の出力向上を実現することが可能となる（いわゆるチューニング）。この出力向上は、出力が上げられた内燃機関を備える車両の運転者にとっては有利であり、通常は運転者に望まれることである。しかしながら、自動車製造業者にとっては、このようなチューニングは検知不可能であり、遡って調べることが出来ない。これについては、自動車製造業者が過去に、許可されていない内燃機関の出力向上により生じたあらゆる問題の責任を負わされ、状況によっては故障が、許可されない出力向上に起因するにもかかわらず、内燃機関の故障を修理しなければならかったという欠点がある。以前から、センサとＥＣＵとの間のアナログチャネルの多くが、デジタル・データバスに替えられている。従来技術では、センサからＥＣＵへとデジタル伝送されるセンサデータへの操作、及び／又は、センサ自体への操作を検出するため、又は、センサデータ及び／又はセンサを操作に対して防護するための複数の可能性が知られている。

伝送されるセンサデータへの操作、及び／又は、センサ自体への操作を検出するための対応する方法は、例えば、独国特許出願公開第１０２００９００２３９６号明細書で開示されている。

公知の方法の多くは、比較的コストが掛かって複雑であることが欠点である。公知の方法に係る操作検出を実現するために必要な、ソフトウェア及びハードウェアに対する要求も比較的大きい。上記公報に記載された方法の場合は、例えば、センサ内に及びＥＣＵ内に、センサとＥＣＵとの間を伝送されるデータのための認証コード（所謂、メッセージ認証コード（ＭＡＣ：Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅｓ））の生成及び検証のための２つの鍵を格納する必要がある。２つの鍵を格納する必要があることにより、センサ内及びＥＣＵ内に追加的なメモリ位置が必要となるが、メモリ位置は、特にセンサ内では余裕がなく、追加にもコストが掛かる。さらに、操作への防護を実現するためのコンピュータプログラムは、上記方法の複雑さに基づき比較的コストが掛かり、演算機やメモリを集中的に利用する。さらに、センサ内又はＣＰＵ内で許容される処理時間内に複雑なコンピュータプログラムを実行しうるためには、相当な計算能力が必要である。

本発明によって、伝送されるセンサデータへの操作、及び／又は、センサ自体への操作を検出する方法であって、一方では、従来技術で公知の複雑な方法と同じような高い安全性の要求を満たし、他方では、基本的により簡単でより速く、特に、公知の方法よりもソフトウェア又はハードウェアに対する要求が小さい上記方法が提案される。

即ち、本発明によって解決すべき課題は、ＥＣＵ、及び、後々には自動車製造業者が、エンジンチューニングを検出して遡って調べることを可能にする仕組みを提供することである。厳密に言えば、センサからＥＣＵへと伝送されるセンサデータに対するあらゆる形態の操作が検出されるべきである。さらに、提案される操作検出は、実現のために必要なチップ面、プロセッサの処理能力、及び、必要なメモリ、特にセキュアな不揮発性のメモリに関して、可能な限り低いコストで提供されるべきである。

本課題を解決するために、冒頭に挙げた形態の方法から出発して、センサデータが、第１の論理的なデータ伝送チャネルを介して、第１のデータ伝送レートにより、センサから開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）へと伝送され、伝送されるセンサデータ及び／又はセンサを防護するためのセキュリティデータが、第２の論理的なデータ伝送チャネルを介して、第２のデータ伝送レートにより、センサから開ループ及び／又は閉ループ制御装置へと伝送され、セッションの開始時に少なくとも一度、第３の論理的なデータ伝送チャネルを介して、セッション鍵が（好適には暗号化された形で）、開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）からセンサへと伝送されて、センサにより受信され、場合によっては復号される。セッション鍵は、センサによって、少なくともセッションが進行する間、セキュリティデータの生成のために利用されることが提案される。

本発明は、センサへの操作、及び、センサにより伝送されるデータへの操作を検出するために鍵が１個だけ必要であり、当該１個の鍵を、センサ内及び開ループ及び／又は閉ループ制御装置内に格納すればよいという点で優れている。この１個の鍵を用いて、センサから伝送され開ループ及び／又は閉ループ制御装置により受信されるデータの完全性検査、及び、センサの間接的な認証を行うことが可能である。センサが、操作されたセッション鍵を獲得した場合、又は、受信したセッション鍵を正しく復号できない場合には、センサとＥＣＵの所にそれぞれ異なる鍵が存在しており、このことが、ＥＣＵによって検出され、操作として評価されうる。センサが正しい鍵を獲得したとしても、伝送されたセンサデータが、センサからＥＣＵへの伝送の間に他の形態で操作された場合にも、ＥＣＵはこのことも同様に検出し、操作として評価することが可能である。

本発明の有利な発展形態によれば、センサによって、伝送されるセンサデータの少なくとも一部について、暗号化アルゴリズムに従って（例えば、適切なモードのブロック暗号）、セッション鍵を利用して、メッセージ認証コード（ＭＡＣ：Ｍａｓｓｅｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）が生成され、少なくとも部分的に第２のデータ伝送チャネルを介して、セキュリティデータとして、開ループ及び／又は閉ループ制御装置へと伝送され、当該開ループ及び／又は閉ループ制御装置によって受信されることが提案される。ＭＡＣを生成するためのこの暗号化アルゴリズムも、好適には、対称的な暗号システムである。利用されるアルゴリズムが、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）に準拠したラインダール・アルゴリズム（Ｒｉｊｎｄａｅｌ−Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓ）である場合には、特に有利である。しかしながら、以下で幾つか例を挙げるような、任意の他の代替的な対称的な暗号システムも、本発明の観点から、ＭＡＣを生成するために利用されうる。ＭＡＣは、伝送される全てのセンサデータについて生成する必要はない。伝送されるセンサデータの一部についてのみＭＡＣを生成するということが、完全に可能である。伝送されるセンサデータの一部についてのみＭＡＣを生成する際に、センサデータの定められた予め設定された部分、又は、センサデータの動的に選択された部分が関わっていてもよい。好適には、伝送すべきセンサデータの少なくとも一部についてセッション鍵を利用してＭＡＣを生成するために利用する暗号化アルゴリズムは、センサによって、受信した暗号化されたセキュリティデータの復号及びセッション鍵の決定のためにも利用されるものと同じアルゴリズムである。

ＭＡＣは、例えば１２８ビット長である。論理的なデータ伝送チャネルを介したＭＡＣの伝送の際の帯域幅を節約するために、ＭＡＣ全体ではなくＭＡＣの一部のみ、例えば、ＭＡＣの最高位のｎ個のビット（最上位ビット（ＭＳＢ：Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔｓ）のみが、データ伝送チャネルを介して開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）へと伝送されることが構想されうる。従って例えば、ＭＡＣ全体が１２８ビットを含み、６４ＭＳＢのみ伝送するということが構想可能である。当然のことながら、ＭＡＣは、あらゆる他のより大きく又はより小さな長さを有していてもよい。伝送されるビットの数も、上記の６４ビットより大きくてもよく又は小さくてもよい。当然のことながら、必ずしも、ＭＡＣの最初のｎ個のＭＳＢを伝送する必要はない。ＭＡＣからの適切な任意の数のビットを、第２のデータ伝送チャネルを介したデータ伝送のために選択することも構想されうる。ＭＡＣの一部のみの伝送は、遅いチャネルがセキュリティデータの伝送のために利用される場合に、特にメリットがある。

好適な実施形態によれば、開ループ及び／又は閉ループ制御装置によって受信されたセンサデータの少なくとも一部について、暗号化アルゴリズムに従って、セッション鍵を利用して、メッセージ認証コード（ＭＡＣ）が生成されることがさらに提案される。セッションの開始時にＥＣＵからセンサへと伝送されたセッション鍵を用いて、本来のデータ伝送の間に、第１のＭＡＣがセンサ内で生成され、更なる別のＭＡＣがＥＣＵ内で生成される。センサ内で生成されたＭＡＣは、開ループ及び／又は閉ループ制御装置へと伝送されるため、開ループ及び／又は閉ループ制御装置内では２個のＭＡＣが提供され、操作検出のために利用されうる。好適には、センサ内、及び開ループ及び／又は閉ループ制御装置内で、ＭＡＣの生成のために同一のアルゴリズムが利用される。ＥＣＵ内で利用されるＭＡＣ生成のための暗号化アルゴリズムも、好適には、対称的な暗号システムである。この暗号システムが、新暗号化規格（ＡＥＳ）に準拠した暗号システムである場合には、特に有利である。以下で記載する対称的な暗号システムの他の代替例も、ＥＣＵによって、本発明の観点でのＭＡＣ生成のための暗号化アルゴリズムとして利用される。ＥＣＵによってＭＡＣ生成のために利用される暗号化アルゴリズムは、好適に、センサによってもＭＡＣ生成のために利用されるものと同じアルゴリズムである。

センサは、伝送すべきセンサデータ又は受信されたセンサデータの少なくとも一部について、及び、カウンタ値についてＭＡＣを生成するよう構成されることが提案される。カウンタ値は、予め設定可能な時点に、好適には、各セッションの開始時に初期化されうる。さらに、カウンタ値は、予め設定可能な時点に、好適には、ＭＡＣの各生成後に増分され又は減分されうる。

さらに、ＭＡＣがＥＣＵ内で、受信されたセンサデータの少なくとも一部についてのみならず、カウンタ値について生成されることは特に有利である。その際には、センサ内でもＭＡＣの生成のために利用された同じカウンタ値が関わっているべきであろう。センサもＥＣＵも自律的に、例えばセッションの開始時に、カウンタ値を初期化し、予め定められた時点に、又は予め定められたイベントの際に、例えばＭＡＣの各計算後に、カウンタ値を増分又は減分することが構想されうる。しかしながら代替的に、カウンタ値がＥＣＵ内でのみ初期化され、増分又は減分されるということも可能である。その場合にカウンタ値は、例えば第３の論理的なデータ伝送チャネルを介して、ＥＣＵからセンサへと伝送されうる。

本発明の特に有利な発展形態によれば、開ループ及び／又は閉ループ制御装置によって、センサから受信されたメッセージ認証コード（ＭＡＣ）、又は、当該受信されたメッセージ認証コード（ＭＡＣ）の一部が、開ループ及び／又は閉ループ制御装置により受信されたセンサデータの少なくとも一部について生成されたメッセージ認証コード（ＭＡＣ）、又は、当該メッセージ認証コード（ＭＡＣ）の一部と比較されることが提案される。センサ内、及び、開ループ及び／又は閉ループ制御装置内で、ＭＡＣ生成のために同一のアルゴリズムが利用されるケースでは、通常の（即ち、セッション鍵への操作がない、伝送されるデータへの操作がない）場合には、２つのＭＡＣは同じである。このことは、開ループ及び／又は閉ループ制御装置内で行われる２つのＭＡＣの比較によって検証することが可能である。２つのＭＡＣが同じであり、又は、２つのＭＡＣの対応する部分が同じである場合には、センサが正しい鍵全体を有しているという認識から出発することが可能である。そうでなかったら、センサはセッション鍵を正しく復号して、ＭＡＣを正しく生成することが出来なかったであろう。従って、利用されるセンサ（センサデータはそのセンサから受信される）が、真正のセンサであるということが同時に保証される（センサと制御装置以外には分かっている秘密鍵を介した、センサの間接的な認証）。さらに、２つのＭＡＣの一致は、伝送されてＥＣＵにより受信されたセンサデータが操作されていないという証拠である（データ完全性）。しかしながら、２つのＭＡＣが異なっている場合には、２つのＭＡＣの不一致は、セッション鍵への操作及び／又は伝送されたデータへの操作があったという証拠になる。センサと制御装置との間の伝送エラーによる異なったＭＡＣを除外しうるために、制御装置側に、例えばエラー確率及び対応する統計に基づく適切なアルゴリズムを実装することが可能である。操作があった場合には、適切な対策を講じることが可能である（例えば、車両のエラーメモリへの登録、フェールセーフ駆動への内燃機関の移行、自動車製造業者へのメッセージ伝達等）。

さらに、センサデータが、第１の論理的なデータ伝送チャネルを介して、セキュリティデータが第２の論理的データ伝送チャネルを介して伝送されるよりも大きなデータ伝送レートによって伝送されることが提案される。従って、第１のデータ伝送チャネルは、速い論理的チャネルを形成し、第２のデータ伝送チャネルは、遅い論理的チャネルを形成する。速い論理的チャネル及び遅い論理的チャネルを用いたこのようなデータ伝送の仕組みは、例えば、データ伝送のために提供される帯域幅内で、より大きな部分が速いデータ伝送チャネルのデータ伝送のために利用され、より小さい部分がより遅いデータ伝送チャネルのデータ伝送のために利用されることによって、センサとＥＣＵとの間のデジタル通信バス内に実現されうる。センサとＥＣＵとの間のデータ伝送が、予め設定され定められた長さのメッセージパケットで行われる場合には、例えば、メッセージパケットのほとんどのビットが、速いデータ伝送チャネルのデータ伝送のために利用され、メッセージパケットの少数のビット、即ち、可能であれば１ビット又は数ビットのみが、遅いデータ伝送チャネルのデータ伝送のために利用されるということが構想されうる。メッセージパケット内で遅いデータ伝送チャネルのデータ伝送のために利用されるビットの数が、伝送されるセンサデータ及び／又はセンサへの操作の検出に必要なセキュリティデータを許容可能な伝送時間内に伝送するためには十分ではない場合には、セキュリティデータの伝送のために複数のメッセージパケットを利用することが構想されうる。このために、セキュリティデータ又は対応するデータストリームを、送信者のところで分割する（いわゆるセグメント化）ことが可能であり、伝送すべきセキュリティデータ又はデータストリームの一部（いわゆるセグメント）のみを、メッセージパケットの遅いデータ伝送チャネルを介して伝送し、受信者のところで、遅いデータ伝送チャネルを介して受信された様々なメッセージパケットの部分をまとめることが可能である（いわゆる連結、非セグメント化、組み立て）。その際に、通信サイクルごとに１個のメッセージパケットがセキュリティデータの伝送のために利用できるだけではなく、複数のパケットもサイクルごとに利用することが可能である。

センサデータが、セキュリティデータと同じ物理的なデータ伝送チャネルを介して伝送されることが構想されうる。物理的なデータ伝送チャネルは、例えば、１個のケーブル又は線、共有される複数のケーブル又は線（例えば、差動信号によるデータ伝送の場合）、又は、例えば無線接続若しくは赤外線接続を用いた、ワイヤレスのデータ伝送接続であってもよい。さらに、セッション鍵が、センサデータ及び／又はセキュリティデータと同じ物理的なデータ伝送チャネルを介して伝送される場合には有利である（が、必須ではない）。同様に、第３の論理的チャネルが、第１の論理的チャネル又は第２の論理的チャネルの構成要素であり、即ち、セッション鍵が、第１の論理的チャネル又は第２の論理的チャネルを介して伝送されることが構想されうる。このためには、各第１のデータ伝送チャネル又は各第２のデータ伝送チャネルが、双方向のデータ伝送をサポートすることが必要である。

遅いデータ伝送チャネルを実現するために、セキュリティデータ又は当該セキュリティデータの一部を、伝送される各データパケットで一緒に伝送するのではなく、セキュリティデータ又は当該セキュリティデータの一部を、各ｘ番目（ｘ∈Ｎであり、ｘ＞１）のメッセージパケットで伝達することも構想可能であろう。同様に、サイクルベースの通信システム内では、すべての通信サイクルで、セキュリティデータの伝達のためにメッセージパケットを利用するのではなく、各ｘ番目のサイクルのみ、セキュリティデータの伝達のためにメッセージパケットを利用することが構想可能であろう。

センサとＥＣＵとの間に速いデータ伝送チャネル及び遅いデータチャネルを実現するための一例は、例えば、バージョン２．０以降のＰＳＩ５規格に準拠した通信システムである。この規格によれば、センサとＥＣＵとの間のデータ伝送のために、通信チャネル（Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ Ｃｈａｎｎｅｌ）、及び、制御チャネル（メッセージチャネル（Ｍｅｓｓａｇｉｎｇ Ｃｈａｎｎｅｌ））が設けられる。通信チャネルは、本発明の観点では、速いデータ伝送チャネルとして、また、制御チャネルは、遅いデータ伝送チャネルとして利用しうるであろう。通常では、ＰＳＩ５規格に従って、遅い制御チャネルを介して、例えば、センサにより収集された現在の温度値、センサの識別子（ＩＤ）、センサ又は当該センサ上のソフトウェアのバージョン数、センサの診断データ等が伝送される。本発明に基づいて、上記データの代わりに又は上記データに加えて、制御チャネルを介して、伝送されるセンサデータ及び／又はセンサを操作から防護するためのセキュリティデータを伝送することが提案される。

本発明の他の有利な発展形態によれば、セッション鍵が、開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）によって生成されることが提案される。他の好適な実施形態によれば、セッション鍵が、開ループ及び／又は閉ループ制御装置によって、センサへの伝送の前に秘密鍵に依存して暗号化されることがさらに構想されうる。センサによって受信された暗号化されたセッション鍵は、秘密鍵に依存して復号され、セッション鍵が定められることが有利である。即ち、秘密鍵は、最初からセンサにもＥＣＵにも知られている。秘密鍵は、センサ内及びＥＣＵ内で、メモリに、好適に不揮発性メモリに格納される。好適に、センサが、受信した暗号化されたセッション鍵を復号するため、及び、セッション鍵を定めるために利用する暗号化アルゴリズムは、センサが、伝送すべきセンサデータの少なくとも一部についてセッション鍵を利用してＭＡＣを生成するために利用するものと同じアルゴリズムである。さらに、ＥＣＵが、センサへのセッション鍵の伝送の前に、セッション鍵を暗号化するために利用する暗号化アルゴリズムは、好適には、ＥＣＵが、受信したセンサデータの少なくとも一部についてセッション鍵を利用してＭＡＣを生成するために利用するものと同じアルゴリズムである。

理想的な場合に、秘密鍵は、センサとＥＣＵにのみ知られている。しかしながら、秘密鍵が例えば、センサの製造業者、自動車製造業者、又は、権限を有する他の機関（人物、企業、又は役所）のところに格納され、又は、センサの製造業者、自動車製造業者、又は、権限を有する他の機関（人物、企業、又は役所）によって、必要な場合に、他のやり方で再び生成されうるということも構想可能である。これには、センサの交換の際に、適切な秘密鍵をＥＣＵのメモリに複写できるという利点があり、これにより、ＥＣＵは新しいセンサと正常に通信し、特に、伝送されるセンサデータへの操作、及び／又は、センサへの操作を検出することが可能である。センサとＥＣＵとが同じ秘密鍵を持っている場合にのみ、センサは、正しいセッション鍵を定めることが可能であり、この正しいセッション鍵自体は、センサデータの後続の伝送の保護、及び、操作検出のための前提条件である。センサ内では、セッション鍵が秘密鍵に依存して生成され、センサからＥＣＵへと伝送すべき又は伝送されたセンサデータのためのメッセージ認証コード（ＭＡＣ）を生成するために必要となるため、センサもＥＣＵも同一の共通の秘密鍵を有する場合にのみ、開ループ及び／又は閉ループ制御装置内で、センサの認証と、伝送されるデータの完全性とが正しく正常であるとして確認されうる。

本発明の他の有利な発展形態によれば、セッション鍵の暗号化及び／又は復号に利用されるアルゴリズムは、開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）によって、セッション鍵の暗号化のために復号アルゴリズムが利用され、及び／又は、センサによって、受信された暗号化されたセキュリティデータの復号のために、対応する暗号化アルゴリズムが利用されうるように、選択されることが提案される。このことは、セッション鍵の暗号化又は復号のために、対称的な秘密鍵を用いる対称的な暗号化アルゴリズムが利用される場合には可能であり、その際に、上記アルゴリズムは、復号のために暗号化アルゴリズムを利用し、及び／又は、暗号化のために復号アルゴリズムを利用しうるという機能をサポートする必要がある。好適には、（ストリーム暗号に対する）ブロック暗号が、セッション鍵の暗号化及び／又は復号のために利用される。この発展形態には、センサの側で、（本来は、ＭＡＣデータを生成するための対応するモードにおける）適切な対称的な暗号化アルゴリズムのみを実装する必要があり、（本来は、暗号化されたセッション鍵を復号するための）復号アルゴリズムを追加的に実装する必要がないという利点がある。

暗号化アルゴリズムとして、既に述べたように、任意の暗号化アルゴリズムが使用可能であり、その際に、この任意の暗号化アルゴリズムは、復号のために暗号化アルゴリズムを利用し、及び／又は、暗号化のために復号アルゴリズムを利用しうるという機能をサポートすべきであろう。セッション鍵を暗号化及び／又は復号するために、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）に準拠したラインダール・アルゴリズムの形態による対称的な暗号システムが利用される場合には、特に有利である。ＡＥＳ暗号化規格以外にも、本発明と組み合わせて使用するのに適した複数の更なる別の対称的な暗号システムがあり、幾つか挙げると、例えば、データ暗号化規格（ＤＥＳ：Ｄａｔａ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）、ルシファ（Ｌｕｃｉｆｅｒ）、トリプルＤＥＳ（Ｔｒｉｐｌｅ−ＤＥＳ）、国際データ暗号化アルゴリズム（ＩＤＥＡ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄａｔａ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）、ブローフィッシュ（Ｂｌｏｗｆｉｓｈ）、トゥーフィッシュ（Ｔｗｏｆｉｓｈ）、ＣＡＳＴ−１２８又はＣＡＳＴ−２５６、ＲＣ２、ＲＣ５、又はＲＣ６（リベスト暗号）、プレゼント（ＰＲＥＳＥＮＴ）等がある。将来的に、本発明でも使えるであろう更なる別の対称的な暗号システムが開発されるということも全く考えられる。上記の公知の暗号システム及び将来の暗号システムによっても、本発明を実現することが可能であろう。

同じデータの再現（いわゆる反射攻撃（Ｒｅｐｌａｙ−Ａｔｔａｃｋ））による、データ伝送への攻撃を防止するために、特に好適な実施形態に従って、ＭＡＣが、伝送すべきセンサデータの少なくとも一部について、及び、カウンタ値について生成されることが提案される。カウンタ値は、任意の時点に、好適に各セッションの開始時に初期化される。さらに、カウンタ値は、時間的に制御され又はイベント制御される所定の時点に、好適に、メッセージ認証コード（ＭＡＣ）の各ｘ番目の生成の後に増分され又は減分される（但しｘ∈Ｎである）。このようなやり方で、伝送すべきセンサデータ自体は同じである可能性があるにも関わらず、ＭＡＣがそれに基づき生成されるデータが一回一回異なっているということが保証される。これにより、同一のセンサデータのために、一回一回別の認証コード（ＭＡＣ）が獲得される。このような形で、反射攻撃を効果的に効率良く防止することが可能である。

さらに、データが、センサと開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＲＣＵ）との間を、バージョン２．０以上のＰＳＩ５規格、好適に、車両のドライブトレインの領域内でのＰＳＩ５インタフェースの適用のための副標準に準拠したインタフェースを介して伝送されることが特に望ましい。ここでは、１つ以上のセンサをＥＣＵへと接続するために構成されたデジタルデータ伝送バスが関わっている。

本発明の根底にある課題は、さらに、請求項１、２、５、６、１０〜１７のいずれか１項に記載の本発明に係る方法を実施するための手段を有する冒頭に挙げた形態のセンサによって解決される。さらに、本課題は、請求項１、３〜９、及び、１１〜１７のいずれか１項に記載の本発明に係る方法を実施するための手段を有する開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）によって解決される。最後に、本発明の根底にある課題は、本発明に係る方法を実施するための手段を有する冒頭に挙げた形態のネットワークによっても解決される。

以下では、本発明を、図面を用いて好適な実施例を挙げながら詳細に解説することにする。図面に明示的に示さず、又は、以下の明細書で明示的に言及しない場合にも、本発明は、上記の実例例に関して示される特徴及び利点を、互いに依存せずに有し、又は任意の互いの組み合わせにおいて有しうる。

本発明に係る方法の第１の部分を示す。 本発明に係る方法の第２の部分を示す。 複数の論理的なデータ伝送チャネルを実現するための、データ伝送接続を介して伝送される複数のデータフレームの例を示す。

本発明は、センサと、電子的な開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）と、の間のデータ伝送のための方法に関する。本方法では、伝送されたセンサデータへの操作、及び／又は、センサへの操作が検出される。図には、例えば、符号１が付されたセンサＡが例示されている。開ループ及び／又は閉ループ制御装置（ＥＣＵ）Ｂには、符号２が付されている。センサ１は、好適には、データ伝送接続３の形態による物理的なデータ伝送チャネルを介して、ＥＣＵ２と接続されている。データ伝送接続３は、例えば二線式回線を含む。データ接続線３上では、複数の論理的なデータ伝送チャネルが実現され、この論理的なデータ伝送チャネルを介して、データがセンサ１とＥＣＵ２との間で伝送される。センサ１は、例えば、車両の内燃機関の燃料噴射システムの共有燃料貯蔵器（例えば、コモンレール）内の燃料圧力を検出するための圧力センサとして構成される。このようなセンサ１は、燃料貯蔵器内の燃料圧力を検出し、検出した圧力値をセンサデータとして、データ接続線３を介してＥＣＵ２へと伝達する。ＥＣＵ２は、これに対応して、噴射システムを開ループ及び／又は閉ループ制御するため、特に、燃料貯蔵器内の燃料圧力を開ループ及び／又は閉ループ制御するための制御装置として構成されるであろう。

センサ１のメモリ内、及び、ＥＣＵ２のメモリ内には、同じ秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}が格納されているということから出発する。この秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}は、好適に対称的な暗号鍵であり、本方法の実施前に、センサ１に割り当てられた第１のメモリと、ＥＣＵ２に割り当てられた第２のメモリとに格納されたものである。好適には、上記メモリは、センサ１又はＥＣＵ２のハウジング内に配置された不揮発性の内部メモリである。秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}は、理想的な場合には、センサ１とＥＣＵ２にのみが分かっている。実際には、秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}は、例えば、センサ製造業者、自動車製造業者、又は、任意の第三者、例えば認証局から生じている。

本発明に係る方法は、２つの部分に分けられる。第１の部分は図１に示され、第２の部分は図２に示される。第１の部分は、ＥＣＵ２によるセッション鍵Ｋ_Ｓの生成ステップを含む（ステップ４）。新しいセッション鍵Ｋ_Ｓの生成ステップは、乱数に依拠している。新しいセッション鍵Ｋ_Ｓの生成は、セッションの間の任意の時点に、必要に応じて行うことが可能である。セッション鍵Ｋ_Ｓは、セッションの開始時に、例えば点火の作動後に（端子１５）生成されることが構想される。さらに、代替的又は追加的に、セッションの間の他の時点に、及び／又は、特定のイベントが発生した後で、新しいセッション鍵Ｋ_Ｓを生成することも構想可能であろう。このようにして、常に新しいセッション鍵Ｋ_Ｓが短い時間間隔で（ｘ秒毎、又は、ｘミリ秒毎）提供される。

ランダムに生成されたセッション鍵Ｋ_Ｓは、ＥＣＵ２によって、共通の秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}を用いる適切な暗号化方法により暗号化され、センサ１へと伝送される（ステップ５）。暗号化されたセッション鍵Ｋ_Ｓの伝送のために、論理的なデータ伝送チャネルが利用される。この論理的なデータ伝送チャネルは、データ伝送接続３を介して実現され、「第３のデータ伝送チャネル」と称される。センサ１自体は、受信した暗号化されたデータを、ＥＣＵ２が暗号化のために利用したのと同じ方法又はこのために適した復号方法により、共通の秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}を利用して復号することで、セッション鍵Ｋ_Ｓを定めることが可能である（ステップ６）。従って、伝送が正確であり、同じ秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}が両加入者１、２内で分かっていた限りにおいて、ＥＣＵ２により次のセッションのために生成されたセッション鍵Ｋ_Ｓは、２つの加入者、即ちＥＣＵ２とセンサ１には分かっている。この第１の部分が、図１に示されている。

ＥＣＵ２内でのセッション鍵Ｋ_Ｓの暗号化、及びセンサ１内でのセッション鍵Ｋ_Ｓの復号のための暗号化方法は、ＥＣＵ２内での暗号化のために、本方法の暗号化アルゴリズム及び復号アルゴリズムが同じように利用可能であり、かつ、センサ１内での復号のために、本方法の暗号化アルゴリズム及び復号アルゴリズムが互いに同じように利用可能であるように、選択される。このことによって、ＥＣＵ２内でのセッション鍵Ｋ_Ｓの暗号化のために、復号アルゴリズム（Ｄｅｃ）を利用することが可能となる。これに対応して、センサ１内で、セッション鍵Ｋ_Ｓの復号のために、暗号化アルゴリズム（Ｅｎｃ）が利用される。このことは特に、ＥＣＵ２内でのセッション鍵Ｋ_Ｓの暗号化（Ｄｅｃ）のため、及び、センサ１内でのセッション鍵Ｋ_Ｓの復号（Ｅｎｃ）のために、対称的な共通の鍵、即ち秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}を用いる対称的な暗号システムの形態による方法が適用される場合には可能であり、当該方法によって、暗号化アルゴリズムと復号アルゴリズムを交換することが可能となる。好適に、利用される対称的な暗号システムは、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）に従ったラインダール・アルゴリズム（Ｒｉｊｎｄａｅｌ−Ａｌｇｏｒｉｔｈｍｕｓ）である。ＡＥＳ暗号化規格の他にさらに、本発明と組み合わせて使用するのに適した複数の更なる別の対称的な暗号システム、特に任意のブロック暗号が存在する。その例を幾つか挙げると、データ暗号化規格（ＤＥＳ：Ｄａｔａ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）、又は、ルシファ、トリプルＤＥＳ、国際データ暗号化アルゴリズム（ＩＤＥＡ：Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｄａｔａ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ）、ブローフィッシュ、トゥーフィッシュ、ＣＡＳＴ−１２８又はＣＡＳＴ−２５６、ＲＣ２、ＲＣ５、又はＲＣ６（リベスト暗号）、及び、プレゼント（ＰＲＥＳＥＮＴ）等である。

基本的に、例えばＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）のような、任意の標準化された安全な対称的な暗号化が、十分に大きな鍵長により利用することが可能である。好適に、１２８ビットの鍵長が提案される。対称的な暗号化方法の利用によって、セッション鍵Ｋ_Ｓを、秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}を利用して、ＡＥＳの暗号化関数（Ｅｎｃ_ＡＥＳ）のみならず復号関数（Ｄｅｃ_ＡＥＳ）によって、暗号化方法の特別な性質を活用することで、暗号化することが可能である。即ち、暗号化関数（Ｅｎｃ_ＡＥＳ）は、センサ１内で、受信した暗号化されたセキュリティデータ（セキュリティ鍵Ｋ_Ｓ）を復号するために利用することが可能である。このことには、センサ１側で、セッション鍵Ｋ_Ｓの復号のためにも、メッセージ認証コード（ＭＡＣ：Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）の生成のためにも利用することが可能な暗号化関数（Ｅｎｃ）のみ実装すればよいという利点がある。これに関しては、以下で更に詳細に解説する。従って、センサ１内で提供されるリソースをより効率良く利用することが可能である。特に、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ：Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）の必要な面積が、暗号化関数も復号関数もセンサ内に設ける必要がある公知の実現に対して低減されうる。センサが、同じＡＥＳユニット内での暗号化（Ｄｅｃ）も復号（Ｅｎｃ）もサポートすべき場合には、必要なチップ面が約５０％分も増大することになるであろう。

第１の処理ステップ（図１参照）の実施後には、セッション鍵Ｋ_Ｓは、ＥＣＵ２内でもセンサ１内でも分かっており、セッションが進行する間、伝送されたセンサデータの完全性検査、及び、センサ１の認証のために利用されうる。セッションの間の（連続的に実行される）この第２の処理ステップは、図２に示される。

図２は、センサ１とＥＣＵ２との間の２つの個別の論理的な通信チャネル又はデータ伝送チャネル１０、１１を示しており、このデータ伝送チャネル１０、１１は、センサ１とＥＣＵ２との間の、データ伝送接続３を介したデータ伝送のために利用可能であり、それぞれ、「第１のデータ伝送チャネル」、「第２のデータ伝送チャネル」と称される。データ伝送のために、例えば、ＰＳＩ５インタフェースｖ２．０、特に、車両のドライブトレインの領域内でのＰＳＩ５インタフェースの利用のための副標準が利用される。第１の論理的なデータ伝送チャネル１０が、センサデータ、例えば、コモンレールシステムの共有燃料貯蔵器の圧力データの伝送のために利用される一方で、伝送されるセンサデータ及び／又はセンサ１の防護のため、特に、センサデータ及び／又はセンサ１への操作の検出のために役立つセキュリティデータは、第２の論理的なデータ伝送チャネル１１を介して伝達される。好適に、第１のデータ伝送チャネル１０のデータ伝送レートは、第２のデータ伝送チャネル１１よりも大きく、従って、第１のチャネル１０は速いチャネルとも称され、第２のチャネル１１は遅いチャネルとも称される。センサデータと、セキュリティデータとの伝送を、第１の論理的なデータ伝送チャネル１０と、第２の論理的なデータ伝送チャネル１１とに分けることにより、提案する安全対策によってセンサデータの伝送時に追加的な遅延が発生せず、センサデータに干渉が重畳しないことが保証される。待ち時間は、可能な限り小さく抑えられる。

様々な論理的なデータ伝送チャネルの実現は、様々なやり方で行うことが可能である。図３は、１つの物理的なデータ伝送チャネル３を介した、様々な論理的なデータ伝送チャネルでのデータ伝送のための可能な実現形態を示す。その際に、センサ１からＥＣＵ２へのデータ伝送は、データ伝送フレーム＃１、＃２、＃３で行われる。当然のことながら、多かれ少なかれ、描かれているものとして、データフレーム＃１、＃２、＃３をデータ伝送のために利用することが可能である。接続線３を介するデータフレーム＃１、＃２、＃３の連続的なストリームが設けられてもよく、又は、データフレーム＃１、＃２、＃３は、センサデータｘ_１、…、ｘ_ｔ及び／又はＭＡＣが実際に伝送される場合にのみ伝送されてもよい。各データフレーム＃１、＃２、＃３は、特定のデータ量、例えば１以上のビットにそれぞれが対応するフィールドに分けられる。各論理的チャネルには、特定数のフィールドが割り当てられる。従って、図３の例では、第１の論理的チャネルｋ_１には１つのフィールドが割り当てられ、第２の論理的チャネルｋ_２には３つのフィールドが割り当てられ、第３の論理的チャネルｋ_３にも同様に３つのフィールドが割り当てられ、第４の論理的チャネルｋ_４には再び１つのフィールドのみ割り当てられる。

当然のことながら、データフレーム＃１、＃２、＃３ごとに、異なる数の論理的チャネルが設けられてもよい。さらに、データフレーム＃１、＃２、＃３ごとに、多かれ少なかれ、描かれているものとして、４つの論理的チャネルｋ_１、ｋ_２、ｋ_３、ｋ_４が設けられてもよい。さらに、チャネルｋ_２、ｋ_３も、多かれ少なかれ、描かれているものとして３つのフィールドを含んでも良く、又は、チャネルｋ_１、ｋ_４も、多かれ少なかれ、描かれているものとして１つのフィールドを含んでもよい。

データフレーム＃１、＃２、＃３ごとに、即ち時間単位ごとに、第１のチャネルｋ_１について１つのフィールドのデータ、第２のチャネルｋ_２について３つのフィールドのデータ、第３のチャネルｋ_３についても同様に３つのフィールドのデータ、第４のチャネルｋ_４について再び１つのフィールドのデータが伝送されて、ＥＣＵ２によって受信される。即ち、第１のチャネルｋ_１及び第４のチャネルｋ_４によって、第２のチャネルｋ_２及び第３のチャネルｋ_３よりもデータレートが遅い論理的なデータ伝送チャネルが実現される。遅いチャネルｋ_１又はｋ_４のうちの１つを、ＭＡＣ又はＣＭＡＣを伝送するための、本発明のデータ伝送チャネル１１として利用することも構想可能であろう。同様に、速いチャネルｋ_２又はｋ_３のうちの１つを、センサデータｘ_１、…、ｘ_ｔを伝送するための、本発明のデータ伝送チャネル１０として利用することも構想可能であろう。

個々のチャネルｋ_１、ｋ_２、ｋ_３、ｋ_４の個々のデータフレームで伝送されるデータは、受信者のところで、すなわちここではＥＣＵ２で一時格納され、必要数のデータフレーム＃１、＃２、＃３の受信後に、伝送されたデータへとまとめられる。例えば、遅いチャネルｋ_１又はｋ_４のうちの１つを介して伝送すべきデータ（例えば、ＭＡＣ又はＣＭＡＣのようなセキュリティデータ）が６４ビットを含み、データフレーム＃１、＃２、＃３の個々のフィールドが、それぞれ８ビットの大きさである場合には、伝送されたデータの全ての６４ビットをＥＣＵ２が提供するまで、８個のデータフレームを受信する必要がある。対応することが、速いチャネルｋ_２又はｋ_３のうちの１つを介したセンサデータｘ_１、…、ｘ_ｔの伝送についても言える。このことは、ここで記載する論理的レベルに該当する。プロトコルレベルでは、伝送されたデータは、厳密に言えば、ユーザデータのみで構成されるのではなく、プロトコル（例えば、フレームスタートシーケンス、フレームエンドシーケンス、フレームＩＤ、…）、又は、誤り検出若しくは誤り修正（例えば、フレームチェックシーケンス（ＦＳＣ：Ｆｒａｍｅ−Ｃｈｅｃｋ−Ｓｅｑｕｅｎｃｅ、巡回冗長検査（ＣＲＣ：Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ））のために必要な補助データを含んでいる。

以上をまとめると、データフレーム＃１、＃２、＃３のユーザデータ容量の第１の部分は、センサデータｘ_１、…、ｘ_ｔの伝送のために利用される。データフレーム＃１、＃２、＃３のユーザデータ容量の他の部分は、セキュリティデータ（例えば、ＭＡＣ又はＣＭＡＣ）の伝送のために利用される。好適には、データフレーム＃１、＃２、＃３の、セキュリティデータの伝送のために利用されるユーザデータの容量（例えば、数ビットのみ）は、センサデータの伝送のために利用されるユーザデータの容量（例えば、数十ビット、数百ビット、数千ビット、又は、さらに大きな数のビット）よりも小さい。このようなやり方で、遅い論理的なデータ伝送チャネル１１と、速い論理的なデータ伝送チャネル１０とが、簡単で効率のよいやり方で実現される。さらに、ＭＡＣ又はＣＭＡＣの部分が、各データフレーム＃１、＃２、＃３ではなく、各ｘ番目のデータフレームで伝送される（但し、ｘは１よりも大きい自然数）ことで、遅いデータ伝送チャネルを実現することが構想可能であろう。

第２の処理ステップ（図２参照）に係る安全対策は、センサデータの完全性検査のために役立ち、さらに、第１の処理ステップ（図１参照）でのＥＣＵ２の間接的な問い合わせに対する、センサ１の間接的な認証応答としても機能する。すなわち、安全対策は、センサ１の間接的な認証を含む。詳細には、速いデータ伝送チャネル１０を介して伝送される全センサデータが、セッション鍵Ｋ_Ｓを用いて生成され好適に遅いデータ伝送チャネル１１を介して伝達されるメッセージ認証コード（ＭＡＣ：Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）によって防護される。ＭＡＣは、鍵（例えば、暗号）を用いて生成されるため、ＭＡＣは、「暗号に基づくＭＡＣ」（ＣＭＡＣ：ｃｉｐｈｅｒ−ｂａｓｅｄ ＭＡＣ）とも称される。ＭＡＣ又はＣＭＡＣを、センサ１からＥＣＵ２への伝送の前に暗号化することも構想可能である。ＣＭＡＣは、例えば、ＡＥＳ１２８と、第１の処理ステップ（図１参照）でセンサ１に伝達され又はセンサ１内でＥＣＵ２により受信された暗号化されたデータから生成されたセッション鍵Ｋ_Ｓと、に基づいている。間接的な認証とは、セッション鍵Ｋ_Ｓが、第１の処理ステップで、真正のセンサ１によって復号されうるということを意味する。このような真正のセンサ１のみが、暗号鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}についての知識を有する。

センサ１内では、速いデータ伝送チャネル１０を介して伝送されるセンサデータ、又は、当該センサデータのうちの選択された部分が、セッション鍵Ｋ_Ｓを鍵として利用するＣＭＡＣアルゴリズムに供給される。特定のデータ量のセンサが伝送された後で、ＣＭＡＣ値が生成される。このＣＭＡＣ値は、全センサデータ、又は、当該センサデータのうちの選択された部分について生成される。このＣＭＡＣは、遅いデータ伝送チャネル１１を介してＥＣＵ２へと伝達される。センサ１により収集された後続のセンサデータは、再びＣＭＡＣアルゴリズムに供給され、次のＣＭＡＣ値の生成のために利用される。それに基づきＣＭＡＣが生成されるセンサデータの量は、遅いデータ伝送チャネル１１上で利用可能な帯域幅、ビットエラーに対する堅牢性、及び、安全性要求に依存する。

さらに、ＣＭＡＣ値は、カウンタ値Ｒ_Ａについても生成することが可能である。カウンタ値Ｒ_Ａは、再現（所謂、反射攻撃（Ｒｅｐｌａｙ−Ａｔｔａｃｋ））による攻撃に対して、プロトコルを防護する。なぜならば、カウンタ値Ｒ_Ａは、同一のセンサ値から同一のＣＭＡＣが生じることを防止するからである。考慮されたカウンタ値Ｒ_Ａに基づいて、同一のセンサ値自体が、異なるＣＭＡＣを有する。カウンタ値Ｒ_Ａは、好適に、新セッションの開始の際に０又は他の初期値に初期化される。しかしながら、カウンタ初期値がその都度ＥＣＵ２により生成され、センサ１に（暗号化されて又は暗号化されずに）、セッション鍵Ｋ_Ｓと一緒に又はセッション鍵Ｋ_ｓとは別々に伝達されるということも可能である。これにより、リプレイ攻撃に対する堅牢性をさらに高めることが可能である。

しかしながら、カウンタ値Ｒ_Ａはセッションの進行中にも初期化することが可能である。新セッションはその都度、新しいセッション鍵Ｋｓの伝送により定めることが可能である。カウンタ値Ｒ_Ａは、センサ１内でも、ＥＣＵ２内でも、任意の他の値の分だけ、時間制御又はイベント制御された時点に増分又は減分され、好適に、ＣＭＡＣの各生成後に増分又は減分される。代替的に、カウンタ値Ｒ_ＡがＥＣＵ２内でのみ初期化されて増分又は減分され、例えば遅いデータ伝送チャネル１１を介して、定期的にセンサ１に伝送されるということも構想可能である。

ＥＣＵ２の側では、同じ計算が、同様にセッション鍵Ｋ_Ｓと、カウンタ値Ｒ_Ａと、速いデータ伝送チャネル１０を介してセンサ１から受信されるセンサデータと、を利用して実施される。上記計算が実行され、センサデータがＥＣＵ２の所に届けられ、平行して、ＥＣＵ２によるセンサデータの他の処理が行われる。真の並行処理は、ＡＥＳに基づくＣＭＡＣのためのハードウェアサポートを提供するハードウェアセキュリティモジュール（ＨＳＭ：Ｈａｒｄｗａｒｅ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）が、ＥＣＵ２内で利用可能であることにより実現されうる。ＥＣＵ２内では、提案されるセキュリティの仕組みによって、ＥＣＵ２による従来のセンサデータ評価の遅延が生じない。ＥＣＵ２内での計算は、到着したセンサデータ又は当該センサデータの一部について、及び場合によってはカウンタ値Ｒ_Ａについての、セッション鍵Ｋ_Ｓを利用したＭＡＣの生成も同様に含む。センサ１により生成されたＭＡＣが、ＥＣＵ２への伝送の前に暗号化された場合には、到着するＣＭＡＣはＥＣＵ２内で復号される。ＥＣＵ２内で生成されたＭＡＣは、ＥＣＵ２内でセンサ１から遅いデータ伝送チャネル１１を介して受信されたＭＡＣと比較される。２つのＭＡＣ値が同じである場合には、センサ１側でＭＡＣ生成のために利用されたセンサデータもセッション鍵Ｋｓも、ＥＣＵ２側でＭＡＣ生成のために利用された対応する値と同じであるということが推測される。詳細には、これにより以下のことが示される。
−センサ１は、ＥＣＵ２により生成された現在のセッション鍵Ｋ_Ｓについての知識を有する。
−このことは、センサ１が秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}を利用してセッション鍵Ｋ_Ｓを復号することが出来、従って、正しい秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}についての情報も有しているということを間接的に示唆している。
−ＥＣＵ２により受信されたセンサデータは、センサ１から送信されたものと同じである。このことは、データへの操作、及び、伝送エラーが発生していないということを間接的に示唆している。
−カウンタ値Ｒ_Ａが、センサ１内でもＥＣＵ２内でも同じである。このことは、再現（反射攻撃）による攻撃が発生しておらず、ＥＣＵ２内で受信されたセンサデータの完全性が与えられるということを意味している。

ＥＣＵ２内での２つのＭＡＣ値の比較によって、当該ＭＡＣが異なっているということが示される場合には、１つ以上の入力変数（Ｋ_ＡＢ、Ｋ_Ｓ、Ｒ_Ａ）が同一ではなく、又は、センサ内で、ＥＣＵ２内で受信されたのとは異なるセンサデータが伝達され、及び／又は、例えば操作されたために、データ伝送にエラーがあったということがら出発する。有利に、センサ１が真正ではないこと、又はセンサデータが操作されたことが推測される前に、一定数の誤った（一致していない）ＭＡＣが許容される。許容される誤ったＭＡＣの数は、関与する全ての通信チャネル、即ち、センサ値のための（速い）第１のチャネル１０、ＭＡＣのための（遅い）第２のチャネル１１、及び、場合によっては、ＥＣＵからセンサへの通信ための第３のチャネルのビット誤り率（ＢＥＲ）に依存する。ここでエラーを推測しうるために、又は、通信エラーに基づくエラー確率を、所望の安全性レベルの許容可能な限界値以下に抑えるために、センサ１のための認証処理（最も簡単な場合に、新しいセッション鍵Ｋ_Ｓの伝送）を何度も実施しなければならなくなる可能性がある。特定数の誤ったＭＡＣが許容されることによって、個々の誤った伝送に基づきセンサ１又はセンサデータへの操作が誤って推測される確率が、所望の安全性レベルに低減されうる。

適切な対称的な暗号化、特に適切なブロック暗号に基づくＭＡＣアプローチの利用によって、ＭＡＣの計算が両方の側で、即ち、センサ１内及びＥＣＵ２内で互いに依存せずに行われる。署名に基づくアプローチの場合とは異なって、本発明の場合には、ＭＡＣの一部のみが互いに比較される場合に十分である。このことは、操作に対する防護を実現するために伝送すべきセキュリティデータの量の削減のために利用することが可能である。従って、例えば、センサに生成されたＭＡＣの一部のみを伝達し、例えば、１２８ビット長のＭＡＣの場合には最上位の６４ビット（最上位ビット、ＭＳＢ：Ｍｏｓｔ Ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔ Ｂｉｔ）のみを伝達し、ＥＣＵ２側で、ＥＣＵに生成されたＭＡＣの対応する部分と比較することが構想可能である。

セッション鍵ＫＳを利用する本発明に基づき提案されるアプローチ、及び、対応する実現には、以下のような一連の利点がある。すなわち、
−各セッション鍵Ｋ_Ｓは、特定の時間の間、限定数のビットのためにのみ利用される。この後で、新しいセッション鍵Ｋ_Ｓが生成されてセンサ１へと伝送され、後続のセッションのためにＭＡＣ又はＣＭＡＣを生成するために利用される。この理由から、本発明に係る方法は、ＭＡＣ処理のための静的な鍵よりもサイドチャネル攻撃に遭いにくい。すなわち、セッション鍵Ｋ_Ｓは、動的な鍵である。
−様々な鍵、すなわち、秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}及びセッション鍵Ｋ_Ｓは、認証及び完全性検査のために利用される。
−１つの鍵、すなわち、秘密鍵Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}のみ恒常的にセンサ１及びＥＣＵ２に格納する必要がある。これにより、メモリのコスト、及び、（新しい又は追加的な）秘密鍵によるメモリの再書き込みに関連する他のコストが削減される。
−セッション鍵Ｋ_Ｓの暗号化のための復号関数（Ｄｅｃ）及びセッション鍵Ｋ_Ｓの復号のための暗号化関数（Ｅｎｃ）の利用によって、センサ１のコストが削減され、センサの複雑性も下がる。なぜならば、センサ１には暗号化関数（Ｅｎｃ）のみ実装すればよいからである。このことは、適切な対称的な暗号システムの利用、特に適切なブロック暗号の利用と関連している。
−本発明に係る方法では、センサ１の認証のための問い合わせ及び応答が間接的に含まれており、これにより、複雑性、計算能力、センサからＥＣＵへの通信のためのプロトコルのコストが低減される。なぜならば、認証のために特別なメッセージが必要ないからである。これにより、特にセンサ１側での、実装コスト及びこれに関連するコストが低減される。
−伝送されるセンサデータは、好適に暗号化されない。これにより、ＥＣＵ２側で受信されるセンサデータを復号する必要がなく、これにより、待ち時間を可能な限り小さく保つことが可能である。ＥＣＵ２内でのセンサデータの処理は、センサデータをまず復号する必要なく、センサデータの受信直後に開始可能である。

本発明に基づき提案される方法は、以下のような特性を有する。すなわち、
−「本物の」センサ１が間接的に認証される。
−伝送されるセンサデータの完全性が検査されうる。
−提案されるセキュリティ実現に基づき、ＥＣＵ２の視点から、センサデータのための追加的な遅延がない。
−認証と、完全性保護と、のために異なる鍵（Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}、Ｋ_Ｓ）が実装される。
−ビット誤り率（ＢＥＲ）が高い際にも、時間的に非常に制限された、操作が起こり得る時間枠（３秒未満）のみ存在する。なぜならば、データへの操作は比較的迅速に検出されるからである。このことは特に、ＭＡＣ内で利用されるデータ量と、許容された「誤った」ＭＡＣの数と関係している。
−間接的な認証ステップを利用する簡単なプトロコルにより、必要とされるハードウェア及びソフトとウェアリソースがより少ない。
−最小リソースは、センサ１及びＥＣＵ２内で確実に格納する必要がある対称的な暗号鍵（Ｋ_ＡＢ、_Ａｕｔｈ）のみを含み、センサ１側では、対称的な暗号化（Ｅｎｃ）、例えば、ＡＥＳ暗号化のみ格納する必要がある。これにより、センサ１側では、復号（Ｄｅｃ）を実装する必要がない。
−セッション鍵Ｋ_Ｓの利用及びセッション鍵Ｋ_Ｓの定期的な交換、これにより、差分電力解析（ＤＰＡ：Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ Ｐｏｗｅｒ Ａｎａｌｙｓｉｓ）による、センサ１の脆弱性、又は、センサ対ＥＣＵの脆弱性が低減される。

Claims (24)

1. センサ（１）と、電子的な開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）と、の間の伝送のための方法であって、伝送されるセンサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）及び前記センサ（１）は、操作に対して防護される、前記方法において、
   前記センサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）は、第１の論理的なデータ伝送チャネル（１０）を介して、第１のデータ伝送レートにより、前記センサ（１）から前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）へと伝送され、
   伝送される前記センサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）及び／又は前記センサ（１）を防護するためのセキュリティデータ（ＭＡＣ；ＣＭＡＣ）が、第２の論理的なデータ伝送チャネル（１１）を介して、第２のデータ伝送レートにより、前記センサ（１）から前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）へと伝送され、
   データ伝送セッションの開始時に少なくとも一度、第３の論理的なデータ伝送チャネルを介して、セッション鍵（Ｋｓ）が、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）から前記センサ（１）へと伝送されて、前記センサ（１）により受信され、
   前記セッション鍵（Ｋｓ）は、前記センサ（１）によって、少なくともセッションが進行する間、前記セキュリティデータ（ＭＡＣ；ＣＭＡＣ）の生成のために利用されることを特徴とする、方法。
2. 前記センサ（１）によって、前記伝送されるセンサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）の少なくとも一部について、暗号化方法に従って、前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）を利用してメッセージ認証コード（ＭＡＣ）が生成され、少なくとも部分的に前記第２の論理的なデータ伝送チャネル（１１）を介して、セキュリティデータとして、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）へと伝送されて、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）によって受信されることを特徴とする、請求項１に記載の方法。
3. 前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）によって、前記受信されたセンサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）の少なくとも一部について、暗号化方法に従って前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）を利用してメッセージ認証コード（ＭＡＣ）が生成されることを特徴とする、請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）によって、前記センサ（１）から受信された前記メッセージ認証コード（ＭＡＣ）、又は、当該受信されたメッセージ認証コード（ＭＡＣ）の一部が、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）によって、前記受信されたセンサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）の少なくとも一部について生成されたメッセージ認証コード（ＭＡＣ）、又は、当該メッセージ認証コード（ＭＡＣ）の一部と比較されることを特徴とする、請求項２又は３に記載の方法。
5. 前記センサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）が前記第１の論理的なデータ伝送チャネル（１０）を介して、前記セキュリティデータ（ＭＡＣ；ＣＭＡＣ）が前記第２の論理的なデータ伝送チャネル（１１）を介して伝送されるよりも大きなデータ伝送レートによって伝送されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
6. 前記センサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）が、前記セキュリティデータ（ＭＡＣ；ＣＭＡＣ）と同じ物理的なデータ伝送チャネル（３）を介して伝送されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか１項に記載の方法。
7. 前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）が、前記センサデータ（Ｘ_１、…、Ｘ_ｔ）及び／又は前記セキュリティデータ（ＭＡＣ；ＣＭＡＣ）と同じ物理的なデータ伝送チャネル（３）を介して伝送されることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか１項に記載の方法。
8. 前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）は、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）によってランダムに生成されることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか１項に記載の方法。
9. 前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）は、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）によって、前記センサ（１）への前記伝送の前に暗号化方法に従って、秘密鍵（Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}）に依存して暗号化されることを特徴とする、請求項１〜８のいずれか１項に記載の方法。
10. 受信された前記暗号化されたセッション鍵（Ｋ_Ｓ）は、前記センサ（１）によって、暗号化方法に従って、前記秘密鍵（Ｋ_{ＡＢ、Ａｕｔｈ}）に依存して、前記センサ（１）のための前記セッション鍵（Ｋｓ）を定めるために復号されることを特徴とする、請求項９に記載の方法。
11. 前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）の暗号化及び／又は復号に利用される前記暗号化方法は、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）によって、前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）の暗号化のために復号アルゴリズム（Ｄｅｃ）が利用され、及び／又は、前記センサ（１）によって、受信された前記暗号化されたセッション鍵（Ｋ_Ｓ）の復号のために、対応する暗号化アルゴリズム（Ｅｎｃ）が利用されうるように選択されることを特徴とする、請求項９又は１０に記載の方法。
12. 前記センサ（１）により生成された前記セキュリティデータ（ＭＡＣ）は、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）への伝送の前に暗号化され、前記暗号化されたセキュリティーテータは、伝送され、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）内で前記セキュリティデータ（ＭＡＣ）を生成するために復号されることを特徴とする、請求項１〜１１のいずれか１項に記載の方法。
13. 前記センサ（１）内、及び、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）内では、前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）の暗号化及び／又は復号のため、及び、前記メッセージ認証コード（ＭＡＣ）の生成のために同じ暗号化方法が利用されることを特徴とする、請求項９〜１１のいずれか１項に記載の方法。
14. 前記セッション鍵（Ｋ_Ｓ）の暗号化及び／又は復号のため、及び、前記メッセージ認証コード（ＭＡＣ）の生成のための暗号化方法として、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）に準拠したラインダール・アルゴリズムが利用されることを特徴とする、請求項９〜１３のいずれか１項に記載の方法。
15. 前記センサ（１）内で生成された前記メッセージ認証コード（ＭＡＣ）によって、ｎ個のビットのみ、前記第２の論理的なデータ伝送チャネル（１１）を介して前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）へと伝送されることを特徴とする、請求項２〜１４のいずれか１項に記載の方法。
16. 前記ｎ個のビットは、最高位のｎ個のビットである、請求項１５に記載の方法。
17. 前記メッセージ認証コード（ＭＡＣ）が、前記伝送すべきセンサデータ又は前記受信されたセンサデータの少なくとも一部について、及び、カウンタ値（Ｒ_Ａ）について生成されることを特徴とする、請求項２〜１６のいずれか１項に記載の方法。
18. 前記カウンタ値（Ｒ_Ａ）は、予め設定可能な時点に初期化され、及び／又は、前記カウンタ値（Ｒ_Ａ）は、予め設定可能な時点に増分され又は減分されることを特徴とする、請求項１７に記載の方法。
19. 前記カウンタ値（Ｒ_Ａ）は、各セッションの開始時に初期化され、及び／又は、前記カウンタ値（Ｒ_Ａ）は、メッセージ認証コード（ＭＡＣ）の各生成後に増分され又は減分されることを特徴とする、請求項１８に記載の方法。
20. 前記センサデータは、前記センサと前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）との間を、バージョン２．０以上のＰＳＩ５規格に準拠したインタフェースを介して伝送されることを特徴とする、請求項１〜１９のいずれか１項に記載の方法。
21. 前記センサデータは、車両のドライブトレインの領域内でのＰＳＩ５インタフェースの適用のための副標準に準拠したインタフェースを介して伝送されることを特徴とする、請求項２０に記載の方法。
22. 電子的な開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）への接続のために設けられ、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）へとセンサデータを伝送するよう構成されたセンサ（１）であって、前記伝送されるセンサデータ及び前記センサ（１）は操作に対して防護される、前記センサ（１）において、
    前記センサ（１）は、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法を実施するよう構成されることを特徴とする、センサ（１）。
23. センサ（１）への接続のために設けられ、前記センサ（１）からセンサデータを受信するよう構成された開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）であって、前記伝送されるセンサデータ及び前記センサ（１）は操作に対して防護される、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）において、
    前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）は、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法を実施するよう構成されることを特徴とする、開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）。
24. 開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）と、前記開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）にデータ伝送接続（３）を介して接続される少なくとも１つのセンサ（１）と、を含むネットワークであって、前記センサ（１）から開ループ及び／又は閉ループ制御装置（２）へと伝送されるセンサデータ、及び、前記センサ（１）は、操作に対して防護される、前記ネットワークにおいて、
    前記ネットワークは、請求項１〜２１のいずれか１項に記載の方法を実施するよう構成されることを特徴とする、ネットワーク。
    

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