JP2021190839A - 電子制御装置 - Google Patents

Abstract

【課題】セキュリティ機能を向上させた電子制御装置を提供する。【解決手段】電子制御装置２００は、診断ツール４００からシード要求を受信したとき、動的に変化するレジスタの一例として挙げられるフリーランタイマ２６０の値を考慮して、不揮発性メモリ２２０に格納されたシード生成用データを更新するとともに、これからシードを生成して返送する。また、電子制御装置２００は、診断ツール４００からキーを受信したとき、シードからキーの期待値を求め、受信したキーと期待値とを照合してセキュリティ機能をアンロックする。【選択図】図２

Description

本発明は、セキュリティ機能を備えた電子制御装置に関する。

自動車などに搭載される電子制御装置では、例えば、不具合改修や機能拡張によって、不揮発性メモリに格納されているアプリケーションプログラムや制御データなどが書き換えられる。この場合、不正な書き換えがなされることを防止すべく、特開２００５−２７６１１３号公報（特許文献１）に記載されるように、フリーランタイマの値から疑似乱数としてのシードを生成し、このシードから生成されるキーを使用してセキュリティ機能をアンロックする技術が提案されている。

特開２００５−２７６１１３号公報

しかしながら、特許文献１で提案された技術においては、例えば、電子制御装置の起動からの経過時間など、フリーランタイマの値からシードを生成する条件を完全に同一にすると、同一のシードが生成されてしまう。このため、電子制御装置に正規の診断ツールを接続してセキュリティ機能をアンロックするときの信号をモニタすれば、セキュリティ機能をアンロックしたときの条件を再現することができ、正規でない診断ツールであってもセキュリティ機能をアンロックできてしまう。

そこで、本発明は、セキュリティ機能を向上させた電子制御装置を提供することを目的とする。

電子制御装置は、外部機器からシード要求を受信したとき、動的に変化するレジスタの値を考慮して、不揮発性メモリに格納されたシード生成用データを更新するとともに、このシード生成用データからシードを生成して返送する。また、電子制御装置は、外部機器からキーを受信したとき、シードからキーの期待値を求め、受信したキーと期待値とを照合してセキュリティ機能をアンロックする。

本発明によれば、シードを生成する際にシード生成用データが逐次更新されるので、電子制御装置におけるセキュリティ機能を向上させることができる。

車両に搭載された電子制御システムの一例を示す概要図である。 電子制御装置の一例を示す概要図である。 不揮発性メモリに格納されたパラメータの一例を示す説明図である。 セキュリティ機能をアンロックするシーケンスの説明図である。 従来技術によるシード生成シーケンスの問題点の説明図である。 シード生成シーケンスの一例の説明図である。 シード生成シーケンスの他の例の説明図である。 診断ツールが実行するセキュリティ機能のアンロック処理の一例を示すフローチャートである。 電子制御装置が実行するセキュリティ機能のアンロック処理の一例を示すフローチャートである。 電子制御装置が実行するセキュリティ機能のアンロック処理の一例を示すフローチャートである。

以下、添付された図面を参照し、発明を実施するための実施形態について詳述する。
車両１００には、例えば、エンジン、自動変速機、アダプティブクルーズコントロールシステムなどを電子制御する、複数の電子制御装置２００が搭載されている。複数の電子制御装置２００は、例えば、ＣＡＮ（Controller Area Network）などの車載ネットワーク３００を介して、任意のデータを送受信可能に接続されている。ここで、車両１００としては、乗用車、トラック、バス、建設機械などとすることができる。なお、図１に示す一例では、車両１００に４つの電子制御装置２００が搭載されているが、電子制御装置２００の数は任意である。

電子制御装置２００は、図２に示すように、ＣＰＵ（Central Processing Unit）などのプロセッサ２１０と、不揮発性メモリ２２０と、揮発性メモリ２３０と、入出力回路２４０と、通信回路２５０と、フリーランタイマ２６０と、これらを相互通信可能に接続する内部バス２７０と、を内蔵している。

プロセッサ２１０は、アプリケーションプログラムに記述された命令セット（データの転送、演算、加工、制御、管理など）を実行するハードウエアであって、演算装置、命令やデータを格納するレジスタ、周辺回路などから構成されている。不揮発性メモリ２２０は、例えば、電源供給を遮断してもデータを保持可能なフラッシュＲＯＭ（Read Only memory）やＥＥＰＲＯＭ（Electrically Erasable Programmable Read Only Memory）などからなり、本実施形態を実装するアプリケーションプログラム（コンピュータプログラム）、学習値、故障情報などを保持する。揮発性メモリ２３０は、例えば、電源供給を遮断するとデータが消失するダイナミックＲＡＭ（Random Access Memory）などからなり、プロセッサ２１０の演算過程においてデータを一時的に格納する記憶領域を提供する。

入出力回路２４０は、例えば、Ａ／Ｄコンバータ、Ｄ／Ａコンバータ、Ｄ／Ｄコンバータなどからなり、センサ、スイッチ及びアクチュエータなどに対するアナログ信号及びデジタル信号の入出力機能を提供する。通信回路２５０は、例えば、ＣＡＮトランシーバなどからなり、車載ネットワーク３００に接続する機能を提供する。フリーランタイマ２６０は、電子制御装置２００の起動によってカウントを開始するハードウエアであって、所定のパルス入力に応じてカウント値が順次増加する。内部バス２７０は、各デバイス間でデータを交換するための経路であって、アドレスを転送するアドレスバス、データを転送するデータバス、アドレスバスやデータバスで実際に入出力を行うタイミングや制御情報を遣り取りするコントロールバスを含んでいる。

電子制御装置２００の不揮発性メモリ２２０には、図３に示すように、シード（種）を生成するためのシード生成用データ２２０Ａ、及び電子制御装置２００の固有情報２２０Ｂが格納されている。シード生成用データ２２０Ａは、電子制御装置２００の初期状態において、所定の初期値に設定されている。電子制御装置２００の固有情報２２０Ｂとしては、その製造番号などの識別情報とすることができる。

電子制御装置２００には、車載ネットワーク３００を介して、診断ツール４００が着脱可能に接続される。診断ツール４００は、マイクロコンピュータを内蔵したデバイス、又はパーソナルコンピュータなどからなり、少なくとも、電子制御装置２００に対してセキュリティ機能のアンロックを依頼する。ここで、診断ツール４００が、外部機器の一例として挙げられる。

図４は、電子制御装置２００のセキュリティ機能をアンロックするシーケンスの概要を示している。なお、以下の説明においては、作業者が、診断ツール４００を電子制御装置２００に接続し、電子制御装置２００及び診断ツール４００の電源をＯＮにして起動した状態からシーケンスが開始されるものとする（以下同様）。

電子制御装置２００に接続された診断ツール４００において、作業者がセキュリティ機能をアンロックする指示を入力すると、診断ツール４００は、電子制御装置２００に対してシード要求を送信する。シード要求を受信した電子制御装置２００は、フリーランタイマなどの動的に変化するレジスタの値を使用して、例えば、ＸＯＲ（排他的論理和）及びビットシフトなどの周知技術によって、不揮発性メモリ２２０に格納されたシード生成用データ２２０Ａからシードを生成し、これを診断ツール４００に返送する。

シードを受信した診断ツール４００は、周知の暗号化方式を使用して、シードからキー（暗号鍵）を生成し、これを電子制御装置２００に対して送信する。キーを受信した電子制御装置２００は、診断ツール４００と同一の暗号化方式を使用して、先に生成したシードからキーの期待値を求める。そして、電子制御装置２００は、診断ツール４００から受信したキーとキーの期待値とを照合し、両者が一致すれば、セキュリティ機能をアンロックして、肯定応答を診断ツール４００に返送する。一方、電子制御装置２００は、診断ツール４００から受信したキーとキーの期待値とが一致しなければ、セキュリティ機能をアンロックせずに、否定応答を診断ツール４００に返送する。

このようなシーケンスにおいて、電子制御装置２００は、診断ツール４００からシード要求を受信すると、上述したように、動的に変化するレジスタの値を使用して、不揮発性メモリ２２０に格納されたシード生成用データ２２０Ａからシードを生成する。電子制御装置２００に対するパラメータの入力を一定としたまま、図５に示すように、電子制御装置２００の起動（再起動）から所定時間ｔ［ｓ］経過後に診断ツール４００からシード要求があると、動的に変化するレジスタの値が同一になってしまう。特に、電子制御装置２００のアプリケーションプログラム及び制御データの書き換えでは、他の電子制御装置２００が作動していないことが多いので、このような現象が発生しやすくなる。従って、シードの生成条件を一定とすることで、同一のシードが生成されてしまい、セキュリティ機能に懸念がある。

そこで、本実施形態においては、診断ツール４００からシード要求を受信した電子制御装置２００は、図６に示すように、動的に変化するレジスタの一例として挙げられるフリーランタイマ２６０の値を使用し、例えば、ＸＯＲによって、不揮発性メモリ２２０に格納されているシード生成用データ２２０Ａを更新する。その後、電子制御装置２００は、更新されたシード生成用データ２２０Ａを使用して、例えば、ＸＯＲ及びビットシフトによってシードを生成する。このようにすれば、電子制御装置２００に対するパラメータの入力を一定としたまま、電子制御装置２００の起動（再起動）から所定時間ｔ［ｓ］経過後に診断ツール４００からシード要求があっても、シード生成用データ２２０Ａが逐次更新されるため、これから生成されるシードが異なるようになる。このため、シードから生成されるキーも異なるようになり、電子制御装置２００のセキュリティ機能を向上させることができる。

ところで、単独の電子制御装置２００では、上述したような工夫によって、同一のシードが生成されにくくなるが、異なる電子制御装置２００を同一条件で作動させると、複数の電子制御装置２００において同一のキーが生成されてしまうおそれがある。

そこで、他の実施形態においては、診断ツール４００からシード要求を受信した電子制御装置２００は、図７に示すように、動的に変化するレジスタの一例として挙げられるフリーランタイマ２６０の値に加えて、不揮発性メモリ２２０に格納されている固有情報２２０Ｂを使用し、例えば、ＸＯＲによって、不揮発性メモリ２２０に格納されているシード生成用データ２２０Ａを更新する。このようにすれば、異なる電子制御装置２００を同一条件で作動させても、少なくとも固有情報２２０Ｂが異なることから、最終的に生成されるシードが異なるようになる。従って、電子制御装置２００のセキュリティ機能を更に向上させることができる。なお、このような現象が起こる可能性は極めて低いので、電子制御装置２００は、フリーランタイマ２６０の値のみを使用して、シード生成用データ２２０Ａを更新するようにしてもよい。

次に、上述したシーケンスを電子制御装置２００及び診断ツール４００に実装するためのアプリケーションプログラムの概要について説明する。

図８は、作業者の指示に応答して、診断ツール４００が実行するセキュリティ機能のアンロック処理の一例を示している。ここで、診断ツール４００は、不揮発性メモリやストレージ（図示せず）などに格納されたアプリケーションプログラムに従ってアンロック処理を実行する。

ステップ１（図８では「Ｓ１」と略記する。以下同様。）では、診断ツール４００が、シード要求メッセージを作成する。シード要求メッセージとしては、ＣＡＮパケットを使用する場合、例えば、データフレームのデータフィールドにシード要求を特定可能な所定データを格納することで作成される。

ステップ２では、診断ツール４００が、電子制御装置２００に対してシード要求メッセージを送信する。診断ツール４００から送信されたシード要求メッセージは、車載ネットワーク３００、電子制御装置２００の通信回路２５０及び内部バス２７０を介してプロセッサ２１０に伝達される。

ステップ３では、診断ツール４００が、例えば、受信バッファを監視することで、電子制御装置２００からシードを受信したか否かを判定する。そして、診断ツール４００は、電子制御装置２００からシードを受信したと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ４へと進める。一方、診断ツール４００は、電子制御装置２００からシードを受信していないと判定すれば（Ｎｏ）、ステップ３の処理を繰り返す。従って、診断ツール４００は、電子制御装置２００に対して送信したシード要求メッセージの応答として、電子制御装置２００からシードを受信するまで待機する。

ステップ４では、診断ツール４００が、周知の暗号化方式を使用して、電子制御装置２００から受信したシードからキーを生成する。ここで、暗号化方式としては、例えば、ＤＥＳ（Data Encryption Standard）、ＲＣ４（Rivest Cipher 4）、ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）などを使用することができる。

ステップ５では、診断ツール４００が、電子制御装置２００に対してキーを送信する。診断ツール４００から送信されたキーは、シード要求メッセージと同様に、車載ネットワーク３００、電子制御装置２００の通信回路２５０及び内部バス２７０を介してプロセッサ２１０に伝達される。

ステップ６では、診断ツール４００が、例えば、受信バッファを監視することで、電子制御装置２００から応答（肯定応答又は否定応答）を受信したか否かを判定する。そして、診断ツール４００は、電子制御装置２００から応答を受信したと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ７へと進める。一方、診断ツール４００は、電子制御装置２００から応答を受信していないと判定すれば（Ｎｏ）、ステップ６の処理を繰り返す。従って、診断ツール４００は、電子制御装置２００に対して送信したキーの応答として、電子制御装置２００から応答を受信するまで待機する。

ステップ７では、診断ツール４００が、例えば、ＣＡＮパケットのデータフレームのデータフィールドを解析することで、ステップ６で受信した応答が肯定応答であるか否かを判定する。そして、診断ツール４００は、応答が肯定応答であると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ８へと進める。一方、診断ツール４００は、応答が肯定応答でない、即ち、否定応答であると判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ９へと進める。

ステップ８では、診断ツール４００が、例えば、電子制御装置２００の不揮発性メモリ２２０に格納されているアプリケーションプログラムや制御データの書き換え、そこに格納されているシード生成用データ２２０Ａなどの読み出しなど、作業者によって指示された処理を実行する。その後、診断ツール４００は、アンロック処理を終了させる。なお、診断ツール４００は、アンロック処理を終了させる前、電子制御装置２００に対してセキュリティ機能のロックを指示するようにしてもよい。

ステップ９では、診断ツール４００が、セキュリティ機能をアンロックできなかったことを表示装置に表示する。従って、診断ツール４００を操作する作業者は、例えば、暗号化方式が間違っていたことを認識できる。その後、診断ツール４００は、アンロック処理を終了させる。なお、ステップ９では、電子制御装置２００のセキュリティ機能がアンロックできなかったので、電子制御装置２００に対してセキュリティ機能のロックを指示する必要はない。

図９及び図１０は、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、診断ツール４００からシード生成メッセージを受信したことを契機として実行する、セキュリティ機能のアンロック処理の一例を示している。ここで、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、不揮発性メモリ２２０に格納されているアプリケーションプログラムに従ってアンロック処理を実行する。

ステップ１０では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、不揮発性メモリ２２０からシード生成用データ２２０Ａを読み出す。

ステップ１１では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、フリーランタイマ２６０を参照して、その値を読み出す。

ステップ１２では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、不揮発性メモリ２２０から固有情報２２０Ｂを読み出す。

ステップ１３では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、フリーランタイマ２６０の値及び固有情報２２０Ｂを使用して、例えば、ＸＯＲによって、シード生成用データ２２０Ａを更新し、これを不揮発性メモリ２２０に書き込む。従って、不揮発性メモリ２２０に格納されたシード生成用データ２２０Ａは、診断ツール４００からシード要求があるたびに、逐次更新されて異なる値となる。

ステップ１４では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、例えば、ＸＯＲ及びビットシフトによって、不揮発性メモリ２２０に格納されたシード生成用データ２２０Ａからシードを算出する。

ステップ１５では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、診断ツール４００に対してシードを返送する。電子制御装置２００のプロセッサ２１０から返送されたシードは、内部バス２７０、通信回路２５０及び車載ネットワーク３００を介して診断ツール４００に伝達される。

ステップ１６では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、例えば、通信回路２５０の受信バッファを監視することで、診断ツール４００からキーを受信したか否かを判定する。そして、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、診断ツール４００からキーを受信したと判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１７へと進める。一方、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、診断ツール４００からキーを受信していないと判定すれば（Ｎｏ）、ステップ１６の処理を繰り返す。従って、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、診断ツール４００からキーを受信するまで待機する。

ステップ１７では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、周知の暗号化方式を使用して、ステップ１４で算出したシードからキーの期待値、即ち、正規のキーがとり得る値を算出する。

ステップ１８では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、ステップ１６で受信したキーとステップ１７で算出したキーの期待値とを照合し、キーとキーの期待値が一致しているか否かを判定する。そして、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、キーとキーの期待値とが一致していると判定すれば（Ｙｅｓ）、処理をステップ１９へと進める。一方、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、キーとキーの期待値とが一致していないと判定すれば（Ｎｏ）、処理をステップ２１へと進める。

ステップ１９では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、肯定応答を作成する。肯定応答としては、ＣＡＮパケットを使用する場合、例えば、データフレームのデータフィールドにセキュリティ機能がアンロックできた旨を示す所定データを格納することで作成される。

ステップ２０では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、セキュリティ機能をアンロックする。その後、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、処理をステップ２２へと進める。なお、セキュリティ機能のアンロックは、肯定応答を作成する前であってもよい。

ステップ２１では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、否定応答を作成する。否定応答としては、ＣＡＮパケットを使用する場合、例えば、データフレームのデータフィールドにセキュリティ機能がアンロックできなかった旨を示す所定データを格納することで作成される。その後、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、処理をステップ２２へと進める。

ステップ２２では、電子制御装置２００のプロセッサ２１０が、診断ツール４００に対して肯定応答又は否定応答を返送する。電子制御装置２００のプロセッサ２１０から返送された肯定応答又は否定応答は、内部バス２７０、通信回路２５０及び車載ネットワーク３００を介して診断ツール４００に伝達される。その後、電子制御装置２００のプロセッサ２１０は、アンロック処理を終了させる。

かかるアンロック処理によれば、図６及び図７を参照して説明したように、不揮発性メモリ２２０に格納されたシード生成用データ２２０Ａが逐次更新されるので、電子制御装置２００のセキュリティ機能を向上させることができる。この結果、電子制御装置２００のアプリケーションプログラム及び制御データの不正な書き換え、電子制御装置２００の重要な情報の不正な読み出しを抑制することができる。

なお、当業者であれば、上記実施形態の技術的思想について、その一部を省略したり、その一部を適宜組み合わせたり、その一部を周知技術に置換したりすることで、新たな実施形態を生み出せることを容易に理解できるであろう。

その一例を挙げると、電子制御装置２００の固有情報２２０Ｂは、不揮発性メモリ２２０に格納されている構成に限らず、他の電子制御装置２００から車載ネットワーク３００を介して取得するようにしてもよい。

２００ 電子制御装置
２１０ プロセッサ
２２０ 不揮発性メモリ
２２０Ａ シード生成用データ
２２０Ｂ 固有情報（識別情報）
２６０ フリーランタイマ（レジスタ）
４００ 診断ツール（外部機器）

Claims (6)

1. 外部機器からシード要求を受信したとき、動的に変化するレジスタの値を考慮して、不揮発性メモリに格納されたシード生成用データを更新するとともに、当該シード生成用データからシードを生成して返送し、
   前記外部機器からキーを受信したとき、前記シードからキーの期待値を求め、前記受信したキーと前記期待値とを照合してセキュリティ機能をアンロックする、
   電子制御装置。
2. 前記受信したキーと前記期待値とが一致する場合、前記セキュリティ機能をアンロックする、
   請求項１に記載の電子制御装置。
3. 前記外部機器からシード要求を受信したとき、前記レジスタの値に加えて、固有情報を考慮して前記シード生成用データを更新する、
   請求項１又は請求項２に記載の電子制御装置。
4. 前記固有情報は、識別情報である、
   請求項３に記載の電子制御装置。
5. 前記レジスタは、フリーランタイマである、
   請求項１〜請求項４のいずれか１つに記載の電子制御装置。
6. 前記外部機器は、診断ツールである、
   請求項１〜請求項５のいずれか１つに記載の電子制御装置。

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