KR102656540B1 - 자율주행 자동차의 보안 검증 장치 및 방법 - Google Patents

자율주행 자동차의 보안 검증 장치 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명은 자율주행 자동차의 보안 검증 장치 및 방법에 관한 것으로, 스티어링 휠의 조향각과 조향토크를 검출하는 토크센서와, 상기 토크센서의 SENT(Single Edge Nibble Transmission) 신호와 유니크값을 이용하여 CAN(Controller Area Network) 프로토콜의 조향각과 조향토크 정보를 복원한 SENT신호의 동일성을 확인하는 ECU를 포함한다.

Description

자율주행 자동차의 보안 검증 장치 및 방법{Apparatus and method for security verification of autonomous vehicle}
본 발명은 자율주행 자동차의 보안 검증 장치 및 방법에 관한 것으로, 더 상세하게는 조향 제어의 이상 여부를 검출할 수 있는 자율주행 자동차의 보안 검증 장치 및 방법에 관한 것이다.
최근 자율주행 자동차에 대한 연구가 활발하게 이루어지면서, 자율주행 자동차의 보안과 관련된 기술에 대한 관심도 증가하고 있다.
자율주행 자동차를 불법적인 방법으로 해킹하여 사고를 유발하거나, 범죄에 이용할 수 있는 등의 문제를 예측하고, 방지할 수 있는 기술들이 제안되고 있다.
예를 들어 미국 공개특허 US2018/0234446A1(SYSTEMS AND METHODS FOR SECURITY BREACH DETECTION IN VEHICLE COMMUNICATION SYSTEMS, 2018년 8월 16일 공개)에서는 자동차의 통신 시스템을 통한 외부 침입이 가능한 문제점을 인식하고, CAN 메시지의 동적 수학적 연산자(DMO)를 이용한 해킹 여부의 확인 시스템 및 방법에 대하여 기재하고 있다.
상기 미국공개특허는 DMO 시스템을 이용하여 비용을 줄이고, 해킹에 대한 강한 보호를 할 수 있는 시스템 및 방법을 제안하였으나, CPU를 포함하여 자동차에 마련된 센서들의 신호를 모두 확인하기 때문에 효율이 저하되는 문제점이 있었다.
본 발명이 해결하고자 하는 기술적 과제는, 차량에 마련된 ECU들 각각에서 제어 대상의 중요 신호의 무결성을 검증할 수 있는 자율주행 자동차의 보안 검증 장치 및 방법을 제공함에 있다.
상기와 같은 과제를 해결하기 위한 본 발명의 일측면에 따른 자율주행 자동차의 보안 검증 장치는, 스티어링 휠의 조향각과 조향토크를 검출하는 토크센서와, 상기 토크센서의 SENT(Single Edge Nibble Transmission) 신호와 유니크값을 이용하여 CAN(Controller Area Network) 프로토콜의 조향각과 조향토크 정보를 복원한 SENT신호의 동일성을 확인하는 ECU를 포함한다.
본 발명의 실시예에서, 상기 유니크값은, 차량에 전자식 파워스티어링 시스템을 장착할 때, 캘리브레이션과정에서 디코딩된 SENT신호로부터 산출된 각도 또는 디코팅된 SENT신호 자체 또는 디코딩된 SENT신호 자체와 산출된 각도의 조합일 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 ECU는, 상기 유니크값을 저장하는 메모리를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 ECU는, 토크센서의 SENT에서 추출한 조향각과 조향토크 정보를 암호화하고, 통신부를 통해 CAN으로 송신하는 암호화부와, 통신부를 통해 수신된 암호화된 조향각과 조향토크 정보를 상기 유니크값을 이용하여 SENT신호로 복원하는 복호화부를 더 포함할 수 있다.
또한, 본 발명의 다른 측면에 따른 자율주행 자동차의 보안 검증 방법은, a) 전자식 파워스티어링 시스템을 차량에 장착 및 캘리브레이션하는 과정에서 디코딩된 SENT신호를 이용하여 유니크값을 결정하는 단계와, b) ECU에서 토크센서의 SENT신호에서 조향각과 조향토크 정보를 구하고, CAN으로 송신하는 단계와, c) CAN으로부터 조향각과 조향토크 정보를 수신하고, 유니크값을 이용하여 SENT신호로 복원하는 단계와, d) 토크센서의 SENT신호와 복원된 SENT신호의 동일성을 판단하는 단계를 포함할 수 있다.
본 발명의 실시예에서, 상기 유니크값은, 차량에 전자식 파워스티어링 시스템을 장착할 때, 캘리브레이션과정에서 디코딩된 SENT신호로부터 산출된 각도 또는 디코팅된 SENT신호 자체 또는 디코딩된 SENT신호 자체와 산출된 각도의 조합일 수 있다.
본 발명은 제어 대상의 중요 신호의 무결성 검증을 해당 ECU에서 직접 수행 할 수 있어, 검증의 효율을 높일 수 있는 효과가 있다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자율주행 자동차의 보안 검증 장치의 구성도이다.
도 2는 도 1에서 제1ECU의 블록 구성도이다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자율주행 자동차의 보안 검증 방법의 흐름도이다.
이하, 본 발명 자율주행 자동차의 보안 검증 장치 및 방법에 대하여 첨부한 도면을 참조하여 상세히 설명한다.
본 발명의 실시 예들은 당해 기술 분야에서 통상의 지식을 가진 자에게 본 발명을 더욱 완전하게 설명하기 위해 제공되는 것이며, 아래에 설명되는 실시 예들은 여러 가지 다른 형태로 변형될 수 있으며, 본 발명의 범위가 아래의 실시 예들로 한정되는 것은 아니다. 오히려, 이들 실시 예는 본 발명을 더욱 충실하고 완전하게 하며 당업자에게 본 발명의 사상을 완전하게 전달하기 위하여 제공되는 것이다.
본 명세서에서 사용된 용어는 특정 실시 예를 설명하기 위하여 사용되며, 본 발명을 제한하기 위한 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이 단수 형태는 문맥상 다른 경우를 분명히 지적하는 것이 아니라면, 복수의 형태를 포함할 수 있다. 또한, 본 명세서에서 사용되는 경우 "포함한다(comprise)" 및/또는"포함하는(comprising)"은 언급한 형상들, 숫자, 단계, 동작, 부재, 요소 및/또는 이들 그룹의 존재를 특정하는 것이며, 하나 이상의 다른 형상, 숫자, 동작, 부재, 요소 및/또는 그룹들의 존재 또는 부가를 배제하는 것이 아니다. 본 명세서에서 사용된 바와 같이, 용어 "및/또는"은 해당 열거된 항목 중 어느 하나 및 하나 이상의 모든 조합을 포함한다.　
본 명세서에서 제1, 제2 등의 용어가 다양한 부재, 영역 및/또는 부위들을 설명하기 위하여 사용되지만, 이들 부재, 부품, 영역, 층들 및/또는 부위들은 이들 용어에 의해 한정되지 않음은 자명하다. 이들 용어는 특정 순서나 상하, 또는 우열을 의미하지 않으며, 하나의 부재, 영역 또는 부위를 다른 부재, 영역 또는 부위와 구별하기 위하여만 사용된다. 따라서, 이하 상술할 제1 부재, 영역 또는 부위는 본 발명의 가르침으로부터 벗어나지 않고서도 제2 부재, 영역 또는 부위를 지칭할 수 있다.
이하, 본 발명의 실시 예들은 본 발명의 실시 예들을 개략적으로 도시하는 도면들을 참조하여 설명한다. 도면들에 있어서, 예를 들면, 제조 기술 및/또는 공차에 따라, 도시된 형상의 변형들이 예상될 수 있다. 따라서, 본 발명의 실시 예는 본 명세서에 도시된 영역의 특정 형상에 제한된 것으로 해석되어서는 아니 되며, 예를 들면 제조상 초래되는 형상의 변화를 포함하여야 한다.
도 1은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자율주행 자동차의 보안 검증 장치의 블록 구성도이다.
도 1을 참조하면, 본 발명은 조향각과 조향 토크를 검출하는 토크센서(20)와, 상기 토크센서(20)에서 생성된 SENT(Single Edge Nibble Transmission) 신호에 대한 교정을 통해 유니크값을 획득하고, CAN(Controller Area Network, 30)을 통해 수신된 조향각과 조향토크 정보를 비교하여 해킹여부를 판단하는 제1ECU(10)와, 상기 제1ECU(10)에서 CAN(30)으로 송신한 조향각과 조향토크정보를 이용하는 제2ECU(40)를 포함한다.
이하, 상기와 같이 구성되는 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자율주행 자동차의 보안 검증 장치에 대하여 좀 더 상세히 설명한다.
먼저, 자동차에는 다양한 신호의 처리를 위한 다수의 ECU들을 포함하고 있으며, ECU들 간의 정보 전달을 위한 CAN(30)이 구현되어 있다.
도 1의 예에서는 외부의 해킹에 의해 조향각 및 조향토크의 설정이 변경되었는지의 여부를 검증하는 것을 예로 들었으며, 필요에 따라 다양한 설정에 대한 검증이 가능하다.
상기 제1ECU(10)는 차량마다 구분되는 유니크값을 이용하여, 토크센서(20)의 SENT신호와 CAN(30)을 통해 수신된 SENT신호를 비교하고, 그 결과에 따라 해킹여부를 판단한다.
제2ECU(40)는 조향각 및 토크정보를 이용하여 다른 제어를 수행하는 것으로 하며, 따라서 제1ECU(10)는 토크센서(20)의 SENT신호를 제2ECU(40)에서 이용할 수 있도록 CAN(30)을 통해 송신한다.
도 2는 본 발명에 적용되는 제1ECU(10)의 블록 구성도이다. 도 2에 도시한 각 구성요소들은 기능적으로 나뉜 것으로, 실제로 ECU 내에서 블록으로 구분되거나 구분되지 않을 수도 있다.
상기 제1ECU(10)는 토크센서(20)의 SENT신호를 입력받는 신호입력부(12)와, CAN(30)을 통해 송신하는 신호를 암호화하는 암호화부(14), CAN(30)에서 수신된 제2ECU(40)의 암호화된 SENT신호를 복호화하는 복호화부(15), CAN(30)을 통해 통신을 수행하기 위한 통신부(16), 전자식 파워스티어링의 센서 캘리브레이션과정에서 얻어진 유니크값이 저장된 메모리(13), 상기 메모리(13)에 저장된 유니크값을 상기 복호화부(15)의 복호화에 이용하고, 복호화된 SENT신호와 토크센서(20)의 SENT신호의 동일성을 판단하는 신호처리부(11)를 포함한다.
자동차의 전자식 파워스티어링(Electronic Power Steering)은 차량에 조립된 후 차량의 중점에 맞춰진 상태에서 센서 캘리브레이션(calibration)을 수행하게 된다. 결국, 차량마다 캘리브레이션되는 순간의 디코딩된 SENT값은 매우 상이하게 된다.
따라서 차량마다 SENT값이 다른 것이 일반적이며, SENT값을 특정할 수 있는 유니크값을 구한다.
이때 유니크 값을 구하는 방법으로 디코딩된 SENT신호를 각도 신호로 산출한 값을 유니크값으로 사용할 수 있다. 전자식 파워스티어링을 장착하는 공정에서 캘리브레이션된 각도가 상이하기 때문에 유니크값으로 이용할 수 있다.
또한, 디코딩된 SENT신호 자체를 유니크값으로 활용할 수 있다.
그리고 디코딩된 SENT신호와 디코딩된 SENT신호에서 각도를 산출한 결과를 조합하여 유니크값으로 사용할 수 있다.
상기 신호처리부(11)에서 구해진 유니크값은 메모리(13)에 저장된다.
이처럼 유니크값을 구하여 저장한 후, 상기 토크센서(20)의 SENT신호는 신호입력부(12)를 통해 입력된다. 상기 토크센서(20)의 SENT신호는 조향각과 조향토크 정보를 포함하는 것이고, 이러한 조향각과 조향토크 정보는 다른 제어기인 제2ECU(40)에서 사용될 필요가 있다.
상기 신호처리부(11)는 토크센서(20)의 SENT신호에서 조향각과 조향토크 정보를 산출하고, 산출된 조향각과 조향토크 정보를 암호화부(14)를 통해 암호화한다. 이때의 암호화방법은 알려진 다양한 방법이 사용될 수 있다.
이처럼 암호화된 조향각과 조향토크 정보는 통신부(16)를 통해 CAN(30)으로 송신된다.
상기 CAN(30)으로 송신된 조향각과 조향토크 정보는 제2ECU(40)에서 이용된다.
이때, 제1ECU(10)는 CAN 프로토콜에 적용되는 조향각 및 조향토크 신호를 CAN(30)으로부터 수신하고, 다시 SENT신호로 해석한 후 상기 토크센서(20)의 SENT신호와 비교한다. 비교결과 두 SENT신호가 동일하지 않은 경우에는 해킹이 이루어진 것으로 판단할 수 있다.
이를 위하여 상기 통신부(16)를 통해 CAN(30) 프로토콜에 적용된 조향각 및 조향토크 정보를 수신하고, 복호화부(15)를 통해 복호화한다.
이때 복호화 과정에서 상기 메모리(13)에 저장된 유니크값이 사용되며, 유니크값을 이용하여 상기 수신된 조향각 및 조향토크 정보는 SENT신호로 해석된다.
그 다음, 신호처리부(11)는 해석된 SENT신호와 토크센서(20)의 SENT신호를 비교한다.
이때 해석된 SENT신호와 토크센서(20)의 SENT신호가 동일한 값이면, 해킹이 발생하지 않은 정상적인 상태로 판단하고, 동일한 값이 아니면 해킹 발생에 의해 조향각 및 조향토크 정보에 이상이 발생한 것으로 판단할 수 있다.
도 3은 본 발명의 바람직한 실시예에 따른 자율주행 자동차의 보안 검증 방법의 흐름도이다.
먼저, S31단계와 같이 차량의 EPS 캘리브레이션과정에서 유니크값을 결정한다. 이때 유니크값은 디코딩된 센서의 SENT신호를 각도 신호로 산출한 값, 디코딩된 SENT신호 자체, 디코딩된 SENT신호자체와 디코딩된 SENT신호에서 각도를 산출한 결과의 조합일 수 있다.
결정된 유니크값은 메모리(13)에 저장된다.
상기 제1ECU(10)는 토크센서(20)의 SENT신호를 수신하고, S32단계와 같이 제2ECU(40)에서 사용할 조향각과 조향토크 정보를 추출한다.
상기 추출된 조향각과 조향토크 정보는 S33단계와 같이 암호화 및 CAN(30)으로 송신되며, CAN(30)으로 송신된 조향각과 조향토크 정보는 제2ECU(40)에서 복호화하여 사용한다.
이와 함께 상기 제1ECU(10)는 S34단계와 같이 CAN(30)의 조향각과 조향토크 정보를 수신한다.
그 다음, S35단계에서는 상기 암호화된 조향각과 조향토크 정보를 복호화하되, 상기 유니크값을 이용하여 SENT신호로 복원한다.
그 다음, S36단계에서는 토크센서(20)의 SENT신호와 복원된 SENT신호를 비교하여 동일한지 판단한다.
상기 S36단계의 판단결과 동일한 값이면, 해킹이 발생하지 않은 정상상태로 판단(S37)하고, 동일한 값이 아니면 해킹이 발생하여 조향각 및 조향토크 정보에 이상이 발생한 상태로 판단(S38)하게 된다.
본 발명은 상기 실시예에 한정되지 않고 본 발명의 기술적 요지를 벗어나지 아니하는 범위 내에서 다양하게 수정, 변형되어 실시될 수 있음은 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 있어서 자명한 것이다.
10:제1ECU 11:신호처리부
12:신호입력부 13:메모리
14:암호화부 15:복호화부
16:통신부 20:토크센서
30:CAN 40:제2ECU

Claims (6)

  1. 주요 신호의 무결성을 검증하는 자율주행 자동차의 보안 검증 장치에 있어서,
    스티어링 휠의 조향각과 조향토크를 검출하는 토크센서; 및
    상기 토크센서의 SENT(Single Edge Nibble Transmission) 신호와 유니크값을 이용하여 CAN(Controller Area Network) 프로토콜의 조향각과 조향토크 정보를 복원한 SENT신호의 동일성을 확인하는 ECU를 포함하는 자율주행 자동차의 보안 검증 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 유니크값은,
    차량에 전자식 파워스티어링 시스템을 장착할 때, 캘리브레이션과정에서 디코딩된 SENT신호로부터 산출된 각도 또는 디코팅된 SENT신호 자체 또는 디코딩된 SENT신호 자체와 산출된 각도의 조합인 것을 특징으로 하는 자율주행 자동차의 보안 검증 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 ECU는,
    상기 유니크값을 저장하는 메모리를 포함하는 자율주행 자동차의 보안 검증 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 ECU는,
    토크센서의 SENT에서 추출한 조향각과 조향토크 정보를 암호화하고, 통신부를 통해 CAN으로 송신하는 암호화부와, 통신부를 통해 수신된 암호화된 조향각과 조향토크 정보를 상기 유니크값을 이용하여 SENT신호로 복원하는 복호화부를 더 포함하는 자율주행 자동차의 보안 검증 장치.
  5. a) 전자식 파워스티어링 시스템을 차량에 장착 및 캘리브레이션하는 과정에서 디코딩된 SENT신호를 이용하여 유니크값을 결정하는 단계;
    b) ECU에서 토크센서의 SENT신호에서 조향각과 조향토크 정보를 구하고, CAN으로 송신하는 단계;
    c) CAN으로부터 조향각과 조향토크 정보를 수신하고, 유니크값을 이용하여 SENT신호로 복원하는 단계; 및
    d) 토크센서의 SENT신호와 복원된 SENT신호의 동일성을 판단하는 단계를 포함하는 자율주행 자동차의 보안 검증 방법.
  6. 제5항에 있어서,
    상기 유니크값은,
    차량에 전자식 파워스티어링 시스템을 장착할 때, 캘리브레이션과정에서 디코딩된 SENT신호로부터 산출된 각도 또는 디코팅된 SENT신호 자체 또는 디코딩된 SENT신호 자체와 산출된 각도의 조합인 것을 특징으로 하는 자율주행 자동차의 보안 검증 방법.

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