车载电子安全通信系统及通信方法

摘要

本发明提供一种车载电子安全通信系统，该系统包括安全芯片、车载电子系统和汽车服务平台，所述车载电子系统与所述汽车服务平台进行双向身份认证；所述车载电子系统包括ECU控制系统，所述ECU控制系统通过所述安全芯片与所述汽车服务平台进行双向签名验证；双向签名验证成功后，所述汽车服务平台与所述ECU控制系统加密通信。本发明还提供了一种车载电子安全通信系统的通信方法，包括：步骤1，车载电子系统与汽车服务平台双向身份认证；步骤2，验证成功后，所述车载电子系统的ECU控制系统通过安全芯片与所述汽车服务平台双向签名验证；步骤3，验证成功后，所述汽车服务平台通过所述安全芯片输出的会话密钥与所述ECU控制系统加密通信。

权利要求

1.一种车载电子安全通信系统，其特征在于:该系统包括安全芯片、车载电子系统和汽车服务平台，所述车载电子系统与所述汽车服务平台进行双向身份认证；

所述车载电子系统包括ECU控制系统，所述ECU控制系统通过所述安全芯片与所述汽车服务平台进行双向签名验证；

双向签名验证成功后，所述汽车服务平台与所述ECU控制系统加密通信。

2.根据权利要求1所述的车载电子安全通信系统，其特征在于：所述车载电子系统还包括内置有汽车固件签名和加密算法的车载接入网关，所述汽车服务平台通过所述车载接入网关与所述车载电子系统连接。

3.根据权利要求1或2所述的车载电子安全通信系统，其特征在于：所述ECU控制系统包括信息娱乐ECU、传动控制ECU、安全控制ECU以及车身控制ECU。

4.一种基于权利要求1所述的车载电子安全通信系统的通信方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：步骤1，车载电子系统与汽车服务平台进行双向身份认证；

步骤2，双向身份认证验证成功后，所述车载电子系统的ECU控制系统通过安全芯片与所述汽车服务平台进行双向签名验证；

步骤3，双向签名验证成功后，所述汽车服务平台通过所述安全芯片输出的会话密钥与所述ECU控制系统加密通信。

5.根据权利要求4所述的车载电子安全通信系统的通信方法，其特征在于，所述步骤1的具体步骤为：步骤1-1，预置车载电子系统的公私密钥和汽车服务平台的公私密钥；

步骤1-2，所述车载电子系统采用所述车载电子系统公私密钥中的私钥加密所述车载电子系统身份认证请求，将所述车载电子系统身份认证请求和加密后的所述车载电子系统身份认证请求密文同时发送给所述汽车服务平台；

步骤1-3，所述汽车服务平台采用所述车载电子系统公私密钥中的公钥解密接收的所述车载电子系统身份认证请求密文并将解密后的信息和接收到的所述车载电子系统身份认证请求进行对比，从而完成所述车载电子系统的身份认证；

步骤1-4，所述汽车服务平台采用所述汽车服务平台公私密钥中的私钥加密所述汽车服务平台身份认证请求，将所述汽车服务平台身份认证请求和加密后的所述汽车服务平台身份认证请求密文同时发送给所述车载电子系统；

步骤1-5，所述车载电子系统采用所述汽车服务平台公私密钥中的公钥解密接收的所述汽车服务平台身份认证请求密文并将解密后的信息和接收到的所述汽车服务平台身份认证请求进行对比，从而完成所述汽车服务平台的身份认证。

6.根据权利要求4所述的车载电子安全通信系统的通信方法，其特征在于，所述步骤2的具体步骤为：步骤2-1，所述ECU控制系统向所述汽车服务平台发送接入请求，所述汽车服务平台响应该接入请求并向所述ECU控制系统发送验证请求；

步骤2-2，生成所述ECU控制系统的签名

所述ECU控制系统接收所述汽车服务平台的验证请求后，将所述ECU控制系统的身份信息发送给所述安全芯片；根据该身份信息，所述安全芯片通过摘要生成算法生成摘要信息，并通过所述车载电子系统公私密钥中的私钥加密所述摘要信息以获得所述ECU控制系统的签名；所述安全芯片将所述ECU控制系统身份信息、所述签名以及所述摘要生成算法通过所述汽车服务平台公私密钥中的公钥加密后返回给所述汽车服务平台；

步骤2-3，验证所述ECU控制系统的签名

所述汽车服务平台通过所述汽车服务平台公私密钥中的私钥解密该加密后的所述ECU控制系统身份信息、所述签名以及所述摘要生成算法，获得所述ECU控制系统的身份信息、签名和摘要生成算法；根据该ECU控制系统身份信息，所述汽车服务平台通过所述摘要生成算法生成摘要信息，将该摘要信息与所述汽车服务平台通过所述车载电子系统公私密钥中的公钥解密所述签名后获得的摘要信息进行对比，从而验证所述ECU控制系统的签名；

步骤2-4，验证所述汽车服务平台的签名

验证成功后，所述汽车服务平台返回所述汽车服务平台的签名给所述ECU控制系统，所述ECU控制系统接收所述汽车服务平台的签名后将其传送给所述安全芯片，所述安全芯片通过所述汽车服务平台的公私密钥和所述车载电子系统的公私密钥验证所述汽车服务平台的签名并将验证结果返回给所述ECU控制系统。

7.根据权利要求5或6所述的车载电子安全通信系统的通信方法，其特征在于：所述步骤1或所述步骤2中加密过程采用的加密算法为非对称类算法RSA或SM2椭圆曲线算法。

8.根据权利要求6所述的车载电子安全通信系统的通信方法，其特征在于：所述步骤2-

2和所述步骤2-3中摘要信息的生成算法为MD5算法、哈希算法SHA-256、SM3杂凑算法或随机数发生器。

9.根据权利要求4所述的车载电子安全通信系统的通信方法，其特征在于：所述步骤3中加密数据通信的加密算法为对称类算法SM4算法。

说明书

车载电子安全通信系统及通信方法

技术领域

[0001] 本发明涉及车载信息安全传输领域，具体涉及一种车载电子安全通信系统及通信方法，能够实现和汽车服务平台数据传输的保密性，提高控制系统的电子控制单元ECU的安全性。

背景技术

[0002] 随着车载电子系统的不断发展，其所提供的功能也愈加复杂，在给车主提供便利的同时也存在诸多漏洞，黑客可以通过网络远程入侵车载系统，通过控制车载系统发送指令，小则读取个人信息以及车辆状况，大则通过车载电子系统发送指令，控制雨刮器、动力系统和刹车系统等，使得汽车在行驶的过程中油门和刹车出现失灵，挑战汽车网络安全并且车主的人身安全难以得到保障。因此需要在通信的过程中保障数据的安全，避免外部攻击，从而非法操纵车载电子系统。

[0003] 现有的技术方案可通过车载接入网关和增加安全模块来实现对车载电子系统的控制，但是没有明确的算法和安全流程，有些仅采用简单的口令密码，较容易遭受外界攻击；随着ECU控制系统的逐渐增多，采用车用控制器局域网络CAN总线来实现各个控制单元的连接，构建整体的车内网络。因此，黑客可以通过攻击车载接入网关、车联网模块以及蓝牙、USB等通讯接口，使得CAN总线网络传输错误命令从而实现对ECU控制系统的攻击，造成汽车控制单元的非法操作。

[0004] 为了解决以上存在的问题，人们一直在寻求一种理想的技术解决方案。

发明内容

[0005] 本发明的目的是针对现有技术的不足，从而提供了一种车载电子安全通信系统及通信方法，实现了车载电子系统和汽车服务平台的安全认证，保障了数据的安全传输，避免了黑客远程控制车辆，提升了汽车运行的安全性能。

[0006] 为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案是：一种车载电子安全通信系统，该系统包括安全芯片、车载电子系统和汽车服务平台，所述车载电子系统与所述汽车服务平台进行双向身份认证；
所述车载电子系统包括ECU控制系统，所述ECU控制系统通过所述安全芯片与所述汽车服务平台进行双向签名验证；
双向签名验证成功后，所述汽车服务平台与所述ECU控制系统加密通信。

[0007] 基于上述，所述车载电子系统还包括内置有汽车固件签名和加密算法的车载接入网关，所述汽车服务平台通过所述车载接入网关与所述车载电子系统连接。

[0008] 基于上述，所述ECU控制系统包括信息娱乐ECU、传动控制ECU、安全控制ECU以及车身控制ECU。

[0009] 一种车载电子安全通信系统的通信方法，该方法包括以下步骤：步骤1，车载电子系统与汽车服务平台进行双向身份认证；
步骤2，双向身份认证验证成功后，所述车载电子系统的ECU控制系统通过安全芯片与所述汽车服务平台进行双向签名验证；
步骤3，双向签名验证成功后，所述汽车服务平台通过所述安全芯片输出的会话密钥与所述ECU控制系统加密通信。

[0010] 基于上述，所述步骤1的具体步骤为：步骤1-1，预置车载电子系统的公私密钥和汽车服务平台的公私密钥；
步骤1-2，所述车载电子系统采用所述车载电子系统公私密钥中的私钥加密所述车载电子系统身份认证请求，将所述车载电子系统身份认证请求和加密后的所述车载电子系统身份认证请求密文同时发送给所述汽车服务平台；
步骤1-3，所述汽车服务平台采用所述车载电子系统公私密钥中的公钥解密接收的所述车载电子系统身份认证请求密文并将解密后的信息和接收到的所述车载电子系统身份认证请求进行对比，从而完成所述车载电子系统的身份认证；
步骤1-4，所述汽车服务平台采用所述汽车服务平台公私密钥中的私钥加密所述汽车服务平台身份认证请求，将所述汽车服务平台身份认证请求和加密后的所述汽车服务平台身份认证请求密文同时发送给所述车载电子系统；
步骤1-5，所述车载电子系统采用所述汽车服务平台公私密钥中的公钥解密接收的所述汽车服务平台身份认证请求密文并将解密后的信息和接收到的所述汽车服务平台身份认证请求进行对比，从而完成所述汽车服务平台的身份认证。

[0011] 基于上述，所述步骤2的具体步骤为：步骤2-1，所述ECU控制系统向所述汽车服务平台发送接入请求，所述汽车服务平台响应该接入请求并向所述ECU控制系统发送验证请求；
步骤2-2，生成所述ECU控制系统的签名
所述ECU控制系统接收所述汽车服务平台的验证请求后，将所述ECU控制系统的身份信息发送给所述安全芯片；根据该身份信息，所述安全芯片通过摘要生成算法生成摘要信息，并通过所述车载电子系统公私密钥中的私钥加密所述摘要信息以获得所述ECU控制系统的签名；所述安全芯片将所述ECU控制系统身份信息、所述签名以及所述摘要生成算法通过所述汽车服务平台公私密钥中的公钥加密后返回给所述汽车服务平台；
步骤2-3，验证所述ECU控制系统的签名
所述汽车服务平台通过所述汽车服务平台公私密钥中的私钥解密该加密后的所述ECU控制系统身份信息、所述签名以及所述摘要生成算法，获得所述ECU控制系统的身份信息、签名和摘要生成算法；根据该ECU控制系统身份信息，所述汽车服务平台通过所述摘要生成算法生成摘要信息，将该摘要信息与所述汽车服务平台通过所述车载电子系统公私密钥中的公钥解密所述签名后获得的摘要信息进行对比，从而验证所述ECU控制系统的签名；
步骤2-4，验证所述汽车服务平台的签名
验证成功后，所述汽车服务平台返回所述汽车服务平台的签名给所述ECU控制系统，所述ECU控制系统接收所述汽车服务平台的签名后将其传送给所述安全芯片，所述安全芯片通过所述汽车服务平台的公私密钥和所述车载电子系统的公私密钥验证所述汽车服务平台的签名并将验证结果返回给所述ECU控制系统。

[0012] 基于上述，所述步骤1或所述步骤2中加密过程采用的加密算法为非对称类算法RSA或SM2椭圆曲线算法。

[0013] 基于上述，所述步骤2-2和所述步骤2-3中摘要信息的生成算法为MD5算法、哈希算法SHA-256、SM3杂凑算法或随机数发生器。

[0014] 基于上述，所述步骤3中加密数据通信的加密算法为对称类算法SM4算法。

[0015] 本发明相对现有技术具有实质性特点和进步，具体的说，本发明通过所述车载电子系统与汽车服务平台的双向身份认证过程以及所述车载电子系统的ECU控制系统与所述汽车服务平台的双向签名验证过程，实现了车载电子系统和汽车服务平台的安全认证；本发明增加了安全芯片，所述ECU控制系统的加密运算和解密运算均在安全芯片内部执行，保障数据的安全传输，避免了黑客远程控制车辆，提升了汽车运行的安全性能。

附图说明

[0016] 图1为本发明车载电子系统的安全通信实现框图。

[0017] 图2为本发明所述的双向身份认证流程图。

[0018] 图3为本发明所述的双向签名验证流程图。

[0019] 图中，1.汽车服务平台；2.车载电子系统；3.安全芯片；4.ECU控制系统。

具体实施方式

[0020] 下面通过具体实施方式，对本发明的技术方案做进一步的详细描述。

[0021] 如图1所示，一种车载电子安全通信系统，该系统包括安全芯片3、车载电子系统2和汽车服务平台1，所述车载电子系统2与所述汽车服务平台1进行双向身份认证；
所述车载电子系统2包括ECU控制系统4，所述ECU控制系统4通过所述安全芯片3与所述汽车服务平台1进行双向签名验证；
双向签名验证成功后，所述汽车服务平台1与所述ECU控制系统4加密通信。

[0022] 具体的，所述ECU控制系统4包括信息娱乐ECU、传动控制ECU、安全控制ECU以及车身控制ECU。

[0023] 所述车载电子系统2还包括内置有汽车固件签名和加密算法的车载接入网关，所述汽车服务平台1通过所述车载接入网关与所述车载电子系统2连接。

[0024] 在具体实施例中，所述安全芯片3以SD卡、USB和SM卡的方式内嵌在所述车载电子系统2中，在不影响车内电子整体布线的情况下，所述安全芯片3通过SPI、CAN总线和LIN总线连接车内不同的ECU单元，从而读取所需信息或写入控制命令，实现对所述车载电子系统2的安全控制。

[0025] 一种车载电子安全通信系统的通信方法，该方法包括以下步骤：步骤1，车载电子系统2与汽车服务平台1进行双向身份认证；
步骤2，双向身份认证验证成功后，所述车载电子系统2的ECU控制系统4通过安全芯片3与所述汽车服务平台1进行双向签名验证；这样可以验证与所述汽车服务平台1进行通信的所述ECU控制系统4的具体身份是信息娱乐ECU、传动控制ECU、安全控制ECU还是车身控制ECU，以及验证与所述ECU控制系统4通信的是否是所述汽车服务平台1，从而防止黑客攻击所述ECU控制系统4，造成汽车控制系统的非法操作；
步骤3，双向签名验证成功后，所述汽车服务平台1通过所述安全芯片3输出的会话密钥与所述ECU控制系统4加密通信；其中，所述步骤3中加密数据通信的加密算法为对称类算法SM4算法。

[0026] 通信过程中，可预设固定的时间阈值或数据包阈值，当累计时间或累计的数据包数量达到预设阈值时，重新进行所述车载电子系统2和所述汽车服务平台1的双向身份认证、所述车载电子系统2的ECU控制系统4与所述汽车服务平台1进行双向签名验证以及所述安全芯片3输出新的会话密钥，这样可以确保所述汽车服务平台1与所述ECU控制系统4间通信的安全性。

[0027] 具体的，如图2所示，所述步骤1的步骤为：步骤1-1，预置车载电子系统2的公私密钥和汽车服务平台1的公私密钥；不同的通信环境，如所述车载电子系统2、所述汽车服务平台1、CAN总线、LIN总线和USB接口，对应着不同的公私密钥；
步骤1-2，所述车载电子系统2采用所述车载电子系统2公私密钥中的私钥加密所述车载电子系统2身份认证请求，将所述车载电子系统2身份认证请求和加密后的所述车载电子系统2身份认证请求密文同时发送给所述汽车服务平台1；
步骤1-3，所述汽车服务平台1采用所述车载电子系统2公私密钥中的公钥解密接收的所述车载电子系统2身份认证请求密文并将解密后的信息和接收到的所述车载电子系统2身份认证请求进行对比，从而完成所述车载电子系统2的身份认证；
步骤1-4，所述汽车服务平台1采用所述汽车服务平台1公私密钥中的私钥加密所述汽车服务平台1身份认证请求，将所述汽车服务平台1身份认证请求和加密后的所述汽车服务平台1身份认证请求密文同时发送给所述车载电子系统2；
步骤1-5，所述车载电子系统2采用所述汽车服务平台1公私密钥中的公钥解密接收的所述汽车服务平台1身份认证请求密文并将解密后的信息和接收到的所述汽车服务平台1身份认证请求进行对比，从而完成所述汽车服务平台1的身份认证。

[0028] 因为所述车载电子系统2用所述车载电子系统2公私密钥中的私钥加密的内容，由且只能由所述车载电子系统2公私密钥中的公钥进行解密，所述车载电子系统2公私密钥中的私钥只有所述车载电子系统2持有，所以如果所述汽车服务平台1解密出来的内容是能够和接收到的所述车载电子系统2的明文信息对得上，那说明信息一定是从所述车载电子系统2发过来的，从而验证了所述车载电子系统2的身份。同理也可以验证所述汽车服务平台1的身份。

[0029] 具体的，如图3所示，所述步骤2的步骤为：步骤2-1，所述ECU控制系统4向所述汽车服务平台1发送接入请求，所述汽车服务平台1响应该接入请求并向所述ECU控制系统4发送验证请求；
步骤2-2，生成所述ECU控制系统4的签名
所述ECU控制系统4接收所述汽车服务平台1的验证请求后，将所述ECU控制系统4的身份信息发送给所述安全芯片3；根据该身份信息，所述安全芯片3通过摘要生成算法生成摘要信息，并通过所述车载电子系统2公私密钥中的私钥加密所述摘要信息以获得所述ECU控制系统4的签名；所述安全芯片3将所述ECU控制系统4身份信息、所述签名以及所述摘要生成算法通过所述汽车服务平台1公私密钥中的公钥加密后返回给所述汽车服务平台1；
步骤2-3，验证所述ECU控制系统4的签名
所述汽车服务平台1通过所述汽车服务平台1公私密钥中的私钥解密该加密后的所述ECU控制系统4身份信息、所述签名以及所述摘要生成算法，获得所述ECU控制系统4的身份信息、签名和摘要生成算法；根据该ECU控制系统4身份信息，所述汽车服务平台1通过所述摘要生成算法生成摘要信息，将该摘要信息与所述汽车服务平台1通过所述车载电子系统2公私密钥中的公钥解密所述签名后获得的摘要信息进行对比；
如果所述ECU控制系统4身份信息在网络传输过程中被修改了，根据该身份信息，所述汽车服务平台1通过解密后得到的所述摘要生成算法将计算出不同的摘要信息，这样所述汽车服务平台1就可以判断所述ECU控制系统4身份信息自签名到接收为止是否被修改过，所述ECU控制系统4身份信息是否是完整的；这样在通信的过程中黑客就无法拦截并篡改所述ECU控制系统4身份信息，发送虚假命令；
步骤2-4，验证所述汽车服务平台1的签名
验证成功后，所述汽车服务平台1返回所述汽车服务平台1的签名给所述ECU控制系统
4，所述ECU控制系统4接收所述汽车服务平台1的签名后将其传送给所述安全芯片3，所述安全芯片3通过所述汽车服务平台1的公私密钥和所述车载电子系统2的公私密钥验证所述汽车服务平台1的签名并将验证结果返回给所述ECU控制系统4。

[0030] 经过上述双向身份验证后，所述汽车服务平台1和所述ECU控制系统4互相认证了对方的身份，避免了黑客冒充所述汽车服务平台1给所述ECU控制系统4发送虚假指令，保证了数据的安全传输。

[0031] 具体的，所述步骤1或所述步骤2中加密过程中采用的加密算法为非对称类算法RSA或SM2椭圆曲线算法。

[0032] 具体的，所述步骤2-2和所述步骤2-3中摘要信息的生成算法为MD5算法、哈希算法SHA-256、SM3杂凑算法或随机数发生器。

[0033] 最后应当说明的是:以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非对其限制；尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细的说明，所属领域的普通技术人员应当理解：依然可以对本发明的具体实施方式进行修改或者对部分技术特征进行等同替换；而不脱离本发明技术方案的精神，其均应涵盖在本发明请求保护的技术方案范围当中。