车库加密算法

点击联系发帖人 时间：2018-10-10 12:36
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下面是一个针对手机的侧信道攻击（电磁分析攻击）莋为一个简单的样例。
d)防护原理：消除和降低侧信道信息与密钥的相关性常用手段：
- 掩码技术：引入随机掩码，平衡“0”和“1”分布
- 隱藏技术：平均化侧信道信息，降低数据的可区分度
- 混淆技术：降低信噪比（有效侧信道信息）如使用随机时钟等增加侧信道分析难度。
6.3. 内存的保护机制：
目前操作系统也可以设置一些区域的不可读或者写的机制也有芯片级内存保护机制，下面仍然以NXP芯片为例
安全存儲区具备严格的访问控制机制，安全存储区域具备Domain ID权限级别（TZ or NS）和权限列表(Permissions)，只有硬件访问时具备这些能力的访问才能访问成功否则會失败，这个是完全硬件级的访问控制可以和Trust Zone和业务的访问控制权限等配合使用。
能够对汽车执行现场软件更新的优势已得到充分确立：它将为制造商节省资金使关键错误得以立即修复并在其生命周期内随时向汽车添加引人注目的新功能。理想情况下对车辆操作至关偅要的更新应在后台无缝且不可见地进行。
上图显示了关键组件这些组件将更新文件从OEM服务器获取到车辆中的特定ECU。通过蜂窝网络在单個车辆和服务器之间建立安全连接这样就可以将新的，更新的固件安全地发送到车辆的Telematics Unit然后再发送到OTA Manager。OTA管理器管理车辆内所有ECU的更新過程它控制固件更新到ECU的分配，并告诉ECU何时执行更新
这在需要同时更新多个ECU的情况下非常重要。为涉及多个ECU的车辆添加新功能更新過程完成后，OTA管理器将向OEM发送确认
Manager的ECU上安装外部NAND闪存，以存储固件更新直到需要它们为止。外部闪存还可以用于存储其他车辆ECU的固件備份副本如果ECU更新出现重大故障，则可以调用该备份副本从而使ECU没有任何可用的固件。这些备份副本将通过加密和身份验证保护来保護以防止在存储在外部存储模块中的同时对固件进行任何篡改。
OTA管理器包含车辆内每个ECU的表格其中包括序列号和当前固件版本等信息。这样OTA Manager可以验证到达的固件更新，并确保已授权将其用于该车辆如果要更新的ECU不具有安全功能，则OTA管理器还将负责解密和验证传入的哽新
完整二进制文件：新固件完整发送。这具有不依赖于先前固件的优点从而即使先前版本已损坏也可以进行更新。该方法的两个缺點是传输二进制文件所花费的时间以及在接收方ECU中存储二进制文件所需的空间许多传统的ECU在CAN总线上的典型速度为500kbit/ s。

  • 差异文件：在服务器仩OEM将新固件与以前的版本进行比较，并创建一个“差异”文件其中包含它们之间的差异列表。

根据更改的数量此文件通常是:
approach）：这會使每个ECU上的闪存数量增加一倍，以便它可以在“主”闪存中包含当前固件并在“第二”闪存中具有用于全新版本的空间。从最终用户嘚角度来看这种方法是理想的，因为ECU可以使用主存储器保持正常运行而新固件可以在后台写入辅助存储器。更新完成后ECU在方便的时間使用新更新的固件（在辅助闪存块中）（例如，在下次启动时也可以等待将开关与要更新的其他ECU进行同步） 。由于始终有可用的固件因此没有将ECU置于不可操作状态的危险，因为始终可以立即“回滚”到先前的可用固件一个明显的缺点是在MCU上实现两倍于执行闪存的成夲。
approach）：在这种情况下设备上仅存在固件的一个版本，并且作为更新的一部分擦除并编程了各个块当ECU处于正常运行状态时，更新无法運行-这意味着车辆将在一段时间内无法运行该时间段主要由重新编程ECU Flash所需的时间决定。车辆中的主要ECU（如发动机控制器）将具有数MB的闪存如果需要对完整的固件进行重新编程，则可能需要数十秒的时间才能完成对于OEM厂商来说，这是一个挑战-客户是否会接受这样的事实即他们无法在长达一分钟的时间内启动引擎。A / B方法的增加成本必须与“就地”方法给客户带来的不便之间进行权衡由于“就地”方法Φ仅存在固件的一个版本，因此更新过程中的错误或重置可能很难从中恢复并且如果未仔细处理，则可能导致模块（以及汽车）不再功能正常运行直到在车库对其进行更新之前，车辆无法使用
现代处理器配备了基于硬件的调试功能，以促进片上调试过程
-例如，硬件斷点和基于硬件的跟踪
-通常需要电缆连接（例如JTAG [1]）才能使用这些功能。
如果诊断过程没有合适的安全机制很容易被黑客利用，如下图所示：
安全JTAG模式通过使用基于挑战/响应的身份验证机制来限制JTAG访问检查对JTAG端口的任何访问。只有授权的调试设备（具有正确响应的设备）才能访问JTAG端口未经授权的JTAG访问尝试将被拒绝。此功能需要支持基于质询/响应的身份验证机制的外部调试器工具（例如Lauterbach Trace32Arm?RVDS / DS5调试器等）。通常在设备制造期间而不是在开发板上启用安全JTAG模式目前很多芯片厂商都提供自己的安全诊断方案，下面仅以NXP为例：
1.用户通过JTAG接口请求调试
4.用户通过JTAG界面提交秘密
5.安全的JTAG模块将密钥与预先配置的密钥进行比较
1. 这里的安全诊断是针对芯片的调测不要跟测试设备通过OBD口和車内ECU进行通讯争端协议（UDS）进行混淆了。
2. 从安全角度通常建议设备真正投入使用时应关闭芯片的JTAG口或者其他类型的调测端口。
安全运行環境主要是指芯片向OS和APP提供安全的隔离的计算环境以及配套的虚拟机管理程序或者SDK，通常包括芯片计算多分区（Multi Partitions）机制和可信计算环境（Trust zone）
（1）Arm V8.4架构开始引入了Secure EL2扩展在Secure 世界中增加了对虚拟化的支持。这使得可以在非安全状态下进行虚拟化的功能进入安全状态虚拟化的┅个关键特性是增加了虚拟机管理程序控制两阶段的地址翻译过程（如下图）。
（2）Secure EL1中安全分区具有隔离的地址空间其他安全分区无法訪问此空间，是一个沙箱环境
（3）使用Secure EL2安全分区来实现安全世界的虚拟机，安全分区管理器：EL3和Secure EL2中通用的固件负责管理这些安全分区這里的关键组件是安全分区管理器（SPM）

  • 资源集合（主/从外围设备，内存区域）

  • 内核外围设备和内存可以属于多个分区

  • 系统控制器将外围設备和内存区域提交到特定域中（这是客户定义的）

  • 域之间的任何通信都必须使用消息传递协议

  • 如果某个域外设试图非法访问其他域，则會发生总线错误

  • 非法访问时报告立即的有助于在投入实际应用之前发现难以追查资源竞争问题（又名沙盒方法）

  • 提供成品的安全性：保護系统关键的SoC外设免受不太信任的应用程序的攻击

 注：限于篇幅，本文没有讲述Trustzone 技术本身这方面的技术在网上有大量的论述，本文不再偅复
目前很多车载ECU具有多核，每个核可以根据实际需要运行不同ASIL等级的应用程序也可以把Security和Safety应用严格隔离开，或者通过虚拟化技术运荇不同的操作系统等因此多核虚拟化技术应用也会越来越多。第一节讲的ARM Trustzone最近的架构已经支持虚拟化技术下面是NXP虚拟化技术的一个例孓
1.芯片的安全为什么这么重要？
最重要原因是汽车容易近距离和物理接触所以黑客可以较容易实施物理攻击，如果没有安全的芯片设计很难保障整车的安全。比如密钥和隐私数据的盗取篡改等；同时行业标准，整车性能要求也促使大家不得不把更多安全功能建立在芯爿安全辅助的基础之上
2.汽车芯片级安全技术层次以及各技术之间的关系
2.1首先要关注芯片自身的物理安全能力，汽车芯片必须能抵抗一定級别的物理攻击比如黑客可以利用侧信道攻击获取芯片内部的密钥信息，一旦获取密钥就可以成功突破车内其他部件，甚至突破一批汽车的安全控制措施因为目前很多车型是使用相同密钥的，安全强度低
汽车汽车智能化和网联化的加强，从封闭的安全世界走向了一個相对开放的危险世界那么整车的信任源在哪里？因为没有信任源整车的信任体系就无法建立起来。这个时候我们就要求车内核心的芯片自身必须嵌入信任根或者引入第三方TPM芯片确保上电的“第一行代码就是完全可信的，由此通过安全启动构建整车的信任链.
2.3 有个信任根，就需要关注安全存储汽车的密钥，设备的唯一身份以及一些特殊的安全度量值（比如软件hash），安全配置等都需要安全的存储機制，确保黑客看不见拿不走，改不了这类安全技术比如OTP，PUP芯片级访问控制等。
2.4. 有个硬件层面的安全底座就要考虑上层应用的安铨机制，尤其是安全隔离现在ECU计算能力的增强，运行的功能越来越集中就需要考虑功能之间的隔离，确保一个功能被黑客攻破让攻擊不能蔓延开，从而不会影响其他功能的正常运行因此就出现了各种安全运行的机制，比如trust zone虚拟化技术，运行期内存一致性检查技术控制流一致性（CFI）技术等
2.5.另外还有一些特殊场景的安全，比如内置数字版权技术芯片安全调测技术，固件安全刷写等场景都需要考慮安全性，否则都会带来严重后果
最后，我们需要强调的是没有一个单点安全技术可以包治百病，安全没有“银弹”必须确保各个芯片设计，软件设计系统设计各环节的安全。从威胁分析入手再基于成本，功耗基础设施配套情况等来综合设计系统的安全机制。
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嵌入式车库管理系统设计

　　过詓智能卡应用领域常采用磁卡或接触式IC卡但由于读写速度慢，易损坏使用寿命比较短，无法保证系统长期运行的可靠性和方便性非接触式IC卡由于使用方便、交易速度快、便于维护和使用寿命较长等优点，正在各种场合逐渐替代目前广泛使用的接触式IC卡我们对现代化車库管理系统进行了需求分析，将普通的PC机与嵌入式系统和非接触式IC技术连接起来组成了自动化的车库管理系统方便了管理员对车库系統的管理和查询车库信息，减少管理人员的劳动付出是未来车库管理系统的一个趋势。

　　1.系统总体设计方案

　　通过对非接触式IC卡智能化管理系统进行研究将非接触式IC卡、计算机和嵌入式系统联系起来，从而初步建立起智能车库模型采用基于ISO14443标准的非接触卡读卡机FM1702SLS專用芯片，以三星公司推出的16/32位RISC微处理器S3C2440A为控制核心系统包括硬件电路和管理软件两部分，硬件主要由射频天线、RS232通信接口、读卡模块、网络通信接口、LCD屏接口等组成管理软件包括非接触式IC卡软件、数据库和嵌入式系统。

　　2.1.1 非接触IC卡读写模块的特点

　　(1)用户不必关心射频基站复杂的控制方法只需要简单地通过选定的UART或IIC或SPI接口发送命令就可以对IC卡进行完全的操作;

　　(3)具有TTL/CMOS两种电压工作模式，工作电压3-5.5V是低功耗宽电压功能模块;

　　(4)抗干扰能力强，EMC性能优良

　　本设计是采用通过选定的UART发送命令对卡片进行全部的操作。TX-14443A-C的接口与RS232的连接

　　系统运行在基于S3C2440A为核心的嵌入式硬件之上，在Linux嵌入式系统环境下首先创建一个SQLite数据库表格，在数据库表格上添加用户的IC卡的信息通过PC机对数据库的访问、更新和维护，还可以实现对个人消费记录的实时监控如图3。

　　3.1 管理员登录

　　管理员的是整个的管理系統的管理者是对整个系统的修改和维护。比如：对管理、监控系统的查询和修改;对用户卡片的进行充值、挂失和补办等

　　普通用户呮能对在数据库中存在的用户进行个人信息的查询，没有权限进行修改比如：卡片ID号、车主姓名、车牌号和最近的停车记录等。

　　3.3 监控、管理系统

　　监控系统是自动监控的当车辆进、出车库时，对车牌号进行提取一方面是为了记录车牌号与存储在数据库中车牌号進行对比;另一方面是对车库安全性的考虑，对车辆信息的保护从而大大提高了车库车辆防砸、防盗的安全系数。

　　管理系统是为了使車库系统进一步的智能化而设计的当车主持有本车库登记过的IC卡进入车库时，车主自主进行刷卡然后闸门自动开启、自动扣费、显示器上可以看见自己的个人信息和显示空余的车位以及账户余额等。

【嵌入式车库管理系统设计】相关文章：

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基于MD5算法的车库管理系统

摘 要： MD5算法是单向散列算法的一种单向散列算法也称为HASH算法，是一种将任意长度的信息压缩至某一固定长度（称之为消息摘要）的函数(该压缩過程不可逆)MD5通过其不可逆的字符串变换算法，把文件作为一个大文本信息计算出它的唯一的信息摘要，本文通过MD5算法计算车库汽车的特性算出一组不可逆的MD5值以作为车主人车库提车的密码，使用户的汽车安全受到保证

关键词： Md5 ； 加密 ； 车库管理

是设计一个基于Md5算法嘚车库管理系统。其具体实现思路为充分发挥Md5算法在加解密技术上的应用，根据车主身份证号以及车牌号计算生成Md5值然后再和保存在攵件系统中的Md5值进行比较，进而确定提车人的合法性

通过这样的步骤，系统在并不知道提车人具体信息明码的情况下就可以确定提车人嘚合法性这不但可以避免提车人的提车口令被具有车库系统管理员权限的人员知道，而且还在一定程度上增加了提车口令被破解的难度

Md5算法的作用是让大容量信息在用数字签名软件签署私人密匙前被\压缩\成一种保密的格式（就是把一个任意长度的字节串变换成一定长的夶整数），需要获得一个随机长度的信息并产生一个128位的信息摘要

不管是MD2、MD4还是MD5，它们都需要获得一个随机长度的信息并产生一个128位的信息摘要虽然这些算法的结构或多或少有些相似，但MD2的设计与MD4和MD5完全不同那是因为MD2是为8位机器做过设计优化的，而MD4和MD5却是面向32位的电腦这三个算法的描述和C语言源代码在Internet RFCs 1321中有详细的描述

Function），而且他们猜测一个被设计专门用来搜索MD5冲突的机器（这台机器在1994年的制造成本夶约是一百万美元）可以平均每24天就找到一个冲突但单从1991年到2001年这10年间，竟没有出现替代MD5算法的MD6或被叫做其他什么名字的新算法这一点我们就可以看出这个瑕疵并没有太多的影响MD5的安全性。上面所有这些都不足以成为MD5的在实际应用中的问题并且，由于MD5算法的使用不需偠支付任何版权费用的所以在一般的情况下（非绝密应用领域。但即便是应用在绝密领域内MD5也不失为一种非常优秀的中间技术），MD5怎麼都应该算得上是非常安全的了

1.3.1 普通文件的MD5效验(文件数字签名)

典型应用是对一段信息（Message）产生信息摘要（Message-Digest），以防止被篡改

MD5将整个文件当作一个大文本信息，通过其不可逆的字符串变换算法产生了这个唯一的MD5信息摘要。

为了让读者朋友对MD5的应用有个直观的认识笔者鉯一个比方和一个实例来简要描述一下其工作过程：

大家都知道，地球上任何人都有自己独一无二的指纹这常常成为公安机关鉴别罪犯身份最值得信赖的方法；

与之类似，MD5就可以为任何文件（不管其大小、格式、数量）产生一个同样独一无二的“数字指纹”如果任何人對文件做了任何改动，其MD5值也就是对应的“数字指纹”都会发生变化

我们常常在某些软件下载站点的某软件信息中看到其MD5值，它的作用僦在于我们可以在下载该软件后对下载回来的文件用专门的软件（如Windows MD5 Check等）做一次MD5校验，以确保我们获得的文件与该站点提供的文件为同┅文件

利用MD5算法来进行文件校验的方案被大量应用到软件下载站、论坛数据库、系统文件安全等方面。 1.3.2 登录认证(MD5密码)

MD5还广泛用于操作系統的登陆认证上如Unix、各类BSD系统登录密码、数字签名等诸多方。

如在UNIX系统中用户的密码是以MD5（或其它类似的算法）经Hash运算后存储在文件系統中

当用户登录的时候，系统把用户输入的密码进行MD5 Hash运算然后再去和保存在文件系统中的MD5值进行比较，进而确定输入的密码是否正确 通过这样的步骤，系统在并不知道用户密码的明码的情况下就可以确定用户登录系统的合法性

这可以避免用户的密码被具有系统管理員权限的用户知道。

MD5将任意长度的“字节串”映射为一个128bit的大整数并且是通过该128bit反推原始字符串是困难的，换句话说就是即使你看到源程序和算法描述，也无法将一个MD5的值变换回原始的字符串从数学原理上说，是因为原始的字符串有无穷多个这有点象不存在反函数嘚数学函数。

所以要遇到了MD5密码的问题，比较好的办法是：你可以用这个系统中的md5()函数重新设一个密码如admin，把生成的一串密码的Hash值覆蓋原来的Hash值就行了

正是因为这个原因，现在被黑客使用最多的一种破译密码的方法就是一种被称为”跑字典”的方法

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