汽車遙控系統(tǒng)的安全性

在全球半導(dǎo)體工業(yè)衰退期間，汽車電子市場卻表現(xiàn)強(qiáng)勁，尤其是車用遙控系統(tǒng)的應(yīng)用越來越廣泛。目前，全球60%的汽車都配有遙控系統(tǒng)，而按照GartnerDataquest在2003年3月的報(bào)告，遙控系統(tǒng)所消耗的半導(dǎo)體器件市場大約為5%，達(dá)10.75億美元。

基于RF的遙控器件的成本在逐年下降，使電子式遙控開鎖系統(tǒng)比機(jī)械式開鎖系統(tǒng)更有成本優(yōu)勢，從而導(dǎo)致該市場的進(jìn)一步擴(kuò)張。新的應(yīng)用也在不斷涌現(xiàn)，比如主動(dòng)與被動(dòng)遙控開鎖系統(tǒng)(PKE)、輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)等安全應(yīng)用系統(tǒng)，它們能夠滿足汽車制造商對安全和使用方便的需求。

主動(dòng)與被動(dòng)式遙控開鎖系統(tǒng)

多年來，主動(dòng)式遙控開鎖系統(tǒng)從最初的發(fā)送和接收器的概念逐步發(fā)展。發(fā)射器向車上的接收控制器發(fā)送由數(shù)據(jù)組成的序列號，接收器在驗(yàn)證這些序列號是否正確后，決定是否打開車門。早期的系統(tǒng)開發(fā)商并沒有過多的考慮安全問題，他們沒料到未經(jīng)授權(quán)的人也可通過無線連接來接收數(shù)據(jù)。由于現(xiàn)有的大多數(shù)系統(tǒng)都工作于315或433MHz頻段，因此偷車賊可以發(fā)送各種可能的序列號來對車門解鎖，而不會(huì)損壞車門或被人懷疑。他們也可以在駕駛員開門的時(shí)候捕獲號碼，并在以后無人時(shí)重新發(fā)射這個(gè)號碼來解鎖。

為了防范風(fēng)險(xiǎn)、避免未經(jīng)授權(quán)的系統(tǒng)入侵，新的無線遙控系統(tǒng)引入了跳碼技術(shù)(code-hopping)，Keelog就是其中之一。這種跳碼技術(shù)在代碼發(fā)送前先對計(jì)數(shù)增加值進(jìn)行加密，而在開車鎖前，接收器會(huì)對代碼解密，以保證計(jì)數(shù)值從以前存儲(chǔ)的值開始遞增。作為全球標(biāo)準(zhǔn)，Keelog跳碼技術(shù)為汽車提供了簡單、安全的遙控系統(tǒng)。開發(fā)商可用很少的管腳、很低的成本來實(shí)現(xiàn)一個(gè)很安全的系統(tǒng)。并且，Keelog基于專有的非線性加密算法，通過64位可編程密碼核來產(chǎn)生32位跳碼。正因?yàn)槠淇删幊痰男再|(zhì)，使這種密碼核對每個(gè)器件而言都是唯一的，因而減少了非法侵入的可能性。

被動(dòng)式遙控開鎖系統(tǒng)與主動(dòng)式遙控開鎖系統(tǒng)相似。這種系統(tǒng)采用了雙向無線通訊，系統(tǒng)能夠從車上對鑰匙產(chǎn)生一個(gè)質(zhì)詢(challenge)信號，鑰匙把信號加密后對車做出回應(yīng)。因此，當(dāng)駕駛員靠近汽車時(shí)，放在口袋內(nèi)的鑰匙就會(huì)被自動(dòng)探測到。隨后，當(dāng)駕駛員碰到門把手時(shí)，若鑰匙被驗(yàn)證為合法，門就會(huì)解鎖。這種方式對汽車用戶很具吸引力。

輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)

近年來，公眾對輪胎壓力也有了更深的認(rèn)識。適當(dāng)?shù)恼_的輪胎壓力即可節(jié)省燃油，又能提高輪胎的壽命和汽車的可操縱性。北美的立法機(jī)構(gòu)已授權(quán)其高速公路交通安全部發(fā)布一個(gè)輪胎壓力監(jiān)測標(biāo)準(zhǔn)，以監(jiān)測在那里出售車輛的胎內(nèi)溫度和實(shí)時(shí)壓力。隨著全球消費(fèi)者對安全和燃油效率的需求逐步增長，相信這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)會(huì)被廣泛認(rèn)可和接收。

輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的核心是傳感器(壓力和溫度)和發(fā)射器件。系統(tǒng)工作時(shí)，傳感器會(huì)周期性地測量輪胎內(nèi)部的壓力，溫度和電池狀態(tài)，然后將檢測到的數(shù)據(jù)信息通過RF發(fā)送到接收器，從而使駕駛員對輪胎的狀況一目了然。

通常情況下，每輛車需要5個(gè)傳感器和發(fā)射器，每只輪胎和備用胎各有一個(gè)。并且每個(gè)發(fā)射單元有唯一的序列碼，使系統(tǒng)能對每只輪胎加以區(qū)分和識別。另外，傳感器和發(fā)射器會(huì)被放置在輪胎內(nèi)部，因而在體積和重量方面都有嚴(yán)格的要求，一旦控制不好就會(huì)引起輪胎的失衡，從而使輪胎遭受異常磨損，甚至帶來不安全的因素。還值得注意的是，這些傳感器和發(fā)射器件需要用電池驅(qū)動(dòng)，因此電池的壽命至少要10年以上。

為了協(xié)助系統(tǒng)進(jìn)行電源管理，輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)的開發(fā)商會(huì)使用低頻通訊來激活處于睡眠狀態(tài)中的傳感器和發(fā)射器，通常采用的是315-433MHz頻段。這些低功率的RF設(shè)計(jì)通常會(huì)使用聲表面諧振器(SAWresonators)，從而可以用較少的元件實(shí)現(xiàn)低成本RF發(fā)射器。然而，由于在日本和歐州在RF發(fā)射方面有嚴(yán)格的規(guī)定，開發(fā)商越來越多的轉(zhuǎn)而使用鎖相環(huán)(PLL)，從而得到更好的頻率穩(wěn)定性。在某些場合，開發(fā)商轉(zhuǎn)向868或915MHz頻段，以獲得更好的性能、飽和度和改善低頻干擾。

遙控系統(tǒng)開發(fā)商必須重視安全性問題

在輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)等應(yīng)用中，安全問題經(jīng)常容易被忽視。一旦有安全漏洞，就存在遭受代碼捕獲和重發(fā)攻擊的危險(xiǎn)。例如偷車賊可以識別一個(gè)目標(biāo)，攔截一個(gè)壓力檢測發(fā)送信號，然后發(fā)送一個(gè)低壓故障信號，接收器因此會(huì)給駕駛顯示屏發(fā)一個(gè)故障信號。當(dāng)駕駛員對此做出反應(yīng)并停車時(shí)，小偷就有機(jī)會(huì)劫持車輛并可能傷害駕駛員。雙向通訊系統(tǒng)部分解決了這個(gè)安全隱患，因?yàn)榻邮掌鲿?huì)知道何時(shí)應(yīng)會(huì)從指定輪胎上產(chǎn)生一次檢測信號。而且由于電磁波通訊的距離有限，使偷車賊不足以可靠地探測到信號鏈路并進(jìn)行截取。進(jìn)一步而言，假如采用增強(qiáng)的安全技如keelog之類的加密方法，會(huì)使系統(tǒng)更加安全可靠，因?yàn)椴樵冚喬顩r的時(shí)序是隨機(jī)產(chǎn)生的。另外，由于輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)長期工作于極惡劣的環(huán)境，更需要可靠的電子元件要能抗高溫、抗加速和長時(shí)間使用。例如，放置在汽車內(nèi)部的天線可能會(huì)直接影響無線通訊鏈路的可靠性。

考慮到持續(xù)的成本壓力，可利用輪胎壓力監(jiān)測系統(tǒng)和遙控開鎖系統(tǒng)的相似處來共享某些元件。例如，鑰匙的加密識別碼，以及輪胎壓力測量信號，都可發(fā)送到用一個(gè)RF接收器。用于產(chǎn)生磁場來激活壓力傳感器的天線線圈，同樣也可用來激活被動(dòng)式遙控開鎖系統(tǒng)的鑰匙。

隨著遙控系統(tǒng)的不斷發(fā)展，新的需求也將不斷出現(xiàn)。因此，基于閃存的MCU將會(huì)成為開發(fā)商完成軟硬件解決方案的關(guān)鍵工具。在降低成本和功耗的同時(shí)，集成其它安全系統(tǒng)也是十分必要的。因?yàn)樵谙M(fèi)者做出購買決定時(shí)，安全性是他們考慮的首要因素。