決勝汽車(chē)圖像傳感器網(wǎng)絡(luò )安全賽道，為駕駛體驗保駕護航

向自動(dòng)駕駛過(guò)渡的趨勢，加上公眾對無(wú)人駕駛汽車(chē)安全性的擔憂(yōu)，使網(wǎng)絡(luò )安全成為汽車(chē)原始設備制造商(OEM)的首要關(guān)注點(diǎn)。必須保障汽車(chē)系統的完整性和對車(chē)輛的控制，從而確保駕駛員、乘客和行人的安全。網(wǎng)絡(luò )安全對于通過(guò)網(wǎng)絡(luò )連接的汽車(chē)子系統等必不可少，對用于先進(jìn)駕駛輔助系統 (ADAS)和駕駛員監控的圖像傳感器也同樣至關(guān)重要。

圖像傳感器相當于汽車(chē)的眼睛，支持 ADAS 功能，例如車(chē)道偏離警告、行人檢測和緊急制動(dòng)。它們幫助汽車(chē)系統評估周?chē)h(huán)境并監控駕駛員的行為。未來(lái)，它們還將協(xié)助識別和驗證汽車(chē)用戶(hù)的身份并監控他們的生命體征，以便在駕駛員喪失行為能力時(shí)通過(guò)車(chē)載計算機來(lái)控制汽車(chē)。因此，圖像傳感器必須保持正常使用，尤其是在汽車(chē)可能遇到的極端情況下。

網(wǎng)絡(luò )安全威脅

汽車(chē)圖像傳感器主要受到四種網(wǎng)絡(luò )安全威脅的影響：偽造、篡改、繞過(guò)和竊聽(tīng)（特別是對于車(chē)內應用）。

由于汽車(chē)半導體行業(yè)當前的供應短缺問(wèn)題，假冒產(chǎn)品呈上升趨勢。雖然安裝非正版部件可能并非出于惡意，但它會(huì )影響系統性能。由于非正版部件使用的是不同的啟動(dòng)過(guò)程、協(xié)議、固件和軟件，最輕微的后果是 ADAS 系統根本無(wú)法運行。最糟糕的情況是，系統使用性能?chē)乐赝嘶牟缓细癫考?，導致系統的安全功能受到損害。

自動(dòng)緊急制動(dòng) (AEB) 系統運行的前提是其圖像傳感器具有明確的特性（如高動(dòng)態(tài)范圍和低光性能）并按照這些規格（如曝光控制和每秒幀數）進(jìn)行校準。假冒的傳感器可能看起來(lái)與正品相同，但其性能和特性卻大相徑庭。例如，假冒偽劣的攝像頭可能使用的是相同的傳感器，但沒(méi)有經(jīng)過(guò)測試以保證最終的組件滿(mǎn)足性能要求，這可能表現為會(huì )在高強度工作下出現故障。也就是說(shuō)，它在正常條件下可以工作，但在其它條件（例如炎熱、陽(yáng)光充足的白天或寒冷的冬夜）下會(huì )出現性能降級或干脆失效。一些復雜的仿冒品可能會(huì )模仿真實(shí)的傳感器支持初始化操作或簡(jiǎn)單的設備健康檢查，但其在動(dòng)態(tài)范圍或幀速率方面的性能會(huì )大打折扣。由于 AEB 系統是使用正品部件進(jìn)行的優(yōu)化，因此假冒替代品的性能下降同樣會(huì )影響系統的性能，可能還會(huì )帶來(lái)災難性的后果。比如，本來(lái)可以在車(chē)前較遠的距離就檢測到物體或行人，留下幾秒鐘的反應時(shí)間，現在可能只能在幾米內檢測到，沒(méi)有足夠的時(shí)間避免碰撞（圖 1）。

圖 1：用假冒產(chǎn)品代替正版圖像傳感器的后果

篡改圖像傳感器配置也會(huì )損害其性能。汽車(chē)系統通過(guò)編程來(lái)配置圖像傳感器，以?xún)?yōu)化機器視覺(jué)算法的圖像質(zhì)量，這些算法已針對特定實(shí)現方案進(jìn)行了認證和測試。但是，如果有人（或某程序）修改了配置，則性能可能會(huì )受到影響?？赡軣o(wú)法再保證汽車(chē)系統能正確感知汽車(chē)面臨的場(chǎng)景（圖 2）。

圖 2：篡改圖像傳感器設置的后果

圖像傳感器不正常工作會(huì )讓汽車(chē)“失明”，無(wú)法檢測到潛在威脅。圖像傳感器向圖像處理器提供原始視頻數據，這些數據可用于提取有關(guān)前方障礙物的關(guān)鍵信息，以便汽車(chē)能夠做出適當的響應。例如，從傳感器接收原始視頻數據的系統可以發(fā)現正在靠近的車(chē)輛，并按照最安全的操作來(lái)選擇是踩剎車(chē)還是駕駛汽車(chē)遠離危險。如果圖像傳感器不正常工作，系統將不再接收到原始視頻數據，并且可能根本無(wú)法檢測到正在靠近的車(chē)輛（圖 3）。

圖 3：圖像傳感器不正常工作的后果

確保符合規范

2021 年，聯(lián)合國歐洲經(jīng)濟委員會(huì ) (UNECE) 工作組發(fā)布了 UN-R155 網(wǎng)絡(luò )安全法規，要求 OEM 建立網(wǎng)絡(luò )安全管理系統 (CSMS)。該法規自 2022 年 7 月起生效，以應對上述日益增長(cháng)的威脅。汽車(chē)供應商必須確保所有相關(guān)組件符合 ISO 21434 網(wǎng)絡(luò )安全標準。雖然僅使用符合 ISO 21434 標準的部件還不足以滿(mǎn)足 UNECE 的要求，但這是符合規范的關(guān)鍵要素。

安森美 (onsemi) 自 2018 年開(kāi)始在部分 ADAS 圖像傳感器中部署網(wǎng)絡(luò )安全功能，使其符合網(wǎng)絡(luò )安全規范。這些傳感器有望在 2024 年之前達到網(wǎng)絡(luò )安全標準。身份驗證功能使安森美的圖像傳感器能夠向主機證明它是正品。這一過(guò)程通過(guò)使用證書(shū)鏈或預共享密鑰來(lái)實(shí)現。為確保視頻數據的完整性，必須使用消息身份驗證碼（或 MAC）來(lái)證明傳感器和主機之間的視頻數據流未被篡改。最后是保護傳感器控制和配置數據，防止使用 MAC 篡改特定密鑰寄存器。由于防篡改協(xié)議因系統而異，因此系統處理器在檢測篡改情況時(shí)將擁有最終決定權。

總之，網(wǎng)絡(luò )安全規范對于防止汽車(chē)圖像傳感器成為汽車(chē)復雜電子系統中的特洛伊木馬至關(guān)重要。對 OEM 而言，要想符合規范，需要的不僅僅是圖像傳感器中的網(wǎng)絡(luò )安全控制電路。而含網(wǎng)絡(luò )安全的圖像傳感器是使 ADAS 和車(chē)內監控系統完全符合網(wǎng)絡(luò )安全規范的基本要求。