汽車芯片是法律法規(guī)以及強制性國家標準對整車信息安全要求的根本載體,是整車信息安全、數(shù)據(jù)安全的底層防線。隨著車載系統(tǒng)與外部網(wǎng)絡的深度融合,汽車芯片已從傳統(tǒng)的功能執(zhí)行單元躍升為處理海量數(shù)據(jù)、支撐車云協(xié)同的智能核心節(jié)點,其信息安全防護能力直接影響了整車的安全性與可靠性。與此同時,個人信息被竊取、車輛CAN總線數(shù)據(jù)被惡意監(jiān)控,乃至智能駕駛系統(tǒng)被遠程操控等事件頻發(fā),為信息安全防護帶來了新的挑戰(zhàn)。信息安全,尤其是芯片信息安全,面臨的威脅日益多樣化,涉及的風險往往具有高度的隱蔽性和復雜性。
對于汽車芯片而言,其工作環(huán)境復雜多變,根據(jù)場景不同,需在-40℃至最高150℃的寬溫范圍內(nèi)穩(wěn)定運行。溫度環(huán)境對芯片信息安全功能及性能存在一定影響,因此確保芯片信息安全功能在車規(guī)溫度范圍內(nèi)的穩(wěn)定正常工作至關重要。
溫度對芯片特性的影響
在高溫環(huán)境影響下,晶振內(nèi)部的晶體會趨向不穩(wěn)定,導致時鐘信號偏移,影響密碼算法的時序邏輯,進而可能導致密碼模塊失效或產(chǎn)生錯誤輸出。另外高溫會導致芯片功耗增加,可能觸發(fā)過溫保護機制,導致芯片降頻或重啟,從而中斷安全功能的執(zhí)行。
高溫環(huán)境下CMOS電路的轉移特性
公式 構成電路的基本單元——MOSFET的閾值電壓隨溫度變化
在低溫環(huán)境影響下,SRAM單元中的數(shù)據(jù)可能在掉電后仍保持數(shù)分鐘,這為冷啟動攻擊(Cold Boot Attack)提供了可乘之機,攻擊者可通過快速重啟讀取殘留數(shù)據(jù)。此外,低溫可能導致晶振的啟動時間延長,甚至無法正常起振,導致芯片無法正常初始化,影響芯片安全功能的啟動和執(zhí)行。
溫度對密碼算法實現(xiàn)的影響
密碼算法是芯片信息安全功能的核心,其實現(xiàn)依賴于硬件邏輯和時序的精確性。溫度變化可能對密碼算法的執(zhí)行產(chǎn)生以下影響:一是時序邏輯失效。高溫下時鐘信號失真可能導致密碼算法的時序邏輯錯誤,例如導致AES算法加密過程中的輪密鑰生成錯誤,或RSA算法的模冪運算結果異常等。二是真隨機數(shù)生成器(TRNG)失效。許多密碼算法依賴于真隨機數(shù)生成器生成密鑰或初始化向量,高溫或低溫可能導致真隨機數(shù)生成器的熵源不穩(wěn)定,進而影響密鑰的隨機性和安全性。三是側信道攻擊風險增加。溫度變化可能改變芯片的功耗特征,使得側信道攻擊(如差分功耗分析)更容易實施,攻擊者可通過分析芯片在不同溫度下的功耗特征,推測出加密密鑰。
溫度對芯片通信接口的影響
芯片與外部模塊的通信接口(如SPI、I2C、CAN等)也會受到高低溫環(huán)境影響。一方面是導致信號完整性下降。高溫下信號線的阻抗匹配可能失效,導致通信誤碼率增加;而低溫下信號傳輸延遲可能增加,導致通信超時或中斷。另一方面是協(xié)議層錯誤。通信協(xié)議中的校驗機制(如CRC)可能因溫度導致的信號失真而失效,進而引發(fā)協(xié)議層錯誤,影響加密數(shù)據(jù)的傳輸和驗證。
案例實踐
在實際測試中,我們對兩款汽車芯片在高低溫環(huán)境下的信息安全功能和性能進行了對比分析:
芯片A在高溫和常溫下表現(xiàn)良好,信息安全功能正常。但在低溫環(huán)境下,由于晶振啟動失敗,導致芯片無法正常初始化,進而引發(fā)通信中斷,信息安全功能失效。
芯片B在異常溫度下,大部分密碼算法(如AES、SHA-256)仍能正常工作,但部分算法(如RSA-2048)出現(xiàn)功能異常。芯片內(nèi)部的自檢功能檢測到異常并生成報告,相關模塊的功能需恢復至室溫后才能重新執(zhí)行。
以上案例表明,高低溫環(huán)境對芯片信息安全功能具有顯著影響,且不同設計和實現(xiàn)方式的芯片對溫度的適應性存在較大差異。
汽車芯片信息安全標準情況
為應對車規(guī)環(huán)境對芯片信息安全功能的挑戰(zhàn),汽車行業(yè)正在積極推進相關標準和測試技術的研究。2024年1月,工業(yè)和信息化部發(fā)布《國家汽車芯片標準體系建設指南》,將汽車芯片信息安全列為標準體系基礎通用要求中的關鍵項目。其中,推薦性國家標準《汽車芯片信息安全技術規(guī)范》于2025年7月8日面向行業(yè)公開征求意見,預計今年年底開展審查報批工作。該標準規(guī)定了針對密鑰管理、密碼算法支持、安全啟動等14項汽車芯片信息安全功能的具體技術要求及對應的試驗方法,并給出了針對不同應用場景、不同芯片類型的芯片信息安全分級方法,建立了一套適用我國行業(yè)需求的汽車芯片信息安全技術體系。該標準提出,需在產(chǎn)品聲稱的工作溫度條件下,對芯片的信息安全功能有效性進行測試。
結語
從硬件級安全防護到安全通信協(xié)議的全面實現(xiàn),汽車芯片在信息安全領域扮演著不可或缺的關鍵角色,已然成為保障智能網(wǎng)聯(lián)汽車安全運行的核心基石。通過深入理解溫度對芯片物理特性、密碼算法實現(xiàn)和通信接口的影響機制,結合嚴格的測試和標準制定,可以有效提升汽車芯片在車用環(huán)境下的信息安全性能和功能穩(wěn)定性。
中汽芯將持續(xù)深耕汽車芯片信息安全領域,致力于構建安全可靠的智能網(wǎng)聯(lián)汽車產(chǎn)業(yè)生態(tài),為行業(yè)的高質(zhì)量發(fā)展注入強勁動力與堅實保障。