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智能网联汽车网络安全浅析(上)

本文由李玉峰、陆晓元、曹晨红、李江涛、朱宏艺、孟楠联合创作

目前,世界上每年约有135万人死于交通事故,其中94%涉及人为错误,其中分心是驾驶过程中的重要原因之一。自动驾驶技术对路况的高度理解和独立于人的判断可以为减少交通事故和拯救人类生命做出贡献。

自动驾驶汽车是智能交通的重要组成部分。通过新一代信息通信技术,实现汽车与云平台、汽车与汽车、汽车与道路、汽车与人之间的全方位网络连接。随着5G随着技术的诞生,智能网络汽车(connected-automated vehicle. CAV)发展正面临着前所未有的机遇。2018年,工业和信息化部在《车联网(智能车联网)产业发展三年行动计划》中提出,到2020年,车联网用户普及率将达到30%以上。(L2)搭载率超过30%,新车装配率超过60%。

在引入自动驾驶和互联网功能之前,汽车有许多攻击面,但旧的汽车架构依赖于一个封闭的网络,几乎没有外部通信来确保其网络安全。一方面,自动驾驶和互联网功能的引入将有效降低交通事故,提高交通效率,促进低碳环保,促进人们的生活;另一方面,汽车将越来越像车轮上的互联网计算机,使网络安全成为汽车行业的重大挑战。比如2015年,Miller和Valasek吉普切诺基远程入侵控制音频、雨刷、转向和制动的吉普切诺基汽车,表明没有网络安全保障的汽车威胁到驾驶员的安全,导致140多万辆汽车被召回。此外,腾讯科恩实验室的安全专家在2016年和2017年成功入侵了一辆特斯拉汽车,以展示与互联网车辆相关的安全威胁和潜在攻击。在2017-2018年初的一项研究中,科恩实验室在各种宝马(BMW) 车型上发现了14个漏洞,其中9个需要对齐 对目标车辆进行实际物理访问(接触或进入车辆),只需将手机连接到另外五个漏洞。安全专家通过车辆智能报警系统App成功劫持汽车,非法执行启用/禁用防盗器、开关车门或切断发动机等操作。

总的来说,CAV软硬件系统,AI算法、车内外通信网络、云平台的任何环节都存在安全问题,车辆面临攻击风险,从单车到数千辆车。因此,车联网的安全不仅与个人安全有关,而且与整个社会的安全有关。

许多研究认为,复杂性CAV网络安全问题难以准确预测。尽管人们同意将网络安全放在一边CAV网络安全是一场无休止的游戏,具有足够技术技能和耐心的攻击者总能找到突破保护的方法,CAV网络空间不会有绝对的安全。事实上,世界第二大再保险公司——Munich Re在一项研究中,55%的企业风险管理人员将网络安全视为自动驾驶汽车的首要任务。更令人震惊的是,64%的调查公司表示,他们还没有准备好应对网络安全。因此,研究攻击很重要CAV不同的方法,减少攻击可能性的方法,以及如何最大限度地减少损害。

2014年,美国汽车工程师学会(SAE)制定了一套自动驾驶汽车分级标准,见表lo在表1中,汽车自动化水平分为六个等级,从L0(无自动驾驶功能)L5(完全自动驾驶)。

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动态驾驶任务(dynamic driving task,DDT)是指在道路上驾驶车辆所需的实时操作和决策行为,包括车辆通过方向盘横向运动、车辆纵向运动的加减速操作、物体和事件的检测、认知和响应、车辆周围环境的监测和相应操作。运行设计域(operational design domain,ODD)指自动驾驶系统的使用条件和适用范围,如天气环境、道路条件(直路、弯路半径)、速度、交通流量等。

具有自主行为能力的智能系统,CAV功能可分为三部分:感知(感知车辆运行的外部环境/环境)、决策和控制(感知外部环境/环境对车辆运动的决策和控制)和车辆操作平台(以实现车辆运动为目的的基本操作平台)。本文总结并给出了自动驾驶汽车的功能结构,如图1所示,具体介绍如下。

图1 CAV功能结构

包括激光雷达(light detection and rang--ing,LiDAR)、无线电探测和测距雷达、摄像机、全球定位系统(global positioning system, GPS)、惯性测量单元(inertialmeasurementunit,IMU)/里程表等传感器TSD(trafficsignalizationdetection,交通信号检测)子系统,MOT(movingobjecttracking,子系统、地图子系统统、地图子系统、本地化子系统。它接收各种传感器数据并集成信息,以获取汽车驾驶任务所需的信息和确保安全所需的信息。

接收传感器模型、道路网络、交通规则、汽车动力学等信息的先验信息,并进行综合处理TSD、MOT等信息,形成决策。决策部分包括路线规划、路径规划、驾驶行为选择、运动规划、避障和控制决策等。

执行部分是操作车辆的平台。为了提高安全性能,目前自动驾驶车辆大多分为底盘控制器(电子动力、电子稳定性等)、动力控制器(电机、制动、自适应巡航等)、车身控制器(灯、门、车身等)、诊断0BD-Ⅱ、娱乐信息域控制器(DVD/TV、人机交互界面,Wi-Fi/4G/5G等)等。

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