汽車對各種物件(V2X)通訊技術是實現智慧汽車與無人駕駛的重要利器;該技術實作時可利用非對稱加密方式確保資訊傳遞過程中不會遭到惡意竄改,提升資料來源可信度,從而避免各種資訊安全問題發生,甚至釀成車禍事故。
先進駕駛輔助系統(Advanced Driver Assistance System, ADAS)讓汽車駕駛者能較好了解和控制開車時的各種狀況,讓行駛變得簡單和更安全。  

ADAS技術可以建基於汽車內的系統,即車輛常駐系統(Vehicle Resident System),比如視覺相機系統和感測器技術,或者是以智慧互連網路為基礎,如汽車與汽車(Vehicle-to-vehicle, V2V)或汽車與基礎設施(Vehicle-to-infrastructure, V2I)系統,兩者合稱為車對各類物體(V2X),如圖1所示。  

 

圖1 典型的V2X網路實現示意圖

V2X可進行遠距離通訊 提升駕駛安全  

V2X通訊利用專門的短程無線通訊設備之車載系統,與其他車輛互相傳輸安全相關資訊,比如車輛速度、方向、煞車狀態和車體大小等。V2X網路利用多點跳躍(Multi-hop)通過其他節點傳輸資訊,可以進行遠距離通訊。這種更遠的檢測距離、可以檢查彎角以外或通過其他車輛檢測環境的能力,可協助安裝了V2X的車輛比感測器、相機或雷達更早發現某些威脅,並據此警告駕駛者。  

除了用於安全應用的基本安全資訊外,該網路還能夠被其他連接的車輛應用使用,比如行動性或天氣,將來還可以開發來自汽車或基礎設施的其他資訊。  

根據2004至2008年所進行的一項研究,美國高速公路交通安全管理局(National High-way Traffic Safety Administration, NHTSA)估計,採用V2C網路可以避免二十二種可能的車輛碰撞場景,這意味著能避免將近81%未受損輕型汽車的碰撞事故。  

根據2004至2008年的車輛碰撞資料顯示,每年這二十二種目標輕型車輛碰撞場景所造成的死亡、傷害和財產損失,平均分別達到大約兩萬七千人、一百八十萬人和730萬美元。  

大規模採用V2I可帶來潛在的巨大安全優勢,以下列出V2I的潛在安全應用:  

‧闖紅燈警示

‧彎道車速警示  

‧停車標誌間隙輔助  

‧減速區警示  

‧現場天氣資訊警示  

‧違反停車標誌警示  

‧違規穿越鐵路警示  

‧車體過大警示  

警示不僅會通知車輛和駕駛者違反安全,還可以利用無線連接對附近的車輛發出警告,從而協助防止碰撞,例如有車輛在十字路口的死角闖紅燈或違反停車標誌時。  

實現汽車通訊安全 資訊來源與傳送過程皆須把關  

為了充分實現V2X的潛力,系統必須確保以下兩點,包括資訊是來自值得信任的來源,以及資訊在發送和接收的過程中未被篡改過。  

以上提到的兩點中,若沒達成任何一點都會產生問題,並造成嚴重的後果,甚至會發生致命的情形。假資訊會提供錯誤的速度和方向等汽車行駛資料,因而造成事故,而若這些資料被不法分子操縱,則可能會使得城市的交通中斷並造成混亂。  

除了上面提到的關注點外,使用者還擔心隱私的問題,並要確保資訊不會洩露駕駛者的身分和位置,匿名的車輛安全資訊僅提供給預授權的實體(Pre-authorised Entity),譬如其他車輛。此點非常重要,因為要大規模採用V2X,必須要讓使用者確信V2X系統不會提供個人的相關資料。  

為了證明其可靠性,資訊發送端必須提供一個獨一無二且接收端能驗證的識別碼,證明這些資訊是來自可靠的來源。一般情況下,此一要求可通過使用對稱或不對稱的加密技術來實現,如圖2所示。  

 

圖2 A.SRAM啟動值用於計算私密金鑰,利用註冊階段保存的啟動碼來確保該金鑰可靠。B.同時可根據私密金鑰,部件製造商計算出一個公共金鑰,並對它加以認證,賦予每個部件獨一無二的不可仿製身分。

對稱加密通常適合節點數量有限的小型網路,其中發送方和接收方共用的公共金鑰,通常在任何封包(Packet)傳輸之前雙方都已經知道。此一金鑰經由動態產生的代碼,此代碼稱為消息認證碼(MAC)來驗證資料的真實性,而這些動態產生的代碼是依據酬載(Payload)、可驗證封包完整性和來源的金鑰所計算出來的。  

此方法雖然簡單,但是由於所有節點都必須使用同一金鑰,這點存在著令人無法接受的安全風險;然而,如果每一對互相通訊的節點都必須使用不同的金鑰,則較難以處理,因此該方法不可能用於大型網路,比方像是大型V2X。  

資料來源:新電子

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