車聯(lián)網(wǎng)終端T-Box技術(shù)及信息安全分析

劉彤彤

摘 要：隨著5G時(shí)代的到來，汽車智能化、網(wǎng)聯(lián)化和電動(dòng)化的程度不斷提高，車載終端TBOX作為車輛與云端的信息交互點(diǎn)，扮演著重要的角色。文章介紹了車聯(lián)網(wǎng)的概念，終端T-BOX的工作原理，還有T-BOX的技術(shù)現(xiàn)狀，并針對(duì)現(xiàn)在存在的信息安全問題做出分析，對(duì)T-BOX的發(fā)展做出展望。

關(guān)鍵詞：汽車智能化;TBOX;技術(shù)現(xiàn)狀;信息安全

中圖分類號(hào)：U471.15 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ?文章編號(hào)：1671-7988（2019）23-36-03

T-Box Technology and Information Security Analysis of Internet of Vehicles

Liu Tongtong

（College of Automobile， Chang'an University， Shaanxi Xi'an 710064）

Abstract： With the advent of the 5G， the degree of intelligentization， networking and electrification of automobiles has continuously increased. The T-BOX of the vehicle-mounted terminal plays an important role as the information exchange point between the vehicles and the cloud. This paper introduces the concept of internet of vehicles， the working principle of terminal T-BOX， and the technical status of T-BOX， and analyzes the existing information security issues， and forecasts the development of T-BOX.

Keywords： Car intelligence; T-BOX; Technical status; Information security

CLC NO.： U471.15 ?Document Code： A ?Article ID： 1671-7988（2019）23-36-03

1 車聯(lián)網(wǎng)定義

車聯(lián)網(wǎng)概念起源于物聯(lián)網(wǎng)，與物聯(lián)網(wǎng)類似，車聯(lián)網(wǎng)同樣基于“端—管—云”的架構(gòu)模式。起初的狹義車聯(lián)網(wǎng)是通過無線射頻技術(shù)，對(duì)車輛的動(dòng)靜態(tài)信息進(jìn)行有效的提取?，F(xiàn)在隨著時(shí)代的發(fā)展，車聯(lián)網(wǎng)已發(fā)展為以車內(nèi)網(wǎng)、車際網(wǎng)和車載移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)為基礎(chǔ)，按照約定的通信協(xié)議和數(shù)據(jù)交互標(biāo)準(zhǔn)，在車-X（X：車、路、行人及互聯(lián)網(wǎng)等）之間，進(jìn)行無線通訊和信息交換的大系統(tǒng)網(wǎng)絡(luò)[1]。

2 ?T-Box定義與原理

T-BOX作為系統(tǒng)中網(wǎng)絡(luò)云端和車輛信息交互節(jié)點(diǎn)，既扮演者車載ECU的角色，也承擔(dān)著無線通信模塊的的重任[2]。T-BOX是基于車規(guī)級(jí)對(duì)可靠性、工作溫度、抗電磁干擾等方面的嚴(yán)格要求，通過GPRS遠(yuǎn)程無線通訊、GPS衛(wèi)星定位、加速度傳感和CAN通訊功能，實(shí)現(xiàn)車輛遠(yuǎn)程監(jiān)控、遠(yuǎn)程控制、安全監(jiān)測和報(bào)警、遠(yuǎn)程診斷等多種在線應(yīng)用的智能標(biāo)終端。如圖1，近年來，我國T-BOX規(guī)模穩(wěn)步增長。

圖1 ?2015-2020年T-BOX規(guī)模

T-BOX工作時(shí)，通過GPS模塊采集車輛的經(jīng)度緯度信息，實(shí)現(xiàn)車輛的定位信息的獲取;通過與車相連的CAN線可以讀取車輛的總線數(shù)據(jù)，包括車輛的靜態(tài)數(shù)據(jù)，動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù);采集數(shù)據(jù)后，通過GPRS模塊使用SIM卡將采集到的信息按既定的傳輸協(xié)議打包發(fā)送給云端服務(wù)器。云端服務(wù)器認(rèn)證解析后獲取車輛運(yùn)行狀況，告警信息，SOC，位置軌跡等等信息，云端對(duì)這些信息進(jìn)行分析并存儲(chǔ)。根據(jù)不同需求，云端服務(wù)器可以下發(fā)指令進(jìn)行相應(yīng)鎖車，遠(yuǎn)程OTA升級(jí)等操作，實(shí)現(xiàn)車輛的管理與控制。另外還可以使用手機(jī)APP端進(jìn)行交互，下發(fā)指令，相應(yīng)的ECU做出回應(yīng)，實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的反向控制，比如開啟車窗，關(guān)閉空調(diào)，鎖車等等操作。

3 T-BOX的功能分析

T-BOX品牌多種多樣，國內(nèi)主流T-Box企業(yè)有華為、慧翰微電子、速銳得等。常見的T-BOX的硬件架構(gòu)方面包括4G網(wǎng)絡(luò)模塊、CAN數(shù)據(jù)處理、GPS、CPU處理器、WiFi（Bluetooth）、MCU等等，其功能大同小異，其主要功能是對(duì)車輛狀態(tài)信息的采集上報(bào)，上層控制命令到CAN網(wǎng)絡(luò)層的轉(zhuǎn)發(fā)，對(duì)終端系統(tǒng)的實(shí)時(shí)性和可靠性有很高的要求[3]。

圖2 ?某款T-BOX系統(tǒng)架構(gòu)圖

3.1 車輛數(shù)據(jù)采集并打包上傳

T-BOX硬件有can芯片，具有CAN解析功能，它通過接插件直接與車上的can總線連接，深度獲取車輛的狀態(tài)信息，例如車輛的運(yùn)行狀態(tài)，行駛里程，SOC，電機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)矩，定位信息、報(bào)警信息等等數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)采集完成后，新能源汽車按照國標(biāo)32960-3的規(guī)定的格式上傳，數(shù)據(jù)內(nèi)容可以加密，云端服務(wù)器按命令單元進(jìn)行解析，獲取車輛的行駛數(shù)據(jù)，發(fā)動(dòng)機(jī)電機(jī)數(shù)據(jù)，報(bào)警信息等，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和共享，對(duì)車輛實(shí)行監(jiān)控功能。

3.2 車輛狀態(tài)查詢與控制

用戶可以通過手機(jī)app端遠(yuǎn)程查看車輛的靜動(dòng)態(tài)信息，包括車輛基本信息、發(fā)動(dòng)機(jī)數(shù)據(jù)、電池?cái)?shù)據(jù)、報(bào)警信息等。由此用戶可以很清晰明了的知道汽車的運(yùn)行狀況，如果發(fā)生報(bào)警信息情形，app端會(huì)提醒用戶停車維修還是限速行駛，以免發(fā)生不必要的事故。用戶可以通過app端控制開關(guān)車門、車窗和空調(diào)等，還可以在不影響車輛安全行駛的前提下車輛運(yùn)行模式等;另外車輛終端有藍(lán)牙模塊，可以與手機(jī)藍(lán)牙互聯(lián)，輸入正確連接密鑰方可連接，首次連接后會(huì)發(fā)當(dāng)前車輛控制信息給app端，app端依據(jù)前置條件判斷可以控制并通過藍(lán)牙傳輸下發(fā)指令，實(shí)現(xiàn)操作，并虛化該控制按鈕。

3.3 遠(yuǎn)程救援功能（bcall，ecall功能）

當(dāng)前車輛在行駛路途中，發(fā)生拋錨等故障時(shí)，車輛發(fā)送道路救援請(qǐng)求，在呼叫中心的幫助下獲得拖車救援服務(wù);車輛如果發(fā)生緊急情況，車輛會(huì)以最高優(yōu)先等級(jí)呼叫中心，中心通過T-BOX定位模塊獲取車輛的位置及當(dāng)前運(yùn)行狀態(tài)重要信息，繼而車輛在中心的幫助下脫離險(xiǎn)情。

此外，T-BOX還具有休眠喚醒策略，F(xiàn)OTA以及OBD診斷等功能。

4 T-BOX的信息安全

車輛的智能化網(wǎng)絡(luò)化程度正在迅速提高，隨之而來的網(wǎng)絡(luò)信息安全問題也進(jìn)一步彰顯出來。車聯(lián)網(wǎng)信息安全方面涉及終端節(jié)點(diǎn)、云服務(wù)器、app客戶端等一些方面，T-Box作為車內(nèi)網(wǎng)與外界信息交換的源頭節(jié)點(diǎn)，其網(wǎng)絡(luò)傳輸安全性的保障對(duì)智能網(wǎng)聯(lián)汽車無疑起著至關(guān)重要的作用。

4.1 數(shù)據(jù)安全性

TBOX直接與車上的can線相連，可以深度讀取電機(jī)與車身的can信息，同時(shí)也能發(fā)送can信息給VCU，VCU再發(fā)給相應(yīng)的ECU實(shí)現(xiàn)對(duì)車輛的操作控制。這其中涉及雙向傳輸過程中數(shù)據(jù)的安全性，一旦數(shù)據(jù)被惡意劫持，攻擊者篡改甚至偽造指令信息來通過TBOX發(fā)送，將會(huì)產(chǎn)生不可估量的后果，所以信息安全技術(shù)至關(guān)重要，必須通過相應(yīng)的策略來規(guī)避風(fēng)險(xiǎn)。

為防止傳輸過程的風(fēng)險(xiǎn)，必須對(duì)終端用戶的身份進(jìn)行認(rèn)證，可以通過數(shù)字簽名等方法，認(rèn)證通過方可進(jìn)行下一步傳輸，同時(shí)必要對(duì)傳輸?shù)臄?shù)據(jù)進(jìn)行一定程度的加密，同時(shí)采用加密芯片，以確保安全性。

4.2 固件安全性

作為T-BOX的關(guān)鍵組成部分微處理器和微控制器MPU、MCU的之間的通信至關(guān)重要，存儲(chǔ)在里面的固件程序帶來極大便利性的同時(shí)，隱患隨之而來。如果采用逆向提取反編譯技術(shù)，改變參數(shù)，將會(huì)對(duì)車輛造成嚴(yán)重影響。所以為了應(yīng)對(duì)這一問題，必須在設(shè)計(jì)過程中將固件存儲(chǔ)在MCU或MPU的自帶存儲(chǔ)單元中，避免采用通用指令集，在程序邏輯正常的前提下，設(shè)下一些陷阱，提高逆提取反匯編的難度，提高固件安全性。

4.3 OTA升級(jí)安全性

智能終端軟件存在難免潛在的風(fēng)險(xiǎn)和漏洞，必須通過遠(yuǎn)程升級(jí)來進(jìn)行維護(hù)，提高抗風(fēng)險(xiǎn)能力不然會(huì)提高返廠運(yùn)維成本，特斯拉、Jeep等車企就此類信息安全問題而不得不召回有關(guān)車輛。當(dāng)前環(huán)境下，終端在進(jìn)行遠(yuǎn)程升級(jí)時(shí)，易發(fā)生軟件包被劫持等情況，所以必須確保程序的完整性和準(zhǔn)確性，通過加數(shù)字簽名確定其合法性，在升級(jí)過程中，隨時(shí)監(jiān)督，若由于網(wǎng)絡(luò)或其他情況致升級(jí)終端，添加保護(hù)措施使其恢復(fù)到升級(jí)之前的狀態(tài)，保障車輛的正常運(yùn)行。

5 結(jié)語

就目前來說，車聯(lián)網(wǎng)終端T-BOX的發(fā)展是時(shí)代進(jìn)步的潮流所趨，無論其怎么變化，都脫胎不了“終端—傳輸管道—云端”的物聯(lián)網(wǎng)架構(gòu)模式，它給人們的出行帶來了極大的便利，同時(shí)帶來了極大的信息安全挑戰(zhàn)，所以在應(yīng)對(duì)信息安全方面，終端節(jié)點(diǎn)作為其中的重要一環(huán)，必須嚴(yán)格保證其數(shù)據(jù)傳輸安全性，加密性以及準(zhǔn)確性，延長其生命周期，促進(jìn)車載終端的進(jìn)一步發(fā)展。

參考文獻(xiàn)

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[3] 張東偉，王文揚(yáng)，杜明星，魏克新.基于車聯(lián)網(wǎng)的車輛遠(yuǎn)程控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)[J].制造業(yè)自動(dòng)化，2017，39（09）：67-71.