智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信安全風險與防護措施

摘要：智能網(wǎng)聯(lián)汽車具有高帶寬、低時延、多樣化的通信模式和高度的安全性要求等特點，近年來的發(fā)展速度極快?；诖?，本文分析了智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信安全風險，探討了智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信安全風險防護優(yōu)化措施，包括優(yōu)化認證機制與加密機制、聚焦訪問控制和設(shè)備管理、做好安全監(jiān)控與入侵檢測、強化安全測試與數(shù)據(jù)隔離等內(nèi)容，以供參考。

關(guān)鍵詞：智能網(wǎng)聯(lián)汽車；通信安全風險；防護措施

一、引言

隨著信息通信技術(shù)的快速發(fā)展，汽車行業(yè)正經(jīng)歷著一場深刻的變革。智能網(wǎng)聯(lián)汽車作為一種集成了先進的信息通信技術(shù)，實現(xiàn)車輛、道路、云端和外部設(shè)備之間的智能化信息交互的新型汽車，已經(jīng)成為汽車行業(yè)的發(fā)展趨勢和未來方向。智能網(wǎng)聯(lián)汽車不僅可以提高駕駛的安全性、舒適性和效率，還可以實現(xiàn)更多的智能化服務(wù)和應(yīng)用，為人們的出行帶來更多的便利和價值，其通信安全理應(yīng)得到重視。

二、智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信特點

（一）高帶寬數(shù)據(jù)傳輸

智能網(wǎng)聯(lián)汽車在運行過程中，會產(chǎn)生并處理大量數(shù)據(jù)，涉及車輛控制、環(huán)境感知、導(dǎo)航定位等多個方面。為確保這些數(shù)據(jù)的實時傳輸，高帶寬成為必要條件。高帶寬保障車輛能夠在短時間內(nèi)接收和發(fā)送大量信息，例如高清地圖數(shù)據(jù)、車輛狀態(tài)信息等。此外，高帶寬對于實現(xiàn)車聯(lián)網(wǎng)服務(wù)如遠程監(jiān)控、車載娛樂等同樣重要，這使得智能網(wǎng)聯(lián)汽車對通信網(wǎng)絡(luò)的帶寬要求遠超傳統(tǒng)車輛[1]。

（二）低時延通信需求

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的安全駕駛依賴于實時、快速的信息交換，低時延通信在此發(fā)揮關(guān)鍵作用，時延指的是數(shù)據(jù)從發(fā)送端到接收端的時間。對于智能網(wǎng)聯(lián)汽車來說，低時延通信確保了車輛能夠迅速響應(yīng)周圍環(huán)境變化，如緊急剎車、避障等。此外，車與車、車與基礎(chǔ)設(shè)施之間的通信也需低時延，以保證交通系統(tǒng)的協(xié)同效率[2]。

（三）多樣化的通信模式

智能網(wǎng)聯(lián)汽車在通信方面呈現(xiàn)出多樣化的模式，包括車對車（V2V）、車對基礎(chǔ)設(shè)施（V2I）、車對行人（V2P）及車對網(wǎng)絡(luò)（V2N）等，每種模式針對不同的通信對象和場景。以車對車通信為例，可實現(xiàn)車輛間直接交換信息，提高道路安全性。而對于車對網(wǎng)絡(luò)通信來說，則能夠連接車輛與云端服務(wù)，提供更廣泛的信息與服務(wù)，這種多樣化的通信模式共同構(gòu)成了智能網(wǎng)聯(lián)汽車的通信網(wǎng)絡(luò)。

（四）高度的安全性要求

智能網(wǎng)聯(lián)汽車在通信過程中，面臨著各種安全威脅，包括數(shù)據(jù)竊取、隱私泄露、網(wǎng)絡(luò)攻擊等，其通信系統(tǒng)需具備高度的安全性。為保證智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信安全，應(yīng)設(shè)法加強數(shù)據(jù)加密和身份認證，并采用先進的網(wǎng)絡(luò)安全技術(shù)，防范可能的網(wǎng)絡(luò)攻擊，進而更好保障車輛及乘客的安全[3]。

三、智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信安全風險分析

（一）車內(nèi)系統(tǒng)通信安全風險

智能網(wǎng)聯(lián)汽車內(nèi)部通信系統(tǒng)是車輛自動化和智能化的核心，其安全性對整車的安全運行至關(guān)重要。車內(nèi)系統(tǒng)主要包括各類傳感器、控制單元、信息處理系統(tǒng)等，這些系統(tǒng)間的通信若存在安全漏洞，可能導(dǎo)致關(guān)鍵信息的篡改、丟失或延遲，從而引發(fā)車輛控制失效或錯誤決策，此類風險源于軟件漏洞、硬件故障、惡意攻擊等。例如，黑客可通過軟件漏洞侵入車輛控制系統(tǒng)，進而控制車輛行為。此外，車內(nèi)網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜性增加了維護難度，也為安全隱患的排查帶來挑戰(zhàn)。

（二）車外信息交互通信安全風險

智能網(wǎng)聯(lián)汽車與外部環(huán)境的信息交互包括與其他車輛、基礎(chǔ)設(shè)施、行人等的通信，這一過程中信息傳輸安全尤為重要。車外通信安全風險主要包括信號干擾、數(shù)據(jù)截取與篡改、假信息注入等，這些風險可能導(dǎo)致車輛接收到錯誤的信號或指令，進而作出不當反應(yīng)，如錯誤變道、速度不當調(diào)整等，嚴重威脅行車安全。車外通信安全風險的形成，部分源于無線通信的開放性，部分源于外部設(shè)備的安全防護不足，理應(yīng)得到重視[4]。

（三）云端通信安全風險

智能網(wǎng)聯(lián)汽車大量依賴云計算服務(wù)進行數(shù)據(jù)存儲、處理和分析，云端通信的安全風險主要包括數(shù)據(jù)傳輸過程加密不足、云服務(wù)平臺安全漏洞、數(shù)據(jù)存儲安全性不足等方面。這些風險可能導(dǎo)致敏感數(shù)據(jù)泄露、車輛行為數(shù)據(jù)被非法獲取和利用、車輛被遠程控制。值得注意的是，云服務(wù)的安全性不僅取決于車輛制造商，還受云服務(wù)提供商的安全策略和實施效果影響。

（四）外部設(shè)備通信安全風險

智能網(wǎng)聯(lián)汽車通常會與各類外部設(shè)備進行通信，如智能手機、可穿戴設(shè)備、家庭自動化系統(tǒng)等，設(shè)備間通信加密不足、設(shè)備自身安全漏洞、設(shè)備被惡意軟件感染等風險同樣需要引起重視。例如，智能手機作為車輛遠程控制的媒介，若遭受攻擊，可能導(dǎo)致車輛控制信息泄露或被非法操作。外部設(shè)備通信安全風險存在一定特殊性，這些設(shè)備通常由車輛用戶自行選擇和配置，其安全性不在車輛制造商的直接控制范圍內(nèi)，因此加大了安全管理的難度[5]。

四、智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信安全風險防護優(yōu)化措施

（一）優(yōu)化認證機制、加密機制

針對認證機制，智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)應(yīng)采用基于公鑰基礎(chǔ)設(shè)施（PKI）的認證方法，在此架構(gòu)中，每個車輛和網(wǎng)絡(luò)節(jié)點都擁有唯一的公鑰和私鑰，其中私鑰保密，公鑰公開。在通信過程中，發(fā)送方使用接收方的公鑰進行加密，而接收方則用其私鑰解密。PKI體系在身份驗證和數(shù)據(jù)完整性保障的功能極為強大，可以有效防止身份偽造和信息篡改。這一過程還需要應(yīng)用高級認證協(xié)議，如OAuth 2.0，這對于保障車輛與外部服務(wù)如云計算平臺的安全接入同樣重要，其中OAuth 2.0允許用戶提供一個令牌，而非用戶名和密碼給第三方服務(wù)，這種情況下即使在第三方服務(wù)中的認證信息被泄露，攻擊者也無法直接訪問車輛系統(tǒng)。

對于加密機制，本文建議采用AES（高級加密標準）算法進行數(shù)據(jù)加密，AES是一種廣泛使用的對稱加密算法，提供了三種密鑰長度，包括128、192、256位，智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)可以根據(jù)不同的安全需求選擇適當?shù)拿荑€長度。如對于車輛控制命令等高度敏感的數(shù)據(jù)，可使用256位的AES加密。也可以考慮應(yīng)用RSA等非對稱加密算法，這類算法可用于初始的密鑰交換階段，該算法可通過一個稱為公鑰加密的過程，使得任何擁有公鑰的人都可以加密信息，但只有持有對應(yīng)私鑰的人能夠解密。此外，還應(yīng)考慮引入動態(tài)密鑰管理機制，如Diffie-Hellman密鑰交換算法，該算法可生成共享密鑰，且無需雙方事先共享秘密信息，能夠允許兩個通信實體在一個不安全的通道上協(xié)商出一個共享的秘密密鑰，用于后續(xù)的對稱加密通信。這一過程還可以考慮開展密鑰生命周期管理，確保密鑰在一定時間或使用次數(shù)后自動更新，具體可通過集成密鑰管理服務(wù)來實現(xiàn)，如利用硬件安全模塊（HSM）來安全地存儲、管理和生成密鑰。

（二）聚焦訪問控制和設(shè)備管理

為了保障智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信安全，必須聚焦訪問控制和設(shè)備管理，具體要點如下：

首先，訪問控制優(yōu)化。智能網(wǎng)聯(lián)汽車系統(tǒng)需對內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)和外部通信接入點的訪問權(quán)限進行嚴格管理，此過程涉及多個關(guān)鍵環(huán)節(jié)，需要實現(xiàn)對身份認證、權(quán)限授權(quán)、審計跟蹤以及訪問控制策略的持續(xù)更新。在身份認證方面，有效的身份認證機制通常包括密碼、生物識別技術(shù)、智能卡或者這些方法的組合，也可以考慮使用動態(tài)密碼或基于時間的一次性密碼，進一步提高身份認證安全性；對于權(quán)限授權(quán)，可采用基于角色的訪問控制（RBAC）模型，通過分配不同的角色給不同的用戶群體，系統(tǒng)可以控制每個角色的訪問權(quán)限，如為車輛維修人員提供車輛診斷系統(tǒng)的訪問權(quán)限，而司機權(quán)限則應(yīng)限制在駕駛相關(guān)功能的操作方面；審計跟蹤可實現(xiàn)對訪問控制有效性和后期問題的追蹤，需要實現(xiàn)對所有訪問行為的記錄和監(jiān)控，如記錄訪問時間、訪問者身份、訪問的數(shù)據(jù)或系統(tǒng)等信息，同時審計日志需要在發(fā)生安全事件時提供關(guān)鍵信息，助力追蹤和定位問題源頭；為持續(xù)更新訪問控制策略，必須關(guān)注不斷演變的威脅環(huán)境，車輛制造商和網(wǎng)絡(luò)安全團隊需要不斷評估新出現(xiàn)的安全威脅，并相應(yīng)地調(diào)整策略。

其次，設(shè)備管理加強。在設(shè)備管理方面，智能網(wǎng)聯(lián)汽車內(nèi)部的各種設(shè)備如傳感器、控制單元和通信模塊的安全管理同樣至關(guān)重要。為確保設(shè)備未遭到未授權(quán)的修改或篡改，應(yīng)定期進行設(shè)備完整性檢查，具體可采用數(shù)字簽名或哈希等技術(shù)，以此保證設(shè)備在啟動時進行自我檢查，以確保其固件和軟件未被非法修改。面對不斷出現(xiàn)的新型威脅，定期的固件更新也極為關(guān)鍵，更新過程應(yīng)確保數(shù)據(jù)的安全性，防止在傳輸中被攔截或篡改，同時應(yīng)聚焦加密和數(shù)字簽名技術(shù)的應(yīng)用，確保只有經(jīng)過驗證的更新方可安裝。另外，還應(yīng)聚焦故障檢測和響應(yīng)，通過監(jiān)控設(shè)備的運行狀態(tài)，以便及時發(fā)現(xiàn)異常行為，優(yōu)化早期識別和防御安全威脅。如一旦檢測到異常，系統(tǒng)應(yīng)能夠自動隔離受影響的設(shè)備，并采取修復(fù)措施，車輛在遭受攻擊時保持關(guān)鍵功能運行的能力也需要設(shè)法保障，進而更好保護乘員安全。

（三）做好安全監(jiān)控與入侵監(jiān)測

在智能網(wǎng)聯(lián)汽車通信安全領(lǐng)域，安全監(jiān)控與入侵檢測的重要性不言而喻，為確保其有效性，必須綜合考慮多個方面，具體如下：

首先，網(wǎng)絡(luò)架構(gòu)的多層次安全監(jiān)控。應(yīng)構(gòu)建一個覆蓋各個網(wǎng)絡(luò)層級的綜合監(jiān)控系統(tǒng)，在車輛內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)方面，控制器局域網(wǎng)（CAN）等內(nèi)部通信系統(tǒng)是重點監(jiān)控對象。監(jiān)控工具需要對數(shù)據(jù)包進行實時捕獲和分析，以識別潛在的惡意攻擊或異常通信模式。對于車輛與外部設(shè)備的通信，重點監(jiān)控藍牙、Wi-Fi等無線連接的安全性，以及通過這些通道進行的數(shù)據(jù)交換安全性。在車輛與基礎(chǔ)設(shè)施的互聯(lián)方面，需要聚焦車輛與道路邊緣計算節(jié)點間的數(shù)據(jù)交換安全性，特別是車聯(lián)網(wǎng)（V2X）通信。結(jié)合實際調(diào)研可以發(fā)現(xiàn)，針對智能網(wǎng)聯(lián)汽車內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的復(fù)雜攻擊近年來在全球各地頻發(fā)，如利用車輛控制器局域網(wǎng)（CAN）中的安全漏洞，攻擊者可篡改車輛的內(nèi)部通信數(shù)據(jù)并實現(xiàn)汽車部分功能的控制，如通過非授權(quán)設(shè)備連接汽車的OBD-II端口并發(fā)送惡意指令，導(dǎo)致車輛剎車系統(tǒng)和轉(zhuǎn)向系統(tǒng)出現(xiàn)異常。為應(yīng)對這類攻擊，必須設(shè)法增加對車輛內(nèi)部網(wǎng)絡(luò)的實時監(jiān)控，同時加強對數(shù)據(jù)包的加密處理，同時實施更加嚴格的訪問控制策略，以此檢測和防御類似的攻擊，保證數(shù)據(jù)傳輸?shù)陌踩?，并限制非授?quán)設(shè)備的接入權(quán)限，類似事件的再次發(fā)生可得到有效防范。

其次，基于機器學(xué)習的入侵檢測算法。入侵檢測系統(tǒng)（IDS）的核心在于其檢測算法的先進性和適應(yīng)性，可利用機器學(xué)習技術(shù)，從大量網(wǎng)絡(luò)交互數(shù)據(jù)中學(xué)習并建立正常通信行為的模型。通過不斷學(xué)習和調(diào)整，模型能夠適應(yīng)新的通信模式，從而有效識別出與眾不同的異常行為或攻擊跡象。值得注意的是，算法需要具備高速處理能力，以便實時分析大量數(shù)據(jù)，快速識別和響應(yīng)安全威脅。具體實踐可考慮開發(fā)一種基于機器學(xué)習的入侵檢測系統(tǒng)，系統(tǒng)應(yīng)自主學(xué)習車輛通信模式，并實時監(jiān)測與已學(xué)習模式不符的異常行為。例如，攻擊者嘗試通過模擬車輛內(nèi)部通信協(xié)議，發(fā)送異常指令以控制車輛，上述系統(tǒng)可通過分析歷史通信數(shù)據(jù)，以及完成學(xué)習的車輛正常通信模式，及時發(fā)現(xiàn)偏離情況，進而迅速識別出異常行為并發(fā)出警報，輔以車輛制造商對受影響的車輛的遠程干預(yù)，可更好保護乘員安全。

最后，安全事件響應(yīng)計劃。當安全監(jiān)控系統(tǒng)識別出潛在威脅時，周密的響應(yīng)計劃極為關(guān)鍵，該計劃應(yīng)包含多個方面。包括立即隔離受影響的系統(tǒng)部門、通知車輛制造商和網(wǎng)絡(luò)管理員、啟動應(yīng)急恢復(fù)程序，進而防止威脅擴散，迅速采取進一步措施，并實施數(shù)據(jù)備份恢復(fù)、系統(tǒng)重啟。此外，響應(yīng)計劃還應(yīng)包括對事件的徹底調(diào)查，以明確安全漏洞并制定后續(xù)改進措施。如面對大規(guī)模的網(wǎng)絡(luò)攻擊，企業(yè)應(yīng)立即對所有受影響車輛進行遠程隔離，切斷它們與外部網(wǎng)絡(luò)的連接，同時企業(yè)安全團隊應(yīng)迅速啟動深入調(diào)查，快速定位軟件漏洞，在最短時間內(nèi)推送軟件補丁，以此迅速解決安全問題，并對受影響用戶提供免費的技術(shù)支持與服務(wù)補償。

（四）強化安全測試與數(shù)據(jù)隔離

智能網(wǎng)聯(lián)汽車的發(fā)展伴隨著日益突出的通信安全風險，強化安全測試與數(shù)據(jù)隔離同樣屬于防護的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。在安全測試方面，需采取全面系統(tǒng)化的測試策略，聚焦軟件、硬件、通信共三個層面，如對車載軟件進行定期的滲透測試和漏洞掃描，全面開展車載硬件的物理測試，軟件安全控制和硬件安全漏洞識別可由此實現(xiàn)。此外，應(yīng)通過模擬各種網(wǎng)絡(luò)攻擊場景，檢測車輛在不同網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下的安全性能，具體應(yīng)覆蓋常規(guī)情境，且涵蓋極端環(huán)境下的應(yīng)急響應(yīng)能力，進而持續(xù)評估和提升系統(tǒng)的抗攻擊能力。對于數(shù)據(jù)隔離來說，應(yīng)將關(guān)鍵數(shù)據(jù)與其他非關(guān)鍵數(shù)據(jù)分開存儲和處理，減少關(guān)鍵信息被非法訪問的風險。具體可將數(shù)據(jù)分為多個獨立的區(qū)域，每個區(qū)域有不同的安全級別和訪問權(quán)限，如車輛控制系統(tǒng)的數(shù)據(jù)應(yīng)與娛樂信息系統(tǒng)的數(shù)據(jù)隔離，確保即使后者受到攻擊，也不會影響到車輛的基本運行安全。此外，還應(yīng)關(guān)注安全測試與數(shù)據(jù)隔離的有效結(jié)合，安全測試不僅要針對系統(tǒng)的整體性能，也需聚焦于數(shù)據(jù)隔離機制的有效性，以確保各個隔離區(qū)域的安全性，同時應(yīng)定期更新安全測試的方案和工具，以應(yīng)對日益復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)安全威脅。

五、結(jié)束語

綜上所述，通信安全是智能網(wǎng)聯(lián)汽車發(fā)展的基礎(chǔ)和保障，也是智能網(wǎng)聯(lián)汽車研究的重要課題。作為汽車行業(yè)的重要發(fā)展方向，我國智能網(wǎng)聯(lián)汽車在近年來的發(fā)展中取得了喜人成果，但為了保證其能夠?qū)崿F(xiàn)長期可持續(xù)發(fā)展，必須給予通信安全領(lǐng)域的長期重視，各類新算法、新技術(shù)、新硬件的積極引入和應(yīng)用屬于其中關(guān)鍵。

作者單位：鄭光橋 一汽大眾汽車有限公司

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