智能汽車電動(dòng)門鎖無(wú)線通信安全防護(hù)研究

中圖分類號(hào)：U463.67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1003-8639(2025)07-0126-03

ResearchonWireless CommunicationSecurityProtection of ElectricDoorLocksfor Smart Vehi

Wu Canbo

(Zhengzhou Vocational College of Industrial Safety，Xinzheng ，China）

【Abstract】The development of intelligent vehicles promotes the intelligent upgradeof electric door locks，but wirelesscommunicationtechnologybrings securitychallengessuchasrelayattcksandelectromagnetic interference.This articleanalyzes theapplicationofcommon wirelesscommunication technologiessuchasRFIDandBLEinelectricdoor locks，examinessecuritythreatsfromthephysicallayer，protocol layerandapplicationlayer，andproposes corresponding protection schemes：embedding a metal shielding layer in thephysical layer andoptimizing the signal procesing algorithm；Theprotocollayeradoptsdynamickeygenerationtechnology；Applicationlayerpermission restrictions，constructionofabnormalbehavioranalysissystems，etc.Realvehicleverificationshowsthatthedefense success rate of this scheme against typical scenariossuch as signal relay attacks exceeds 95 % ，and the response delayis controlled within15Oms，taking intoaccountboth securityandsmoohness.Inthefuture，technologiessuchas vehicleroad cooperative authentication can be explored.

【Keywords】 automobile electric door lock；wireless communication technology；enhanced security；vehiclenounted network

0 引言

智能汽車的快速發(fā)展推動(dòng)電動(dòng)門鎖系統(tǒng)從傳統(tǒng)機(jī)械控制向智能化安全組件升級(jí)。傳統(tǒng)機(jī)械鎖依賴物理鑰匙，存在易被復(fù)制、抗破壞能力弱等固有缺陷，而現(xiàn)代電動(dòng)門鎖通過(guò)無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了無(wú)鑰匙進(jìn)入、遠(yuǎn)程授權(quán)等創(chuàng)新功能。例如，動(dòng)態(tài)加密協(xié)議（如滾動(dòng)碼技術(shù)）可生成唯一驗(yàn)證碼防止信號(hào)重放攻擊，生物識(shí)別模塊(指紋或面部識(shí)別)則通過(guò)生物特征唯一性強(qiáng)化身份認(rèn)證。然而，無(wú)線通信技術(shù)的應(yīng)用也帶來(lái)新的安全挑戰(zhàn)：攻擊者可利用中繼設(shè)備擴(kuò)大車鑰匙信號(hào)傳播距離，誘騙車輛誤判鑰匙位置以實(shí)現(xiàn)非法解鎖；電磁干擾可能導(dǎo)致通信鏈路異常，引發(fā)車門誤觸發(fā)或功能失效；此外，密鑰傳輸、存儲(chǔ)與使用全流程中存在數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)。如何在提升用戶便捷性的同時(shí)構(gòu)建多層次防御體系，成為智能汽車安全設(shè)計(jì)的核心矛盾。本文系統(tǒng)解析無(wú)線通信技術(shù)在電動(dòng)門鎖中的應(yīng)用原理，針對(duì)信號(hào)截獲、非法訪問(wèn)等核心威脅提出防護(hù)策略，旨在為汽車安全技術(shù)的優(yōu)化提供理論支持與實(shí)踐指導(dǎo)。

1常見(jiàn)無(wú)線通信技術(shù)解析

無(wú)線通信技術(shù)是智能汽車門鎖系統(tǒng)的核心支撐，其選型直接影響系統(tǒng)的安全性、響應(yīng)速度與用戶體驗(yàn)。常見(jiàn)無(wú)線通信技術(shù)解析見(jiàn)表1。

表1揭示了不同技術(shù)的性能差異與安全特性。RFID技術(shù)在低頻段（ 125kHz 傳輸時(shí)通信距離短，適用于近場(chǎng)觸發(fā)場(chǎng)景，但其滾動(dòng)碼加密機(jī)制易被中繼設(shè)備破解，導(dǎo)致“隔空解鎖”風(fēng)險(xiǎn)。BLE技術(shù)憑借低功耗與廣泛兼容性，成為手機(jī)數(shù)字鑰匙的主流方案，但 2.4GHz 公共頻段的開(kāi)放性使其易受中間人攻擊，需依賴雙向證書(shū)校驗(yàn)增強(qiáng)安全性2。UWB技術(shù)通過(guò)超寬帶信號(hào)實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)定位，其ToF（信號(hào)飛行時(shí)間)機(jī)制可有效防御中繼攻擊，但高硬件成本限制了普及速度。NFC技術(shù)的極短傳輸距離( <10cm 天然具備防中繼特性，適用于共享汽車的臨時(shí)密鑰分發(fā)，但需接觸式操作降低了使用便捷性[3]

2無(wú)線通信的安全威脅與攻防建模

2.1 物理層威脅

物理層是無(wú)線通信的基礎(chǔ)，負(fù)責(zé)信號(hào)的發(fā)送與接收，但這一層級(jí)的安全問(wèn)題往往源于信號(hào)本身的脆弱性。攻擊者可以通過(guò)電磁干擾設(shè)備向車輛發(fā)送高強(qiáng)度噪聲信號(hào)，擾亂門鎖系統(tǒng)與鑰匙之間的正常通信，導(dǎo)致車門無(wú)法正常解鎖或誤觸發(fā)鎖止功能4。如在停車場(chǎng)等密集電磁環(huán)境中，惡意干擾可能使車輛誤判鑰匙的有效性。另一種典型攻擊是信號(hào)竊聽(tīng)：攻擊者利用高靈敏度接收器截獲鑰匙與車輛之間的通信信號(hào)，通過(guò)長(zhǎng)期監(jiān)聽(tīng)分析信號(hào)規(guī)律，進(jìn)而破解加密邏輯。

2.2 協(xié)議層威脅

協(xié)議層定義了通信雙方的數(shù)據(jù)格式與交互規(guī)則，其漏洞可能被攻擊者利用以繞過(guò)安全驗(yàn)證。例如，在無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)中，部分早期協(xié)議使用固定編碼規(guī)則傳輸解鎖指令，攻擊者只需錄制一次合法信號(hào)即可通過(guò)重放攻擊無(wú)限次解鎖車輛。另一種常見(jiàn)攻擊是協(xié)議逆向工程：攻擊者通過(guò)分析通信數(shù)據(jù)包的結(jié)構(gòu)與內(nèi)容，推測(cè)出加密算法或密鑰生成邏輯，從而偽造合法指令。

2.3 應(yīng)用層威脅

應(yīng)用層威脅主要針對(duì)用戶交互與軟件功能實(shí)現(xiàn)中的漏洞。如通過(guò)手機(jī)APP控制的遠(yuǎn)程解鎖功能可能因軟件設(shè)計(jì)缺陷被惡意程序劫持，攻擊者可利用偽造的解鎖請(qǐng)求繞過(guò)身份驗(yàn)證。另一種風(fēng)險(xiǎn)來(lái)自過(guò)度開(kāi)放的權(quán)限設(shè)置：部分系統(tǒng)允許同一賬戶綁定多臺(tái)設(shè)備，若其中1臺(tái)設(shè)備被入侵，攻擊者可借此獲取對(duì)其他設(shè)備的控制權(quán)。

3系統(tǒng)性安全性能提升方案

3.1 物理層加固

物理層加固的核心在于提升硬件抗干擾能力。針對(duì)電磁干擾問(wèn)題，可在門鎖控制模塊中嵌入金屬屏蔽層，將關(guān)鍵電路與外部電磁環(huán)境隔離，如在接收天線周圍包裹導(dǎo)電材料以吸收干擾信號(hào)。同時(shí)，優(yōu)化信號(hào)處理算法能夠增強(qiáng)通信穩(wěn)定性一當(dāng)檢測(cè)到信號(hào)強(qiáng)度異常波動(dòng)時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)切換至抗干擾模式，通過(guò)多頻段冗余傳輸確保指令可達(dá)性。如在強(qiáng)電磁干擾環(huán)境中，主頻段（如 2.4GHz 信號(hào)被干擾后，系統(tǒng)立即啟用備用低頻信道完成指令傳輸。

3.2 協(xié)議層升級(jí)

協(xié)議層升級(jí)需圍繞動(dòng)態(tài)安全機(jī)制展開(kāi)。傳統(tǒng)固定編碼協(xié)議易被破解，因此需采用動(dòng)態(tài)密鑰生成技術(shù)—每次通信時(shí)基于時(shí)間戳、隨機(jī)數(shù)及設(shè)備唯一標(biāo)識(shí)符生成一次性密鑰，確保即使單次通信被截獲也無(wú)法復(fù)現(xiàn)攻擊。如車輛在驗(yàn)證鑰匙身份時(shí)，不僅要求密鑰匹配，還需校驗(yàn)密鑰生成時(shí)間與當(dāng)前時(shí)間的合理性，防止重放攻擊。

3.3 應(yīng)用層防護(hù)

應(yīng)用層防護(hù)聚焦于軟件功能的安全設(shè)計(jì)與用戶行為管控。首先，嚴(yán)格限制權(quán)限范圍——遠(yuǎn)程控制功能(如手機(jī)APP解鎖)需與近距離操作區(qū)隔，例如僅允許在車輛藍(lán)牙連接范圍內(nèi)使用遠(yuǎn)程指令，超出范圍則強(qiáng)制啟用生物識(shí)別驗(yàn)證。其次，構(gòu)建異常行為分析系統(tǒng)：通過(guò)機(jī)器學(xué)習(xí)模型學(xué)習(xí)用戶的常規(guī)操作模式（如解鎖時(shí)間、地點(diǎn)頻率），當(dāng)檢測(cè)到非常規(guī)行為(如深夜陌生地點(diǎn)的頻繁解鎖嘗試)時(shí)，自動(dòng)觸發(fā)二次認(rèn)證或臨時(shí)鎖定。針對(duì)軟件升級(jí)風(fēng)險(xiǎn)，建立固件簽名驗(yàn)證機(jī)制：車輛僅安裝經(jīng)過(guò)車企數(shù)字簽名的更新包，并在安裝前自動(dòng)校驗(yàn)文件完整性與簽名有效性，防止惡意代碼植入。最后，通過(guò)用戶教育降低人為風(fēng)險(xiǎn)一一系統(tǒng)可定期推送安全提示，引導(dǎo)用戶避免使用公共Wi-Fi進(jìn)行車輛控制、定期更新密鑰等，形成“技術(shù)防御 ∣+ 用戶意識(shí)”的雙重保障體系。

4實(shí)車驗(yàn)證

4.1 測(cè)試平臺(tái)搭建

為驗(yàn)證安全方案的實(shí)際效果，試驗(yàn)選用某品牌量產(chǎn)電動(dòng)SUV作為測(cè)試車輛，其搭載UWB與藍(lán)牙雙模通信模塊，并集成動(dòng)態(tài)加密協(xié)議與生物識(shí)別功能。測(cè)試平臺(tái)由3部分組成：車輛本體、模擬攻擊設(shè)備及數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)。車輛端保留原廠門鎖硬件，但升級(jí)了安全固件以支持本文提出的防護(hù)策略；攻擊設(shè)備包括信號(hào)中繼器、電磁干擾發(fā)射器及協(xié)議逆向工具，用于模擬真實(shí)場(chǎng)景下的常見(jiàn)攻擊手段；數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)通過(guò)車載CAN總線與云端監(jiān)控平臺(tái)實(shí)時(shí)記錄通信數(shù)據(jù)、控制指令及系統(tǒng)狀態(tài)。測(cè)試場(chǎng)景覆蓋城市道路（密集信號(hào)干擾）、地下停車場(chǎng)（弱信號(hào)環(huán)境）及高速公路服務(wù)區(qū)（遠(yuǎn)距離通信），并在不同天氣條件（晴天、雨天)下重復(fù)試驗(yàn)以評(píng)估環(huán)境適應(yīng)性。測(cè)試流程分為3個(gè)階段：首先驗(yàn)證基礎(chǔ)功能（正常解鎖、緊急響應(yīng))的可靠性；其次注入模擬攻擊(如中繼攻擊、惡意固件升級(jí)）；最后通過(guò)長(zhǎng)期運(yùn)行測(cè)試評(píng)估系統(tǒng)穩(wěn)定性。

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)重點(diǎn)評(píng)估安全方案對(duì)非法攻擊的防御能力與系統(tǒng)實(shí)時(shí)性。測(cè)試過(guò)程中模擬了4類典型攻擊場(chǎng)景：信號(hào)中繼攻擊、電磁干擾致癱、協(xié)議逆向破解及遠(yuǎn)程API濫用。通過(guò)對(duì)比升級(jí)前后的系統(tǒng)表現(xiàn)，驗(yàn)證分層防護(hù)策略的有效性，見(jiàn)表2。

表2數(shù)據(jù)驗(yàn)證了安全方案的實(shí)際效能。在信號(hào)中繼攻擊場(chǎng)景中，防御成功率高達(dá) 99.8% ，表明動(dòng)態(tài)密鑰機(jī)制與UWB精準(zhǔn)定位技術(shù)的結(jié)合有效阻斷了非法信號(hào)傳播，其 120ms 的平均響應(yīng)時(shí)間證明系統(tǒng)在保障安全性的同時(shí)未顯著影響用戶體驗(yàn)。針對(duì)電磁干擾致癱的測(cè)試顯示， 95.4% 的防御成功率與 150ms 響應(yīng)時(shí)間表明冗余信道切換策略成功維持了極端環(huán)境下的基礎(chǔ)功能可用性，而 1.1% 的誤報(bào)率主要源于短時(shí)強(qiáng)干擾觸發(fā)的保護(hù)性誤判，這類保守設(shè)計(jì)反而體現(xiàn)了系統(tǒng)對(duì)潛在風(fēng)險(xiǎn)的高度警覺(jué)。協(xié)議逆向破解場(chǎng)景中 98.6% 的防御成功率凸顯了協(xié)議層雙向認(rèn)證與時(shí)間戳驗(yàn)證機(jī)制的有效性， 130ms 的響應(yīng)速度證明復(fù)雜加密邏輯未對(duì)實(shí)時(shí)性造成負(fù)擔(dān)。遠(yuǎn)程API濫用測(cè)試中 97.3% 的防御成功率與 110ms 的快速響應(yīng)，則驗(yàn)證了權(quán)限隔離與行為監(jiān)測(cè)策略在阻斷非法訪問(wèn)中的高效性。整體來(lái)看，所有攻擊場(chǎng)景的防御成功率均超過(guò) 95% ，且系統(tǒng)響應(yīng)延遲控制在 150ms 以內(nèi)，充分說(shuō)明分層防護(hù)體系兼顧了安全防護(hù)與操作流暢性，為智能汽車門鎖系統(tǒng)的可靠性升級(jí)提供了實(shí)證支持。

5 結(jié)論與未來(lái)方向

本研究針對(duì)智能汽車電動(dòng)門鎖系統(tǒng)的無(wú)線通信安全問(wèn)題，提出了覆蓋物理層、協(xié)議層與應(yīng)用層的系統(tǒng)性防護(hù)方案。通過(guò)動(dòng)態(tài)密鑰機(jī)制與多頻段協(xié)同技術(shù)，有效抵御了中繼攻擊、信號(hào)干擾等物理層威脅；協(xié)議層升級(jí)引入雙向認(rèn)證與時(shí)效性驗(yàn)證，顯著降低協(xié)議逆向與重放攻擊風(fēng)險(xiǎn)；應(yīng)用層防護(hù)通過(guò)權(quán)限隔離與異常行為監(jiān)測(cè)，構(gòu)建了用戶操作的全流程安全屏障。試驗(yàn)驗(yàn)證表明，該方案在保障實(shí)時(shí)響應(yīng)速度的前提下，將典型攻擊場(chǎng)景的防御成功率提升至 95% 以上，且系統(tǒng)誤觸發(fā)率低于行業(yè)平均水平。當(dāng)前技術(shù)瓶頸主要集中于極端環(huán)境下的信號(hào)穩(wěn)定性與硬件成本控制，未來(lái)研究需進(jìn)一步探索車路協(xié)同認(rèn)證機(jī)制、輕量化量子加密算法與用戶安全行為引導(dǎo)策略，推動(dòng)智能汽車安全體系從被動(dòng)防御向主動(dòng)預(yù)警演進(jìn)，為行業(yè)技術(shù)升級(jí)與標(biāo)準(zhǔn)制定提供理論支撐。

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(編輯林子衿)