车轮上的数据中心：2026 汽车芯片安全合规全景解读

PQC 后量子密码：应对量子计算威胁的加密升级

量子计算的发展对现有的加密算法构成了严重威胁。传统的公钥加密算法（如RSA和ECC）在面对量子计算机时将变得不安全。因此，UNECE R155 和 ISO/SAE 21434 均要求汽车芯片具备后量子密码（PQC）能力，以确保未来安全。

后量子密码算法旨在抵抗量子计算机的攻击，目前主流的PQC算法包括基于格的算法（如Kyber、Saber）、基于哈希的算法（如SPHINCS+）和基于编码的算法（如Classic McEliece）。选择合适的PQC算法需要考虑算法的安全性、性能和实现复杂度。

案例对比

假设某汽车制造商在选择PQC算法时，面临以下两个选项：

• Kyber：基于格的算法，具有较高的安全性和较好的性能，但实现复杂度相对较高。
• SPHINCS+：基于哈希的算法，实现简单，但性能稍逊于基于格的算法。

在实际选择时，制造商可以结合自身的需求和资源，综合考虑算法的安全性、性能和实现复杂度。例如，如果制造商更注重算法的安全性和未来扩展性，可以选择Kyber；如果更注重实现的简便性和成本控制，可以选择SPHINCS+。

硬件信任根：芯片级安全基石设计

硬件信任根（Root of Trust, RoT）是确保汽车芯片安全的基础。UNECE R155 第 6.2.3 条和 ISO/SAE 21434 第 6.3.5 条均明确要求汽车芯片具备硬件信任根功能。硬件信任根通常包括安全存储、安全启动、安全认证和安全密钥管理等功能。

一个典型的硬件信任根设计包括以下几个关键组件：

• 安全存储：用于存储安全密钥、证书和其他敏感数据，确保这些数据不被篡改或泄露。
• 安全启动：确保从启动时就建立一个安全的执行环境，防止恶意软件在启动过程中加载。
• 安全认证：通过硬件实现的认证机制，确保芯片与外部设备或系统的通信安全。
• 安全密钥管理：提供密钥的生成、存储、管理和更新功能，确保密钥的安全性和有效性。

选择具备硬件信任根功能的芯片时，制造商应关注以下几点：
– 确认芯片是否支持安全启动和安全认证功能。
– 检查芯片的安全存储机制是否符合行业标准，如使用硬件安全模块（HSM）或可信执行环境（TEE）。

安全启动：从 Bootloader 到应用层的信任链

安全启动是确保汽车芯片从启动到运行过程中始终保持安全的关键技术。UNECE R155 第 6.2.4 条和 ISO/SAE 21434 第 6.3.6 条均强调了安全启动的重要性。安全启动通过建立一个从Bootloader到应用层的信任链，确保每个启动阶段的代码都是可信的，从而防止恶意软件的加载和执行。

一个完整的安全启动过程通常包括以下几个步骤：

1. Bootloader 验证：Bootloader 是启动过程中的第一个执行程序，必须经过硬件信任根的验证，确保其未被篡改。
2. 操作系统验证：验证Bootloader加载的操作系统是否可信。
3. 应用程序验证：验证操作系统加载的应用程序是否可信。

在选择支持安全启动的芯片时，制造商应考虑以下因素：
– 芯片是否支持基于硬件的信任根验证机制。
– 芯片是否具备防篡改功能，确保启动过程中代码的完整性。
– 芯片是否支持多种安全启动模式，以适应不同的应用场景。

供应链溯源：芯片全生命周期可追溯性

供应链溯源是确保汽车芯片在整个生命周期内可追溯的关键技术。UNECE R155 第 6.2.5 条和 ISO/SAE 21434 第 6.3.7 条均要求制造商建立一个可追溯的供应链管理机制，确保芯片的来源、生产、运输和使用过程中的安全性。

实现供应链溯源的技术手段包括但不限于：
– 芯片标识：为每个芯片分配唯一的标识符，确保其在整个生命周期内的唯一性。
– 区块链技术：利用区块链技术记录芯片的生产和流通信息，确保数据的真实性和不可篡改性。
– 安全日志：记录芯片在使用过程中的安全事件，以便在出现问题时进行追溯。

在选择支持供应链溯源的芯片时，制造商应关注以下几点：
– 芯片是否支持唯一的标识符分配，并且该标识符是否难以被篡改。
– 芯片是否具备记录安全事件的能力，确保在出现问题时能够及时追溯。
– 芯片是否支持与区块链技术的集成，以提高数据的透明度和可信度。

1. 明确安全需求

在选择汽车芯片之前，制造商应明确车辆的安全需求，包括但不限于网络安全管理、数据加密、安全启动和供应链管理等方面。这些需求应与UNECE R155/R156和ISO/SAE 21434的标准要求相匹配。

2. 评估芯片功能

评估不同芯片的功能是否满足安全需求。具体评估内容包括：
– 是否支持PQC算法，如Kyber、SPHINCS+等。
– 是否具备硬件信任根功能，包括安全存储、安全启动、安全认证和安全密钥管理等。
– 是否支持安全启动，确保启动过程中的代码完整性。
– 是否支持供应链溯源，确保芯片的全生命周期可追溯性。

3. 进行合规性测试

选择符合安全需求的芯片后，制造商应进行合规性测试，确保芯片在实际应用中能够满足法规要求。测试内容包括：
– 安全启动测试：验证芯片的启动过程是否符合安全启动的要求，确保每个启动阶段的代码都是可信的。
– 安全存储测试：验证芯片的安全存储机制是否能够防止数据的篡改和泄露。
– 安全认证测试：验证芯片的认证机制是否能够确保与外部设备或系统的通信安全。
– 供应链溯源测试：验证芯片的供应链管理机制是否能够确保全生命周期的可追溯性。

4. 建立合规检查清单

为了确保选型过程的合规性，制造商可以建立一个详细的合规检查清单。以下是一个示例清单：

• PQC算法支持：
  – 芯片是否支持PQC算法（如Kyber、SPHINCS+等）：
  – 芯片是否具备PQC算法的硬件加速功能：
• 硬件信任根功能：
  – 芯片是否支持安全存储：
  – 芯片是否支持安全启动：
  – 芯片是否支持安全认证：
  – 芯片是否支持安全密钥管理：
• 安全启动：
  – 芯片是否支持基于硬件的信任根验证机制：
  – 芯片是否具备防篡改功能，确保启动过程中代码的完整性：
  – 芯片是否支持多种安全启动模式，以适应不同的应用场景：
• 供应链溯源：
  – 芯片是否支持唯一的标识符分配，并且该标识符是否难以被篡改：
  – 芯片是否具备记录安全事件的能力，确保在出现问题时能够及时追溯：
  – 芯片是否支持与区块链技术的集成，以提高数据的透明度和可信度：

5. 持续监控与更新

选型完成后，制造商应建立一个持续监控和更新机制，确保芯片在实际应用中能够应对新的安全威胁。具体措施包括：
– 定期进行安全审计，检查芯片的安全性能和合规性。
– 及时更新芯片的固件和软件，修补已知的安全漏洞。
– 与芯片供应商保持密切合作，获取最新的安全技术支持和解决方案。