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汽车信息安全测试与ISO/SAE 21434标准

news 2025/10/3 8:53:48

一、智能网联汽车的行业背景与安全现状

1.1 行业发展三大趋势

现代汽车产业正经历一场深刻变革，主要体现在三大核心发展方向上：

智能化 (Intelligent)
: 核心体现在自动驾驶技术的快速发展。目前主流车辆处于 L2+ 或 L3 级别，各大主机厂正通过海量实际道路测试数据不断迭代技术，推动向更高级别自动驾驶演进。
网联化 (Connected)
: 汽车不再是孤立的交通工具，而是转变为一个移动的智能终端。通过 V2X (Vehicle-to-Everything) 技术，车辆可以实现与万物互联：
- V2V
  车与车之间的通信。
- V2C
  车与云端服务器的通信。
- V2I
  车与路边基础设施（如红绿灯、传感器）的通信。
- V2P
  车与行人（如通过手机）的通信。
- [扩展] V2G (Vehicle-to-Grid)
  电动汽车与电网的双向互动，不仅可以从电网充电，还可以在高峰期向电网反馈电能。
电动化 (Electric)
在全球“碳达峰”和“碳中和”（双碳）目标的大背景下，电动汽车取代传统燃油车已成为必然趋势。这不仅改变了汽车的动力系统，也带来了新的安全挑战，如充电过程中的信息安全问题（V2G通信安全）。

1.2 日益严峻的安全威胁

随着汽车“新四化”（智能化、网联化、电动化、共享化）的深入，车辆的攻击面急剧扩大，信息安全事件频发。

常见攻击载体
- 远程攻击
  服务器端、移动APP、无钥匙进入系统、车载娱乐信息系统 (IVI)、WiFi/蓝牙开放端口。
- 物理接触攻击
  OBD-II 诊断接口、USB接口、直接接触ECU。
攻击者类型
- 黑帽黑客 (Black Hat)
  出于恶意目的（如盗窃、勒索、破坏）进行攻击，是主要威胁来源。
- 白帽黑客 (White Hat)
  出于研究或善意目的，主动发现并报告漏洞，以帮助厂商提升产品安全性。
标志性事件
- 2015年吉普自由光远程破解事件
  两位白帽黑客通过车载娱乐系统的蜂窝网络漏洞，远程控制了一辆正在高速公路上行驶的吉普自由光，实现了对车辆转向、刹车、油门等关键功能的操控。
- 历史意义
  该事件导致了历史上首次因信息安全问题引发的大规模汽车召回（140万辆），标志着汽车信息安全进入了公众和监管机构的视野，因此2015年常被称为“汽车信息安全元年”。

二、汽车信息安全法规与标准体系

2.1 联合国法规：UN R155 & R156

为应对日益增长的汽车网络安全威胁，联合国欧洲经济委员会世界车辆法规协调论坛 (UNECE WP.29) 发布了两项强制性法规。

UN R155 - 网络安全管理体系 (CSMS - Cyber Security Management System)
- 2022年7月
  所有出口到欧盟及其他缔约国的新车型必须通过 VTA 认证。
- 2024年7月
  所有在售车型都必须通过 VTA 认证。
- 核心要求
  要求整车厂 (OEM) 必须建立覆盖车辆全生命周期（从开发到生产再到报废）的网络安全管理流程体系。
- 认证类型
- 关键时间节点
1. 流程认证 (CSMS Certificate)
  对主机厂的组织管理体系进行认证。
2. 车型认证 (VTA - Vehicle Type Approval)
  对具体车型的网络安全防护能力进行认证。
UN R156 - 软件更新管理体系 (SUMS - Software Update Management System)
- 核心要求
  规范车辆软件更新（尤其是OTA - Over-the-Air）流程的安全性与合规性。

2.2 核心支撑标准：ISO/SAE 21434

ISO/SAE 21434 是一个国际标准，它为满足 UN R155 法规要求提供了详细的方法论和实践指南。

全称
ISO/SAE 21434 "Road vehicles — Cybersecurity engineering" (道路车辆 — 网络安全工程)。
定位
- 它是实现 UN R155 CSMS 要求的**“操作手册”和“最佳实践集”**。
- 它不仅适用于整车厂 (OEM)，也适用于整个汽车供应链，包括一级供应商 (Tier 1)、二级供应商 (Tier 2) 和芯片厂商。
认证关系
- 主机厂
  必须通过 UN R155 认证才能在缔约国市场销售车辆。
- 供应商
  申请 ISO/SAE 21434 认证（包括流程认证和产品认证）并非法规强制，但已成为向主机厂证明自身网络安全能力、满足供应链安全要求的事实标准。

2.3 [扩展] 认证机构角色

审批机构 (AA/TA - Approval Authority / Type Approval Authority)
各缔约国的政府授权机构，如德国的KBA、荷兰的RDW。它们是唯一有权颁发 VTA 证书的实体。
技术服务机构 (TS - Technical Service)
受 AA/TA 委托的第三方专业机构（如TÜV、DEKRA等），负责对主机厂的CSMS和车辆进行实地评估和测试，并将评估报告提交给AA/TA用于发证决策。

三、 ISO/SAE 21434核心流程与验证方法

3.1 V模型开发流程

ISO 21434 遵循经典的V模型开发流程，将安全活动贯穿于产品生命周期的各个阶段。

左侧（设计与开发）
- 系统/硬件/软件设计
  基于TARA导出的安全目标，设计具体的安全规范和架构。
- 实现
  进行编码和硬件实现。
- 相关项定义 (Item Definition)
  确定要分析的对象边界（如一个ECU、一个域控制器或整车）。
- TARA分析 (Threat Analysis and Risk Assessment)
  威胁分析与风险评估，是汽车网络安全的核心活动，用于识别威胁、评估风险并确定安全目标。
1. 概念阶段 (Concept Phase)
2. 产品开发阶段 (Product Development)
右侧（测试与验证）
与左侧各阶段一一对应，确保每个阶段的设计和实现都得到充分验证。

3.2 标准定义的四大验证方法

在 V 模型的右侧，ISO 21434 第11章明确提出了四类必须考虑的安全验证（测试）方法：

功能测试 (Functional Testing)
- 目的
  验证已实现的安全机制（如加密算法、安全启动、访问控制等）是否按预期正常工作。
- 执行者
  通常建议由开发团队执行，因为他们最了解产品设计和功能细节。
漏洞扫描 (Vulnerability Scanning)
- 静态分析 (SAST)
  在不运行代码的情况下，分析源代码或二进制文件，查找编码缺陷。
- 动态分析 (DAST)
  在系统运行时，模拟攻击行为，检测运行时的漏洞。
- 软件成分分析 (SCA)
  扫描项目中使用的开源组件，比对已知漏洞库（如CVE），发现其中存在的已知漏洞。
- [扩展] 其他
  还包括对操作系统配置、网络协议等的已知漏洞扫描。
- 目的
  自动发现系统中存在的已知漏洞。
模糊测试 (Fuzz Testing / Fuzzing)
- 目的
  发现未知漏洞。
- 原理
  向被测对象的输入接口（如CAN总线、以太网端口、API）发送大量非预期的、畸形的、随机的数据，并监控系统是否出现崩溃、异常响应或内存泄漏等非预期行为，从而发现潜在的零日漏洞 (0-day)。
- 重要性
  能够有效发现因协议实现错误、边界条件处理不当等导致的严重漏洞。
渗透测试 (Penetration Testing)
- 目的
  模拟真实黑客的攻击思路和技术，从攻击者视角全面评估系统的整体安全性。
- 特点
  是一种目标驱动的、创造性的测试方法，高度依赖测试人员（白帽黑客）的经验、技能和知识库。它不仅验证单个漏洞，更关注如何将多个漏洞组合起来形成完整的攻击链。