当前位置：首页 > news >正文

CAS汽车固件签名：从“完成签名”到“安全治理”的演进之路

news 2025/10/25 9:31:04

摘要：随着汽车电子电气架构向域控制器、中央计算平台演进，固件更新频率激增，OTA（空中下载）成为常态。固件签名作为保障软件完整性和来源可信的核心机制，其重要性已远超“加个数字签名”这一简单动作。本文深入剖析汽车固件签名在实际落地中面临的三大核心挑战——用户权限混乱、项目隔离缺失、密钥生命周期失控，并探讨如何通过构建统一的密钥应用治理体系，实现“谁在什么项目下用哪把密钥签名”的精细化管控。文章最后以某头部车企实践为例，说明如何借助专业密钥管理系统，在保障安全合规的同时提升研发与交付效率。全文无商业推广，仅作技术交流。

1. 引言：固件签名，汽车软件定义时代的“数字印章”

在“软件定义汽车”（Software-Defined Vehicle, SDV）浪潮下，一辆智能汽车的代码量已超1亿行，涉及上百个ECU（电子控制单元）。从动力域到智能座舱，从ADAS到车联网，固件（Firmware）成为车辆功能迭代的核心载体。

而OTA（Over-The-Air）技术的普及，使得车企可在车辆售出后持续推送功能升级、安全补丁甚至新商业模式（如订阅服务）。然而，每一次OTA推送，都是一次对车辆控制权的远程交付。若固件被篡改或伪造，轻则功能异常，重则危及行车安全。

因此，固件签名（Firmware Signing）成为汽车软件供应链安全的基石。其核心目标是：

完整性：确保固件在传输和存储过程中未被篡改；
真实性：验证固件确实来自合法开发者（如车企或授权供应商）；
不可抵赖性：签名行为可追溯，责任可界定。

然而，许多企业仍将固件签名视为“编译后加个签名脚本”的技术动作，忽视了其背后复杂的权限、项目与密钥管理需求，导致安全体系形同虚设。

2. 固件签名的技术原理简述

固件签名通常基于非对称加密（如RSA、ECC）或国密算法（SM2）实现：

开发者使用私钥对固件哈希值进行签名；
车辆ECU在启动或更新时，使用预置的公钥验证签名；
若验证通过，则加载固件；否则拒绝执行。

关键前提：私钥必须严格保密，一旦泄露，攻击者可伪造任意合法固件。

为提升安全性，现代汽车系统常采用多级签名（Multi-stage Signing）：

一级签名：由芯片厂商签Bootloader；
二级签名：由车企签OS或中间件；
三级签名：由Tier1供应商签应用固件。

这种链式信任模型（Chain of Trust）要求每一级签名都可靠，而密钥管理正是整个链条中最脆弱的一环。

3. 现实困境：为什么“完成签名”不等于“安全落地”？

在这里插入图片描述

在与多家车企及Tier1供应商交流中，我们发现，90%以上的固件签名事故并非技术漏洞，而是管理失控。典型问题包括：

3.1 用户权限混乱：谁有权签名？

研发、测试、生产、外包团队共用同一套签名密钥；
离职员工仍保留签名权限；
无操作日志，无法追溯“谁在何时签了哪个版本”。

案例：某新势力车企在内部审计中发现，测试团队曾使用生产密钥签署测试固件，并误推至用户车辆，导致部分车型无法启动。

3.2 项目隔离缺失：不同车型混用密钥

A车型与B车型使用同一把私钥签名；
供应商为多个客户项目共用密钥；
一旦某项目密钥泄露，所有关联车型均需紧急召回。

合规风险：ISO/SAE 21434《道路车辆网络安全工程》明确要求“按项目或产品线隔离密钥”。

3.3 密钥生命周期失控

私钥以明文形式存储在开发者本地电脑或共享网盘；
无定期轮换机制，一把密钥使用数年；
密钥备份无加密，恢复流程不规范；
无HSM（硬件安全模块）保护，易被内存dump窃取。

后果：即使签名算法再强，私钥一旦泄露，整个信任体系崩塌。

4. 汽车行业对固件签名的特殊要求

相较于消费电子或IoT设备，汽车行业对固件签名提出更高要求：

4.1 合规驱动

ISO/SAE 21434：要求建立“密钥管理策略”，包括生成、存储、使用、轮换、销毁；
UN R155/R156：联合国汽车网络安全与软件更新法规，强制要求“安全的软件更新机制”，签名是核心；
等保2.0/国密合规：国内车企需支持SM2/SM3/SM4算法，密钥需通过国密认证设备保护。

4.2 供应链复杂

一辆车涉及数十家供应商，固件由不同团队开发。车企需：

为每家供应商分配独立密钥；
控制其签名权限（如仅限测试环境）；
审计其签名行为。

4.3 生命周期长达10–15年

汽车服役周期远超手机或电脑，密钥需支持：

长期有效但可吊销；
向后兼容旧ECU；
支持密钥迁移与升级。

5. 从“签名工具”到“密钥治理体系”的升级

要真正实现安全的固件签名，企业需构建一套密钥应用治理体系，涵盖以下维度：

5.1 用户管理：基于角色的访问控制（RBAC）

定义角色：如“固件开发员”、“测试工程师”、“发布管理员”；
分配权限：开发员可签测试固件，但不可签生产版本；
支持SSO集成（如AD/LDAP），实现统一身份认证。

5.2 项目隔离：按车型/ECU/供应商划分密钥空间

每个项目拥有独立密钥对；
密钥命名规范：如 VW_ID4_ADS_2025_PROD；
支持密钥继承与派生（如主密钥派生子密钥）。

5.3 密钥全生命周期管理

阶段	要求
生成	在HSM或国密认证设备中生成，禁止软件生成
存储	私钥永不离开安全设备，禁止导出
使用	通过API调用，禁止直接访问私钥
轮换	支持自动/手动轮换，旧密钥可保留用于验证历史固件
审计	记录每次签名的时间、用户、项目、固件哈希
销毁	支持逻辑/物理销毁，符合NIST SP 800-57

5.4 自动化集成：嵌入CI/CD流水线

签名作为CI/CD的一个阶段（如Jenkins、GitLab CI）；
通过RESTful API或CLI工具调用签名服务；
签名失败自动阻断发布流程。

6. 某国际Tier1供应商的实践：从混乱到有序

背景

该供应商为全球多家车企提供ADAS域控制器，每年交付数百个固件版本。初期采用脚本+本地密钥方式签名，问题频发：

多个客户项目共用密钥；
开发者将私钥上传至Git仓库（虽已加密，但密钥口令写在README中）；
无审计日志，无法定位问题固件来源。

转型方案

引入统一密钥应用管理系统，实现：

按客户+项目创建密钥空间
每个OEM客户拥有独立密钥组，项目间完全隔离。
HSM保护私钥
所有私钥在国密二级HSM中生成与存储，签名操作在HSM内完成。
CI/CD无缝集成
Jenkins通过API调用签名服务，传入项目ID与固件文件，系统自动匹配密钥并返回签名结果。
全链路审计
每次签名生成唯一事务ID，关联Jira任务号、Git Commit、操作人，满足ISO 21434审计要求。

效果：密钥泄露风险归零，OTA发布效率提升40%，顺利通过多家OEM的网络安全审计。

7. 成熟解决方案的关键能力

面对上述复杂需求，越来越多企业选择采用专业的密钥应用管理系统，而非自建脚本或简单工具。这类系统通常具备以下核心能力：

多租户项目隔离：支持车企、子公司、供应商多层级管理；
HSM/国密设备集成：兼容主流硬件安全模块；
细粒度权限控制：支持“用户-项目-密钥-操作”四维授权；
自动化API接口：便于嵌入DevOps流程；
合规就绪：内置ISO 21434、UN R155、等保2.0检查项；
灾备与高可用：支持集群部署与密钥备份。

安当CAS（Cryptographic Application System）正是面向此类场景的专业密钥管理平台。其在汽车、轨道交通、工业控制等领域已有多个落地案例，帮助客户实现从“能签名”到“安全、合规、高效签名”的跨越。

典型应用场景：

某新能源车企通过安当CAS为10+车型分配独立签名密钥，实现“一车一密”；
某自动驾驶公司利用其RBAC模型，确保外包团队仅能签署测试固件；
某Tier1供应商借助其CI/CD插件，将签名时间从30分钟缩短至2分钟。

8. 企业自建 vs 商用方案：如何选择？

企业在决策时可参考以下评估维度：

维度	自建方案	商用密钥管理系统
开发成本	高（需安全、密码学、DevOps多团队协作）	低（开箱即用）
合规保障	需自行设计，审计风险高	内置合规模板，通过第三方认证
HSM集成	需适配不同厂商SDK	预集成主流HSM（如江南科友、飞天诚信）
运维复杂度	高（需专人维护）	低（厂商提供技术支持）
扩展性	弱（难以支持新算法或新场景）	强（支持国密、FIPS、后量子密码演进）