DE102019215568A1 - Gateway for a vehicle - Google Patents
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Abstract
Verfahren zum Betreiben eines Gateways eines Fahrzeugs, bei dem ein an ein Gateway eines Fahrzeugs angeschlossenes Steuergerät des Fahrzeugs bei jedem Kommunizieren einen Identifikator des Steuergeräts überträgt und das Gateway den von dem Steuergerät übertragenen Identifikator empfängt sowie Gateway für ein Fahrzeug, Steuergerät für ein Fahrzeug und Fahrzeug.Method for operating a gateway of a vehicle, in which a control unit of the vehicle connected to a gateway of a vehicle transmits an identifier of the control unit with each communication and the gateway receives the identifier transmitted by the control unit as well as gateway for a vehicle, control unit for a vehicle and vehicle .
Description
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zum Betreiben eines Gateways eines Fahrzeugs, bei dem ein an ein Gateway eines Fahrzeugs angeschlossenes Steuergerät des Fahrzeugs bei jedem Kommunizieren einen Identifikator des Steuergeräts überträgt und das Gateway den von dem Steuergerät übertragenen Identifikator empfängt. Ferner betrifft die Erfindung ein Gateway für ein Fahrzeug, ein Steuergerät für ein Fahrzeug und ein Fahrzeug.The invention relates to a method for operating a gateway of a vehicle, in which a control device of the vehicle connected to a gateway of a vehicle transmits an identifier of the control device with each communication and the gateway receives the identifier transmitted by the control device. The invention also relates to a gateway for a vehicle, a control device for a vehicle and a vehicle.
Ein Fahrzeug umfasst gewöhnlich ein Bussystem mit einem oder mehreren Gateways und einer Mehrzahl von mit jeweils einem Gateway verbundenen und jeweils eine Funktion des Fahrzeugs bereitstellenden Steuergeräten (Electronic Control Unit, ECU). In einem Ethernet-basierten Bussystem umfasst jedes Steuergerät eine innerhalb des Bussystems eindeutige Internet Protocol (IP)-Adresse und eine weltweit eindeutige Media Access Control (MAC)-Adresse. Das Gateway unterstützt ein Kommunizieren der Steuergeräte über das Bussystem, indem es zwischen den Steuergeräten ausgetauschte Nachrichten basierend auf den IP-Adressen jeweils beteiligter Steuergeräte weiterleitet.A vehicle usually comprises a bus system with one or more gateways and a plurality of electronic control units (ECUs), each connected to a gateway and each providing a function of the vehicle. In an Ethernet-based bus system, each control device has an Internet Protocol (IP) address that is unique within the bus system and a Media Access Control (MAC) address that is unique worldwide. The gateway supports communication between the control units via the bus system by forwarding messages exchanged between the control units based on the IP addresses of the control units involved.
Das Gateway kann als ein dediziertes Gerät oder als ein Steuergerät des Fahrzeugs ausgebildet sein und eine in einer Normalbetriebsart des Gateways konstante, d. h. unveränderliche, interne Tabelle mit IP-Adressen und/oder MAC-Adressen von mit dem Bussystem verbundenen Steuergeräten umfassen. In diesem Fall dienen also die IP-Adressen und/oder die MAC-Adressen als Identifikatoren im Sinne der Erfindung. The gateway can be designed as a dedicated device or as a control device of the vehicle and a constant in a normal operating mode of the gateway, i. H. unchangeable, internal table with IP addresses and / or MAC addresses of control devices connected to the bus system. In this case, the IP addresses and / or the MAC addresses are used as identifiers for the purposes of the invention.
Mittels der internen Tabelle kann das Gateway jede von einem Steuergerät empfangene IP-Adresse und/oder MAC-Adresse verifizieren und dem jeweiligen Steuergerät ein Kommunizieren über das Bussystem gestatten, wenn das Verifizieren gelingt, und das Steuergerät von einem Kommunizieren über das Bussystem ausschließen, wenn das Verifizieren misslingt. Durch das Verifizieren wird die Sicherheit des Bussystems des Fahrzeugs erhöht. Entsprechend wird das Bussystem vor einer auf einem Defekt beruhenden Fehlfunktion oder einem bösartigen Angriff geschützt.Using the internal table, the gateway can verify each IP address and / or MAC address received from a control device and allow the respective control device to communicate via the bus system if the verification is successful and exclude the control device from communicating via the bus system if verification fails. The verification increases the safety of the vehicle's bus system. Accordingly, the bus system is protected from a malfunction based on a defect or a malicious attack.
Unter Verifizieren im Sinne der Erfindung wird ein Abgleichen eines von dem Steuergerät empfangenen Identifikators verstanden. Das Verifizieren gelingt, wenn die interne Tabelle den von dem Steuergerät empfangenen Identifikator umfasst, während das Verifizieren misslingt, wenn die interne Tabelle den von dem Steuergerät empfangenen Identifikator nicht umfasst.Verification in the context of the invention is understood to mean comparing an identifier received from the control device. The verification succeeds when the internal table includes the identifier received from the control device, while the verification fails when the internal table does not include the identifier received from the control device.
Allerdings muss im Rahmen einer Inspektion des Fahrzeugs oder einer Reparatur des Fahrzeugs ein bezogen auf das Fahrzeug externes Gerät, etwa ein Diagnosegerät wie ein Testgerät zum Testen eines Steuergeräts oder Lesegerät zum Auslesen eines Fehlerprotokolls, mit dem Bussystem des Fahrzeugs verbunden werden und über das Bussystem mit den Steuergeräten des Fahrzeugs kommunizieren. Ohne Weiteres misslingt aber ein Verifizieren des externen Geräts, da die interne Tabelle eine IP-Adresse und/oder eine MAC-Adresse des externen Geräts nicht umfasst. Infolgedessen ist ein Inspizieren oder Reparieren des Fahrzeugs, welches ein Kommunizieren des externen Geräts über das Bussystem voraussetzt, ausgesch lossen .However, as part of an inspection of the vehicle or a repair of the vehicle, a device external to the vehicle, for example a diagnostic device such as a test device for testing a control device or reader for reading out an error log, must be connected to the bus system of the vehicle and via the bus system with communicate with the vehicle's control units. Verification of the external device fails without further ado, since the internal table does not contain an IP address and / or a MAC address of the external device. As a result, inspection or repair of the vehicle, which requires the external device to communicate via the bus system, is ruled out.
Zur Lösung dieses Problems offenbart
Diese bekannten Verfahren bieten aber keinen Schutz gegen manipulierte Steuergeräte oder bezogen auf das Fahrzeug externe Geräte, welche zum Zwecke eines bösartigen Angriffs einen von der internen Tabelle des Gateways umfassten Identifikator an das Gateway übertragen und entsprechend eine falsche Identität vortäuschen.However, these known methods do not offer any protection against manipulated control devices or devices external to the vehicle, which transmit an identifier contained in the internal table of the gateway to the gateway for the purpose of a malicious attack and accordingly simulate a false identity.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Betreiben eines Gateways für ein Fahrzeug vorzuschlagen, welches eine höhere Sicherheit eines Bussystems eines Fahrzeugs gewährleistet und das Bussystem besser gegen einen bösartigen Angriff schützt. Ferner ist Aufgabe der Erfindung, ein sicheres Gateway, ein sicheres Steuergerät und ein sicheres Fahrzeug zur Verfügung zu stellen.The invention is therefore based on the object of proposing a method for operating a gateway for a vehicle which ensures greater security of a bus system of a vehicle and better protects the bus system against a malicious attack. Another object of the invention is to provide a safe gateway, a safe control device and a safe vehicle.
Gegenstand der Erfindung ist ein Verfahren zum Betreiben eines Gateways eines Fahrzeugs, bei dem ein an ein Gateway eines Fahrzeugs angeschlossenes Steuergerät des Fahrzeugs bei jedem Kommunizieren einen Identifikator des Steuergeräts überträgt und das Gateway den von dem Steuergerät übertragenen Identifikator empfängt. Gewöhnlich werden werden IP-Adressen und/oder MAC-Adressen als Identifikatoren der mit dem Bussystem des Fahrzeugs verbundenen Steuergeräte verwendet.The invention relates to a method for operating a gateway of a vehicle, in which a control device of the vehicle connected to a gateway of a vehicle transmits an identifier of the control device with each communication and the gateway receives the identifier transmitted by the control device. Usually, IP addresses and / or MAC addresses are used as identifiers of the control devices connected to the bus system of the vehicle.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren verifiziert das Gateway in einer von einer Normalbetriebsart verschiedenen Diagnosebetriebsart den empfangenen Identifikator mittels einer bezogen auf das Fahrzeug externen Datenbank und trägt in der Diagnosebetriebsart den Identifikator genau dann in eine interne Tabelle des Gateways einträgt, wenn das Verifizieren gelingt. Mit anderen Worten setzt ein Eintragen eines empfangenen Identifikators in die interne Tabelle des Gateways ein erfolgreiches Abgleichen mit der externen Datenbank voraus, d. h. die externe Datenbank muss den empfangenen Identifikator umfassen. Infolgedessen entscheidet jedenfalls die externe Datenbank über ein Eintragen des empfangenen Identifikators in die interne Tabelle des Gateways.In the method according to the invention, the gateway verifies the received identifier in a diagnostic mode different from a normal mode by means of a database external to the vehicle and enters the identifier in the diagnostic mode in an internal table of the gateway if the verification succeeds. In other words, entering a received identifier in the internal table of the gateway requires a successful comparison with the external database, i. E. H. the external database must contain the received identifier. As a result, the external database decides whether to enter the received identifier in the gateway's internal table.
Ein erfolgreicher bösartiger Angriff durch ein manipuliertes Steuergerät oder bezogen auf das Fahrzeug externes Gerät ist demnach ausgeschlossen, wenn die externe Datenbank den von dem manipulierten Steuergerät übertragenen Identifikator nicht umfasst. Die externe Datenbank kann von einem Hersteller des Fahrzeugs zentral betrieben und ihrerseits gegenüber bösartigen Angriffen aufgrund Ihrer Zentralität besonders effizient geschützt werden.A successful malicious attack by a manipulated control device or, in relation to the vehicle, an external device is therefore excluded if the external database does not include the identifier transmitted by the manipulated control device. The external database can be operated centrally by a manufacturer of the vehicle and, in turn, can be protected particularly efficiently against malicious attacks due to its centrality.
Dank der Verschiedenheit des Identifikators von einer IP-Adresse und einer MAC-Adresse ist eine Form und/oder Bedeutung des Identifikators frei wählbar. Der Hersteller des Fahrzeugs ist daher in der Lage, den Identifikator durch eine entsprechende formale und/oder semantische Ausgestaltung des Identifikators mit einer beliebigen Sicherheit zu versehen, wodurch ein bösartiger Angriff weiter erschwert ist.Thanks to the difference between the identifier and an IP address and a MAC address, the form and / or meaning of the identifier can be freely selected. The manufacturer of the vehicle is therefore able to provide the identifier with any desired security by means of a corresponding formal and / or semantic design of the identifier, which makes a malicious attack even more difficult.
Der empfangene Identifikator wird ausschließlich in der Diagnosebetriebsart des Gateways in die interne Tabelle eingetragen. Damit erhöht die Diagnosebetriebsart die Sicherheit des Gateways, des Bussystems sowie sämtlicher an das Bussystem angeschlossener Steuergeräte weiter.The identifier received is only entered in the internal table in the gateway's diagnostic mode. The diagnostic mode thus further increases the security of the gateway, the bus system and all control devices connected to the bus system.
Bevorzugt überträgt das Steuergerät eine Softwarekennung als den Identifikator an das Steuergerät. Eine Softwarekennung bietet den Vorteil, dass sie bei Bedarf jederzeit einfach geändert werden kann, ohne eine Hardware eines Gateways oder eines Steuergeräts zu modifizieren. Diese Freiheit erhöht die Flexibilität des Betriebsverfahrens.The control device preferably transmits a software identifier to the control device as the identifier. A software identifier has the advantage that it can easily be changed at any time if necessary without modifying the hardware of a gateway or a control unit. This freedom increases the flexibility of the operating procedure.
Besonders bevorzugt überträgt das Steuergerät den Identifikator verschlüsselt. Die verschlüsselte Übertragung impliziert ein Verschlüsseln des Identifikators durch das Steuergerät und ein Entschlüsseln des Identifikators durch das Gateway. Außerdem kann der Identifikator auch zwischen dem Gateway und der externen Datenbank verschlüsselt werden. Dank der Verschlüsselung lässt sich der Identifikator des Steuergeräts nicht durch Abhören des Bussystems des Fahrzeugs oder einer zwischen dem Gateway und der externen Datenbank bestehenden kabelgebundenen oder drahtlosen Datenverbindung ermitteln, wodurch die Sicherheit des Verfahrens weiter erhöht ist.The control device particularly preferably transmits the identifier in encrypted form. The encrypted transmission implies an encryption of the identifier by the control unit and a decryption of the identifier by the gateway. The identifier can also be encrypted between the gateway and the external database. Thanks to the encryption, the identifier of the control unit cannot be determined by eavesdropping on the vehicle's bus system or a wired or wireless data connection between the gateway and the external database, which further increases the security of the method.
In vorteilhaften Ausführungsformen wird die Diagnosebetriebsart ausschließlich nach einer erfolgreichen Authentifizierung aktiviert. Kurz gesagt, ist es einer autorisierten und authentifizierten Person vorbehalten, das Gateway in die Diagnosebetriebsart zu versetzen. Dies wirkt einem Missbrauch der Diagnosebetriebsart entgegen und erhöht die Sicherheit des Verfahrens weiter.In advantageous embodiments, the diagnostic mode is activated only after successful authentication. In short, it is reserved for an authorized and authenticated person to put the gateway into diagnostic mode. This counteracts misuse of the diagnostic mode and further increases the security of the method.
Das Gateway kann in einer Normalbetriebsart den empfangenen Identifikator mittels der internen Tabelle verifizieren. In der Normalbetriebsart erfolgt ein Verifizieren des Identifikators demnach in der Regel lokal, d. h. innerhalb des Fahrzeugs und ohne eine Verbindung zu der externen Datenbank. In der Normalbetriebsart muss das Gateway also nicht mit der externen Datenbank verbunden sein.In a normal operating mode, the gateway can verify the received identifier using the internal table. In the normal operating mode, the identifier is therefore generally verified locally, i.e. H. inside the vehicle and without a connection to the external database. In normal operating mode, the gateway does not have to be connected to the external database.
In bevorzugten Ausführungsformen gestattet das Gateway in der Normalbetriebsart dem Steuergerät das Kommunizieren über das Gateway, wenn das Verifizieren gelingt, oder schließt das Gateway das Steuergerät von dem Kommunizieren über das Gateway aus, wenn das Verifizieren misslingt. Auf diese Weise ist ein nachträglich montiertes Steuergerät ohne Weiteres von dem Kommunizieren ausgeschlossen, wenn die interne Tabelle den Identifikator des Steuergeräts nicht umfasst. Ein Anschließen eines bösartigen Steuergeräts an das Bussystem des Fahrzeugs ist also in der Normalbetriebsart unschädlich.In preferred embodiments, the gateway allows the control device to communicate via the gateway in the normal operating mode if the verification succeeds, or the gateway excludes the control device from communicating via the gateway if the verification fails. In this way, a subsequently installed control device is easily excluded from communicating if the internal table does not include the identifier of the control device. Connecting a malicious control device to the bus system of the vehicle is therefore harmless in normal operating mode.
In anderen Ausführungsformen speichert das Gateway die eine Mehrzahl von verifizierten Identifikatoren umfassende interne Tabelle persistent. Dank der persistenten Speicherung bleiben von der Tabelle umfasste Identifikatoren von Steuergeräten des Fahrzeugs über ein Ausschalten des Fahrzeugs hinweg erhalten und stehen nach einem erneuten Einschalten des Fahrzeugs unmittelbar, d. h. ohne Wechseln in die Diagnosebetriebsart des Gateways, zum Verifizieren zur Verfügung.In other embodiments, the gateway persistently stores the internal table comprising a plurality of verified identifiers. Thanks to the persistent storage, identifiers of control units of the vehicle included in the table are retained when the vehicle is switched off and are immediately available for verification after the vehicle is switched on again, ie without changing to the gateway's diagnostic mode.
Auch ein Gegenstand der Erfindung ist ein Gateway für ein Fahrzeug, mit einer Mehrzahl von Anschlüssen zum Anschließen jeweils eines Steuergeräts eines Fahrzeugs. Derartige Gateways sind weit verbreitet und in vielen Fahrzeugen verbaut, was mir einer guten Anwendbarkeit der Erfindung einhergeht.The invention also relates to a gateway for a vehicle, with a plurality of connections for connecting a respective control device of a vehicle. Gateways of this type are widespread and installed in many vehicles, which means that the invention can be used well.
Erfindungsgemäß umfasst das Gateway eine Schnittstelle zum Kommunizieren mit einer bezogen auf das Fahrzeug externen Datenbank und einer internen Tabelle zum Eintragen von Identifikatoren von an Anschlüsse des Gateways angeschlossenen Steuergeräten und ist konfiguriert, ein erfindungsgemäßes Verfahren auszuführen. Wenn ein vorhandenes Gateway eine Diagnoseschnittstelle zum Anschließen eines bezogen auf das Fahrzeug externen Geräts umfasst, kann das vorhandene Gateway mittels eines einfachen Softwareupdates in ein erfindungsgemäßes Gateway umgewandelt werden. Für das Kommunizieren mit der externen Datenbank ist es im Wesentlichen ausreichend, dass das externe Gerät an die Diagnoseschnittstelle angeschlossen ist, zwischen dem externen Gerät und der externen Datenbank eine kabelgebundene oder drahtlose Verbindung besteht und das externe Gerät eine Kommunikationsverbindung zwischen dem Gateway und der externen Datenbank vermittelt.According to the invention, the gateway comprises an interface for communicating with a database external to the vehicle and an internal table for entering identifiers from control devices connected to connections of the gateway and is configured to carry out a method according to the invention. If an existing gateway includes a diagnostic interface for connecting a device that is external to the vehicle, the existing gateway can be converted into a gateway according to the invention by means of a simple software update. For communicating with the external database, it is essentially sufficient that the external device is connected to the diagnostic interface, that there is a wired or wireless connection between the external device and the external database, and that the external device has a communication connection between the gateway and the external database conveyed.
Ein weiterer Gegenstand der Erfindung ist ein Steuergerät für ein Fahrzeug, welches einen Anschluss zum Anschließen an ein Gateway eines Fahrzeugs umfasst. Derartige Steuergeräte sind weit verbreitet und in vielen Fahrzeugen verbaut, was mir einer guten Anwendbarkeit der Erfindung einhergeht.Another object of the invention is a control device for a vehicle, which comprises a connection for connection to a gateway of a vehicle. Such control devices are widespread and installed in many vehicles, which means that the invention can be used well.
Erfindungsgemäß umfasst das Steuergerät einen von einer IP-Adresse und einer MAC-Adresse verschiedenen Identifikator und ist konfiguriert, den Identifikator bei jedem Kommunizieren an das Gateway zu übertragen. Derartige Steuergeräte sind weit verbreitet und in vielen Fahrzeugen verbaut, was mir einer guten Anwendbarkeit der Erfindung einhergeht. Vorhandene Steuergeräte können mittels eines einfachen Softwareupdates kostengünstig in erfindungsgemäße Steuergeräte umgewandelt werden.According to the invention, the control device comprises an identifier different from an IP address and a MAC address and is configured to transmit the identifier to the gateway each time there is communication. Such control devices are widespread and installed in many vehicles, which means that the invention can be used well. Existing control devices can be converted inexpensively into control devices according to the invention by means of a simple software update.
Noch ein Gegenstand der Erfindung ist ein Fahrzeug mit einem Bussystem. Derartige Fahrzeuge sind weit verbreitet, was mir einer guten Anwendbarkeit der Erfindung einhergeht.Another object of the invention is a vehicle with a bus system. Such vehicles are widespread, which is associated with good applicability of the invention.
Bei dem erfindungsgemäßen Fahrzeug umfasst das Bussystem ein erfindungsgemäßes Gateway und eine Mehrzahl von an das Gateway angeschlossenen Steuergeräten. Dank des erfindungsgemäßen Gateways ist eine Sicherheit des Fahrzeugs erhöht und ein Schutz des Bussystems des Fahrzeugs und der an das Gateway angeschlossenen Steuergeräte verbessert.In the vehicle according to the invention, the bus system comprises a gateway according to the invention and a plurality of control devices connected to the gateway. Thanks to the gateway according to the invention, security of the vehicle is increased and protection of the bus system of the vehicle and the control devices connected to the gateway is improved.
Ein wesentlicher Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht darin, dass das Verfahren ein Bussystem des Fahrzeugs mit einem mit dem Bussystem verbundenen Gateway des Fahrzeugs und an das Gateway angeschlossenen Steuergeräten des Fahrzeugs effizient vor einem bösartigen Angriff schützt und auf diese Weise die Sicherheit des Fahrzeugs gegenüber gebräuchlichen Bussystemen erhöht. Weiterhin ist vorteilhaft, dass in Fahrzeugen vorhandene Gateways und Steuergeräte mittels eines Softwareupdates kostengünstig in erfindungsgemäße Gateways und Steuergeräte umgewandelt werden können.A significant advantage of the method according to the invention is that the method efficiently protects a bus system of the vehicle with a gateway of the vehicle connected to the bus system and control units of the vehicle connected to the gateway from a malicious attack and in this way protects the vehicle from common bus systems elevated. It is also advantageous that gateways and control devices present in vehicles can be converted inexpensively into gateways and control devices according to the invention by means of a software update.
Die Erfindung ist anhand einer Ausführungsformen in der Zeichnung dargestellt und wird unter Bezugnahme auf die Zeichnung weiter beschrieben. Es zeigt:
-
1 in einer schematischen Darstellung ein Bussystem eines Fahrzeugs mit einem Gateway nach einer Ausführungsform der Erfindung.
-
1 in a schematic representation a bus system of a vehicle with a gateway according to an embodiment of the invention.
Das Gateway
Das Gateway
Der zentrale Server
Ferner umfasst das Bussystem eine Mehrzahl von an das Gateway
Das Gateway
Während des Betriebs des Fahrzeugs überträgt jedes an das Gateway
In einer Diagnosebetriebsart des Gateways
Die Diagnosebetriebsart des Gateways
Dagegen verifiziert das Gateway
Das Gateway
BezugszeichenlisteList of reference symbols
- 1010
- GatewayGateway
- 1111
- interne Tabelleinternal table
- 1212th
- Anschlussconnection
- 1313th
- Anschlussconnection
- 1414th
- Anschlussconnection
- 1515th
- Anschlussconnection
- 1616
- SwitchSwitch
- 2020th
- SteuergerätControl unit
- 2121
- IdentifikatorIdentifier
- 3030th
- SteuergerätControl unit
- 3131
- IdentifikatorIdentifier
- 4040
- SteuergerätControl unit
- 4141
- IdentifikatorIdentifier
- 5050
- SteuergerätControl unit
- 5151
- IdentifikatorIdentifier
- 6060
- DiagnosegerätDiagnostic device
- 7070
- Serverserver
- 7171
- externe Datenbankexternal database
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNGQUOTES INCLUDED IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturPatent literature cited
- EP 3148236 A1 [0007]EP 3148236 A1 [0007]
- DE 102017120505 A1 [0008]DE 102017120505 A1 [0008]
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