JP6618480B2 - 更新管理方法、更新管理システム及び制御プログラム - Google Patents
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Description
以下、本発明の実施の形態として、更新管理装置としてのマスタECU100を含む複数のECUがバスを介して通信する車載ネットワークシステム10において用いられる更新管理方法について、図面を用いて説明する。
図1は、実施の形態1に係る車載ネットワークシステム10の全体構成を示す図である。なお、同図には車載ネットワークシステム10の他に、外部ツール30が示されている。この外部ツール30は、例えば各種ECUの製造、メンテナンスを行う事業者等により製造された、個々の各種外部ツール(例えば後述する外部ツール30a、30b)を代表して表したものである。車載ネットワークシステム10は、CANプロトコルに従って通信するネットワーク通信システムの一例であり、制御装置、センサ等の各種機器が搭載された自動車(車両)におけるネットワーク通信システムである。車載ネットワークシステム10は、CANプロトコルに従ってバスを介してフレームに係る通信を行う複数の装置(ノード)を備え、更新管理方法を用いる。具体的には図1に示すように車載ネットワークシステム10は、診断ポート600と、バス500a〜500dと、マスタECU(更新管理装置)100、ヘッドユニット200、ゲートウェイ300、各種機器に接続されたECU400a〜400f等のECUといったバスに接続された各ノードとを含んで構成される。なお、車載ネットワークシステム10には、マスタECU100及びECU400a〜400f以外にもいくつものECUが含まれ得るが、ここでは、便宜上マスタECU100及びECU400a〜400fに注目して説明を行う。ECUは、例えば、プロセッサ(マイクロプロセッサ)、メモリ等のデジタル回路、アナログ回路、通信回路等を含む装置である。メモリは、ROM、RAM等であり、プロセッサにより実行される制御プログラム(コンピュータプログラム)を記憶することができる。例えばプロセッサが、制御プログラムに従って動作することにより、ECUは各種機能を実現することになる。なお、コンピュータプログラムは、所定の機能を達成するために、プロセッサに対する指令を示す命令コードが複数個組み合わされて構成されたものである。
以下、CANプロトコルに従ったネットワークで用いられるフレームの1つであるデータフレームについて説明する。
図3は、上述したECU及び外部ツールに関わる鍵発行システムを示す図である。鍵発行機関20は、公開鍵証明書40a〜40c、秘密鍵50a〜50c、共有鍵60をメーカ21に配布する。配布された鍵や証明書は、メーカ21によって製造段階等において、外部ツール30a、30b、マスタECU100、ECU400a〜400fに書き込まれる。メーカ21は、例えばOEMメーカ(Original Equipment Manufacturer)、ECUベンダー等である。公開鍵を記載した公開鍵証明書と、秘密鍵とは、公開鍵基盤(PKI:Public Key Infrastructure)で利用され、公開鍵及び秘密鍵が、楕円暗号、RSA暗号等の鍵ペアである。この秘密鍵及び公開鍵証明書は、マスタECU100と外部ツール30a〜b間の認証に用いられる。共有鍵60は、個々の共有鍵を代表的に表している。この共有鍵60は、共通鍵暗号方式のAES(Advanced Encryption Standard)の鍵であり、マスタECU100と他の各ECUとの間で共有され、フレームに係る暗号処理用のセッション鍵の伝達に用いられる。フレームに係る暗号処理としては、フレームのデータフィールドの内容の暗号化及び復号の他に、例えば、フレームの送信側で、フレームのデータフィールドに、メッセージ認証コード(MAC:Message Authentication Code)を生成して付加して送信し、受信側ではそのMACについて検証する処理が挙げられる。このMACによりデータの改ざんの検出が可能となる。セッション鍵は、例えばMACの生成に用いられる。
図4は、鍵発行機関20が、外部ツール30a、30bに書き込まれるために発行つまり配布する公開鍵証明書40aの構成の一例を示す図である。公開鍵証明書40bも同様の構成を有する。
図5は、図3の公開鍵証明書に記載された更新権限情報の内容としてのレベル(つまり権限のレベル)と、ECUの機能の分類用の複数の機能種別との対応関係の一例を示す図である。
図6は、マスタECU100、ECU400a〜400fが保持する共有鍵を示す図である。上述した共有鍵60は、具体的には同図に示すように、全ECUで共有される共有鍵60aと、ECU400fとマスタECU100とで共有される共有鍵60bと、ECU400c、400dとマスタECU100とで共有される共有鍵60cと、ECU400a、400bとマスタECU100とで共有される共有鍵60dと、ECU400eとマスタECU100とで共有される共有鍵60eがある。
図7は、マスタECU100の構成図である。マスタECU100は、送受信部101と、鍵保持部102と、判定部103と、レベル情報保持部104と、フレーム送受信部160と、フレーム解釈部150と、受信ID判断部130と、受信IDリスト保持部140と、フレーム処理部110と、フレーム生成部120とを含んで構成される。これらの各構成要素は、機能的な構成要素であり、その各機能は、マスタECU100における通信回路、メモリに格納された制御プログラムを実行するプロセッサ或いはデジタル回路等により実現される。
図8は、レベル情報保持部104が保持するレベル情報1040の一例を示す図である。
図9は、ECU400aの構成図である。ECU400aは、鍵保持部402と、フレーム送受信部460と、フレーム解釈部450と、受信ID判断部430と、受信IDリスト保持部440と、フレーム処理部410と、フレーム生成部420と、データ取得部470とを含んで構成される。これらの各構成要素は、機能的な構成要素であり、その各機能は、ECU400aにおける通信回路、メモリに格納された制御プログラムを実行するプロセッサ或いはデジタル回路等により実現される。なお、ECU400b〜400fも、ECU400aと基本的に同様の構成を備える。
図10は、ECU400aの受信IDリスト保持部440が保持する受信IDリスト900の一例を示す。
以下、更新管理方法の一例として、外部ツール30aを診断ポート600に接続して、外部ツール30aから車載ネットワークシステム10におけるECUが保持する共有鍵を更新させる場合の動作(共有鍵更新シーケンス)について、図11及び図12を用いて説明する。
実施の形態1に係る車載ネットワークシステム10では、診断ポート600に接続される外部ツール30が特定のECU内のデータを更新する更新メッセージの送信権限を有するか否か、つまり外部ツール30が特定のECU内のデータを更新する権限を有するか否かを、外部ツール30に対して認定された権限を示す更新権限情報が示す、ECUの機能種別に対応して定められたレベルに基づいて、判定している。これにより、不正な外部ツールによるECU内の共有鍵或いはファームウェアの更新を防ぐことができる。また。外部ツール毎に、例えば外部ツールの機密性、信頼性、外部ツールを扱う事業者の信頼性その他の各種事情に応じて、更新権限情報のレベルを異ならせて設定(及び認定)できる。レベルを変えた外部ツールを別々のメンテナンス業者等に対して配布することも可能となり、各種事情に応じて柔軟に更新権限を制限した運用が可能になる。例えば、機密性、信頼性等のセキュリティ確保が十分である外部ツールほど、高い権限のレベルを認定する等が可能となる。このように外部ツール毎に更新権限情報のレベルを設定できることは、外部ツールを用途等に応じて効率的に柔軟に設計及び製造するために、或いは、外部ツールの運用上のセキュリティ確保等を用途に応じて柔軟に行うために、有用となる。
以下、実施の形態1で示した車載ネットワークシステム10を一部変形してなる車載ネットワークシステム10aについて説明する。
図13は、実施の形態2に係る車載ネットワークシステム10aの全体構成を示す図である。なお、同図には車載ネットワークシステム10aの他に、外部ツール30が示されている。
図14は、実施の形態2におけるマスタECU100のレベル情報保持部104が保持するレベル情報2040の一例を示す図である。
以下、更新管理方法の一例として、外部ツール30aを診断ポート600に接続して、外部ツール30aから車載ネットワークシステム10aにおけるECUが保持する共有鍵を更新させる場合の動作(共有鍵更新シーケンス)について、図15及び図16を用いて説明する。
実施の形態2に係る車載ネットワークシステム10aでは、外部ツール30からの更新メッセージに係る処理(更新)を許可するか否かについて、権限のレベルだけでなく電池残量の状態及び車両状態がどのような場合に更新メッセージが送信されたかに応じて判定している。このため、実施の形態1に係る車載ネットワークシステム10の効果に加え、次の効果を有する。即ち、電池残量を確認することで、ECU内のデータ(共有鍵或いはファームウェア)の更新処理が途中で途切れることなく確実に完了させられる。また、車両状態を確認することで、例えば、車両の走行中等のECUの負荷が高くバストラフィックが増大するときに更新メッセージを転送して更新を行うことを回避でき、更新が成功する可能性を高められる。
本実施の形態では、実施の形態1に係る車載ネットワークシステム10におけるマスタECU100を部分的に変形し、共有鍵の有効期限に係る報知を行えるようにした例について説明する。
図17は、マスタECU100aの構成図である。マスタECU100aは、実施の形態1で示したマスタECU100の構成要素に、共有鍵の有効期限をチェックするために、時刻情報取得部180と鍵更新確認部190とを加えた構成を有する。これらの各構成要素は、機能的な構成要素であり、その各機能は、マスタECU100aにおける通信回路、メモリに格納された制御プログラムを実行するプロセッサ或いはデジタル回路等により実現される。ここでは、実施の形態1で示した構成要素についての説明を省略する。
図19は、共有鍵の有効期限が近付いた場合に、ヘッドユニット200の表示装置に表示される画面の一例を示す図である。
実施の形態3に係る車載ネットワークシステムにおいては、共有鍵の有効期限を管理し、有効期限が近付いた場合に、車両の運転者等に鍵更新を促すような警告情報(画面)をヘッドユニットの表示装置に表示する。これにより、ディーラー等でのメンテナンスを受けるべきことの警告等といった共有鍵に係るセキュリティを確保するための注意喚起が実現される。
本実施の形態では、実施の形態1に係る車載ネットワークシステム10におけるマスタECU100を、更新結果メッセージに車両識別情報を付して外部ツール30へ送信するように変形し、外部ツール30がサーバ35と通信するようにした例について説明する。
外部ツール30と通信するサーバ35は、車載ネットワークシステム10が搭載される車両の外部に所在するコンピュータである。複数の車両それぞれに車載ネットワークシステム10が搭載されていることを前提として、サーバ35は、外部ツール30が、どの車両(つまり車載ネットワークシステム)に対して、どのような更新(ECU内のデータの更新)を行ったかを管理する。
以下、本実施の形態での更新管理方法の一例として、サーバ35と通信する外部ツール30aを、ある車両の車載ネットワークシステム10における診断ポート600に接続して、外部ツール30aから車載ネットワークシステム10におけるECUが保持する共有鍵を更新させる場合の動作(共有鍵更新シーケンス)について、図20及び図21を用いて説明する。
図22は、サーバ35が保存するログ情報4000の一例を示す図である。ログ情報4000は、車両識別情報4001と、外部ツールID4002と、更新メッセージのメッセージID4003と、日時4004と、更新結果4005とを含む。
本実施の形態では、サーバ35が、ログ情報4000を保存し、どの車両がどの外部ツールによって更新されたか等の情報が残るので、メンテナンス状況の把握が可能となる。また、不正な外部ツールが発見された場合にその外部ツールによる影響範囲の特定のためにログ情報4000が利用できる。
以上のように、本発明に係る技術の例示として実施の形態1〜4を説明した。しかしながら、本発明に係る技術は、これに限定されず、適宜、変更、置き換え、付加、省略等を行った実施の形態にも適用可能である。例えば、以下のような変形例も本発明の一実施態様に含まれる。
20 鍵発行機関
21 メーカ
30,30a,30b 外部ツール
35 サーバ
101 送受信部
102,402 鍵保持部
103 判定部
104 レベル情報保持部
110,410 フレーム処理部
120,420 フレーム生成部
130,430 受信ID判断部
140,440 受信IDリスト保持部
150,450 フレーム解釈部
160,460 フレーム送受信部
180 時刻情報取得部
190 鍵更新確認部
200 ヘッドユニット
300 ゲートウェイ
310 エンジン
320 ブレーキ
330 ドア開閉センサ
340 窓開閉センサ
350 エアバッグ
470 データ取得部
500a〜500d バス
600 診断ポート
800 蓄電池
Claims (15)
- バスを介して通信を行う複数の電子制御ユニット(ECUs)を備え、外部ツールが接続される車載ネットワークシステムにおいて用いられる更新管理方法であって、
前記複数の電子制御ユニットのうちの1つの前記電子制御ユニットである更新管理装置は、前記更新管理装置と前記更新管理装置以外の電子制御ユニットとの間の暗号処理用の第1のセッション鍵の伝達に用いる共有鍵と、前記共有鍵の有効期限とを保持し、
前記更新管理装置は、前記外部ツールの権限を示す更新権限情報の検証を行い、
前記更新権限情報の検証が成功し、かつ、前記更新管理装置は、前記外部ツールから、前記共有鍵の更新を指示する更新メッセージを受信した場合に、前記外部ツールによる前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であるか否かの判定を行い、
(i)前記外部ツールによる前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であることを前記更新権限情報が示すと判定したときには、前記更新管理装置は前記更新メッセージを前記バスに転送し、
(ii)前記外部ツールによる前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であることを前記更新権限情報が示さないと判定したときには、前記更新管理装置は前記転送を抑止し、
前記更新管理装置は、外部の時刻情報を取得し、前記時刻情報が前記有効期限内であるかどうかを判断し、前記有効期限の一定時間前、又は、前記有効期限が過ぎている場合に、前記共有鍵の更新を促すアラートメッセージを送信する
更新管理方法。 - 前記複数の電子制御ユニットは、Controller Area Network(CAN)プロトコルに従って前記バスを介して通信し、
前記外部ツールは、CANプロトコルに従って前記更新メッセージを送信する
請求項1記載の更新管理方法。 - 前記外部ツールによる前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であるか否かの判定は、前記更新メッセージのメッセージIDに基づいて、判定し、前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であることを前記更新権限情報が示すと判定したときには、前記メッセージIDを有する前記更新メッセージを受信するように定められている前記電子制御ユニットに対して前記更新を実行する
請求項2記載の更新管理方法。 - 前記更新権限情報は、前記電子制御ユニットの分類用の複数の機能種別のうち1つ又は複数の機能種別を特定し、特定した当該1つ又は複数の機能種別のいずれかに分類される前記電子制御ユニットに前記更新を行わせる権限を前記外部ツールが有することを表し、
前記更新メッセージのメッセージIDに基づいて、前記メッセージIDを受信するように定められている前記電子制御ユニットの機能種別が、前記更新権限情報により特定される1つ又は複数の機能種別のいずれかと一致するか否かを判別することにより、前記判定を行う
請求項3記載の更新管理方法。 - 前記更新権限情報は、1つ又は複数の前記機能種別を特定するための複数のレベルのうち1つのレベルを示し、相対的に高いレベルは、相対的に低いレベルが特定する1つ又は複数の機能種別を包含した複数の機能種別を特定する
請求項4記載の更新管理方法。 - 前記複数の電子制御ユニットのうち、前記更新管理装置以外の電子制御ユニットに対して、前記更新メッセージに前記第1のセッション鍵を用いた所定暗号処理が施されていなければ前記更新メッセージに対応した前記電子制御ユニットによる前記更新を抑止し、
前記更新管理装置は、
前記更新権限情報を記載した、前記外部ツールの公開鍵に係る公開鍵証明書を受信し、
前記検証に成功した場合に、前記外部ツールが前記更新メッセージの送信に際して前記更新メッセージに対して所定暗号処理を施すために用いる第2のセッション鍵を、前記外部ツールの公開鍵で暗号化させ、前記外部ツールに送信する
請求項1記載の更新管理方法。 - 前記更新管理装置は、前記車載ネットワークシステムを搭載する車両の状態が所定状態でないときには、前記更新メッセージの前記バスへの転送を抑止する
請求項1記載の更新管理方法。 - 前記更新管理装置は、前記車載ネットワークシステムにおける各電子制御ユニットに電力を供給する電池が所定電池残量を有さないときには、前記更新メッセージの前記バスへの転送を抑止する
請求項1記載の更新管理方法。 - 前記更新管理装置は、(i)前記車載ネットワークシステムを、複数の車載ネットワークシステムの中で識別する識別情報と、(ii)前記更新メッセージの処理結果を示す結果情報とを前記外部ツールに送信する
請求項1記載の更新管理方法。 - 前記外部ツールは、前記結果情報と前記識別情報とをサーバに送信する
請求項9記載の更新管理方法。 - 前記更新メッセージが指示する、前記電子制御ユニットが保持するデータの前記更新は、前記電子制御ユニットのファームウェアの更新である
請求項1記載の更新管理方法。 - 前記外部ツールは、サーバに接続され、前記更新メッセージによる更新処理の結果と、前記外部ツールの識別情報と、前記更新処理を行った車両の車両識別情報とを、前記サーバに送信し、
前記サーバは、前記更新処理の結果を、前記外部ツールの識別情報と、前記車両識別情報とに関連付けて保存する
請求項1記載の更新管理方法。 - 前記アラートメッセージは、ディスプレイを制御する電子制御ユニットに送信され、
前記ディスプレイを制御する電子制御ユニットに対して、前記アラートメッセージをディスプレイに表示させる
請求項1記載の更新管理方法。 - バスを介して通信を行う複数の電子制御ユニットを備える車載ネットワークシステムにおいて診断ポートと繋がった1つの電子制御ユニットである更新管理装置と、前記診断ポートに接続される外部ツールとを含む更新管理システムであって、
前記更新管理装置は、
前記更新管理装置と前記更新管理装置以外の電子制御ユニットとの間の暗号処理用の第1のセッション鍵の伝達に用いられる共有鍵と、前記共有鍵の有効期限とを保持する保持部と、
前記診断ポートに接続された外部ツールから前記診断ポートを介して送信される、前記外部ツールの権限を示す更新権限情報、及び、前記共有鍵の更新を指示する更新メッセージを、受信する受信部と、
前記受信部により受信された前記更新権限情報を検証する検証部と、
前記検証部による検証が成功し、前記受信部により前記更新メッセージが受信された場合において、(i)前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であることを前記更新権限情報が示すときには、前記更新メッセージを前記バスに転送し、(ii)当該更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であることを前記更新権限情報が示さないときには、前記転送を抑止する転送部と、
外部の時刻情報を取得する取得部と、
前記時刻情報が前記有効期限内であるかどうかを判断する判断部と、
前記有効期限の一定時間前、又は、有効期限が過ぎている場合に、前記共有鍵の更新を促すアラートメッセージを送信する送信部とを備える
更新管理システム。 - バスを介して通信を行う複数の電子制御ユニット(ECUs)を備え、外部ツールが接続される車載ネットワークシステムを制御するための制御プログラムであって、
前記複数の電子制御ユニットのうちの1つの前記電子制御ユニットである更新管理装置は、前記更新管理装置と前記更新管理装置以外の電子制御ユニットとの間の暗号処理用の第1のセッション鍵の伝達に用いる共有鍵と、前記共有鍵の有効期限とを保持し、
前記更新管理装置は、前記外部ツールの権限を示す更新権限情報の検証を行い、
前記更新管理装置は、前記更新権限情報の検証が成功し、かつ、前記外部ツールから、前記共有鍵の更新を指示する更新メッセージを受信した場合に、前記外部ツールによる前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であるか否かの判定を行い、
(i)前記外部ツールによる前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であることを前記更新権限情報が示すと判定したときには、前記更新管理装置は前記更新メッセージを前記バスに転送し、
(ii)前記外部ツールによる前記更新メッセージの送信が前記外部ツールの権限範囲内であることを前記更新権限情報が示さないと判定したときには、前記更新管理装置は前記転送を抑止し、
前記更新管理装置は、外部の時刻情報を取得し、前記時刻情報が前記有効期限内であるかどうかを判断し、前記有効期限の一定時間前、又は、前記有効期限が過ぎている場合に、前記共有鍵の更新を促すアラートメッセージを送信する
制御プログラム。
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