現(xiàn)代汽車(chē) MCU 或 SoC 支持各種車(chē)載網(wǎng)絡(luò)協(xié)議并為每種協(xié)議類(lèi)型提供多個(gè)通信總線(xiàn)的情況并不少見(jiàn)。例如，用于駕駛員輔助應(yīng)用的攝像頭系統(tǒng)中的 RCAR V3H SoC 具有 2 個(gè) 1GbE 以太網(wǎng)端口、3 個(gè) CAN-FD 通道和 2 個(gè) MIPI CSI-2 攝像頭輸入。RH850/U2A 微控制器支持多達(dá) 16 個(gè) CAN FD 通道和 2 個(gè)以太網(wǎng)端口。網(wǎng)絡(luò)接口數(shù)量的增加是車(chē)輛功能內(nèi)容增加的自然結(jié)果，尤其是數(shù)據(jù)豐富的應(yīng)用程序，以及基于域的電子設(shè)備和更集中的電氣架構(gòu)的出現(xiàn)。無(wú)論是電氣化、集成駕駛艙、ADAS 還是信息娛樂(lè)，先進(jìn)的 E/E 車(chē)輛系統(tǒng)都有一個(gè)共同主題：它們是數(shù)據(jù)和計(jì)算密集型應(yīng)用。處理來(lái)自許多傳統(tǒng)車(chē)載通信網(wǎng)絡(luò)（如 CAN-FD\LIN\FlexRay）的數(shù)據(jù)的 CPU 資源需求急劇增加，用于車(chē)上/下車(chē)網(wǎng)絡(luò)的新興千兆以太網(wǎng)連接，以及更專(zhuān)業(yè)的MIPI CSI-2 等高通量傳感器接口。在充滿(mǎn)敵意的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中執(zhí)行這種處理會(huì)增加負(fù)擔(dān)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)既必須以低延遲可靠地處理大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，又必須以安全的方式處理，并強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的完整性、機(jī)密性和可用性。以及更專(zhuān)業(yè)的高通量傳感器接口，如 MIPI CSI-2。在充滿(mǎn)敵意的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中執(zhí)行這種處理會(huì)增加負(fù)擔(dān)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)既必須以低延遲可靠地處理大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，又必須以安全的方式處理，并強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的完整性、機(jī)密性和可用性。以及更專(zhuān)業(yè)的高通量傳感器接口，如 MIPI CSI-2。在充滿(mǎn)敵意的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中執(zhí)行這種處理會(huì)增加負(fù)擔(dān)，因?yàn)檫@些系統(tǒng)既必須以低延遲可靠地處理大量網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)，又必須以安全的方式處理，并強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)的完整性、機(jī)密性和可用性。

“充滿(mǎn)敵意的網(wǎng)絡(luò)環(huán)境”這個(gè)詞似乎有些夸張，但汽車(chē)網(wǎng)絡(luò)安全新聞甚至主流媒體都清楚地表明了對(duì)汽車(chē)系統(tǒng)的日益增加的網(wǎng)絡(luò)威脅以及網(wǎng)絡(luò)攻擊的現(xiàn)實(shí)和迫在眉睫。事實(shí)上，安全性已成為近年來(lái)汽車(chē)系統(tǒng)的熱門(mén)話(huà)題，這從 OEM、政府機(jī)構(gòu)和行業(yè)團(tuán)體在應(yīng)對(duì)網(wǎng)絡(luò)威脅領(lǐng)域的嚴(yán)肅性提高中可見(jiàn)一斑。這正在轉(zhuǎn)化為整個(gè)汽車(chē)供應(yīng)鏈的根本轉(zhuǎn)變，正在競(jìng)相提高安全能力。對(duì)于像瑞薩電子這樣的半導(dǎo)體供應(yīng)商，

考慮通過(guò) MIPI CSI-2 接口發(fā)送 30fps @ 8Mpixel 分辨率的相機(jī)傳感器的情況。保護(hù)來(lái)自傳感器的圖像數(shù)據(jù)意味著接收 SoC 必須以每個(gè)攝像頭傳感器至少 6Gbps 的速度解密和驗(yàn)證數(shù)據(jù)。更復(fù)雜的是，單攝像頭系統(tǒng)不足以支持許多較新的車(chē)輛功能。僅在軟件中執(zhí)行此任務(wù)將對(duì)目標(biāo)設(shè)備的計(jì)算資源造成嚴(yán)重壓力，甚至可能影響對(duì)傳入傳感器數(shù)據(jù)的實(shí)時(shí)響應(yīng)。

EVITA 提出的傳統(tǒng)方法依賴(lài)于嵌入式 HSM，其在所包含的加密加速器的類(lèi)型和數(shù)量方面具有不同級(jí)別的能力，以及用于管理安全資源的 CPU 或狀態(tài)機(jī)的存在。僅依靠 HSM 提供安全存儲(chǔ)和加密算法加速的架構(gòu)無(wú)法很好地?cái)U(kuò)展，并且正在達(dá)到其性能極限。

看看大型實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)集的身份驗(yàn)證或解密問(wèn)題，瓶頸通常不在于加密加速器本身，而在于通過(guò)各種內(nèi)存總線(xiàn)和通信接口傳輸數(shù)據(jù)的開(kāi)銷(xiāo)。此外，這些加密加速器通常在多個(gè)安全用例中共享，并且不僅限于網(wǎng)絡(luò)安全，因此加密任務(wù)本身的作業(yè)分派和優(yōu)先級(jí)排序的物流增加了系統(tǒng)負(fù)載和延遲。

同時(shí)，虛擬化、多租戶(hù)、異構(gòu)操作系統(tǒng)、各種通信協(xié)議、外部和內(nèi)部存儲(chǔ)器以及網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)安全需求的爆炸式增長(zhǎng)都可能導(dǎo)致對(duì)單個(gè) HSM 的不合理需求。這迫使人們重新考慮這些子系統(tǒng)的組織和使用方式，但同樣，汽車(chē)環(huán)境的現(xiàn)實(shí)意味著任何解決方案都必須在實(shí)時(shí)性能、計(jì)算、功率和成本限制內(nèi)運(yùn)行，否則將被視為無(wú)法使用。

鑒于這些趨勢(shì)，瑞薩正在重新考慮未來(lái)的汽車(chē) MCU 和 SoC，以實(shí)施一種新的、可擴(kuò)展的網(wǎng)絡(luò)安全架構(gòu)，稱(chēng)為集中管理和分布式加速。

安全管理的集中化對(duì)于簡(jiǎn)化單個(gè)設(shè)備中所有子系統(tǒng)的安全策略和決策的處理至關(guān)重要。這轉(zhuǎn)化為安全啟動(dòng)每個(gè)處理器內(nèi)核，為 JTAG 訪(fǎng)問(wèn)控制提供統(tǒng)一的策略，并在違反安全策略的情況下控制各種安全加速器中的密鑰材料。同時(shí)，分布式安全加速為各種安全通信用例（例如 SecOC、TLS、IPsec，甚至依賴(lài)于標(biāo)準(zhǔn)加密原語(yǔ)的專(zhuān)有傳感器安全協(xié)議）提供本地化、高吞吐量的加密和身份驗(yàn)證服務(wù)。

第 4 代 RCAR 設(shè)備朝著這一目標(biāo)邁出了重要的第一步，包括特定領(lǐng)域的 HSM 和并行加密協(xié)處理器，它們可以被分配直接協(xié)助 SoC 中的特定虛擬機(jī)、應(yīng)用程序內(nèi)核或?qū)崟r(shí)內(nèi)核。系統(tǒng)通過(guò) AXI 總線(xiàn)上的細(xì)粒度訪(fǎng)問(wèn)控制來(lái)保持隔離，在啟動(dòng)時(shí)分離主設(shè)備之間的訪(fǎng)問(wèn)。這可以防止未經(jīng)授權(quán)的虛擬機(jī)或內(nèi)核濫用安全資產(chǎn)。

分布式安全的概念隨后在 RCAR Gen5 設(shè)備中得到進(jìn)一步擴(kuò)展，其中將包括用于具有標(biāo)準(zhǔn)化安全性的接口的在線(xiàn)加密引擎，以實(shí)現(xiàn)具有接近零數(shù)據(jù)延遲的響應(yīng)速度更快的系統(tǒng)。CAN-XL 就是這樣一種實(shí)現(xiàn)方式，它是 CAN-FD 的繼任者，可提供高達(dá) 10Mbps 的比特率并支持高達(dá) 2048 字節(jié)的有效載荷。使用傳統(tǒng)的軟件/HSM 方法保護(hù)這些有效負(fù)載會(huì)給主機(jī) CPU 和共享 HSM 帶來(lái)很大的負(fù)擔(dān)。為了解決這個(gè)問(wèn)題，CAN-XL 包含一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的安全方法，允許在線(xiàn)加密和身份驗(yàn)證。CAN XL 安全協(xié)議本身并不強(qiáng)制執(zhí)行特定的實(shí)現(xiàn)，但它適用于在 CAN-XL 控制器內(nèi)集成內(nèi)聯(lián)加密 AES 引擎，在傳輸和接收處理期間驗(yàn)證和/或加密 CAN-XL 幀。這減輕了 CPU 的加密、身份驗(yàn)證和新鮮處理的開(kāi)銷(xiāo)。

另一個(gè)類(lèi)似的應(yīng)用是閃存數(shù)據(jù)加密和身份驗(yàn)證用例。UFS就是這樣一種解決方案，其中嵌入在閃存控制器接口中的加密引擎分別在內(nèi)存寫(xiě)入和讀取期間啟用自動(dòng)、在線(xiàn)加密/解密，而無(wú)需 CPU 干預(yù)。PCI 特別興趣小組 （PCISIG） 正在努力開(kāi)發(fā)一種PCIE解決方案，該解決方案將為標(biāo)準(zhǔn)端點(diǎn)身份驗(yàn)證添加鏈路級(jí)安全性并啟用控制器集成加速器。

MIPI目前沒(méi)有定義自己的接口安全標(biāo)準(zhǔn)，但該聯(lián)盟組織了一個(gè)安全調(diào)查組來(lái)確定策略，為各個(gè)工作組提供指導(dǎo)，并努力為包括安全汽車(chē)傳感器在內(nèi)的連接設(shè)備提供一致的解決方案。

這種變化凸顯了對(duì)靈活解決方案的持續(xù)需求，以及基于標(biāo)準(zhǔn)的專(zhuān)用方法，這些方法允許集成、透明的加密加速，并且明顯符合瑞薩電子依靠分布式加速作為滿(mǎn)足安全吞吐量需求的答案的戰(zhàn)略。

當(dāng)然，用于高帶寬接口的分布式加密引擎的概念本身并不能產(chǎn)生安全的系統(tǒng)。為了實(shí)現(xiàn)安全性，這些資源必須通過(guò)中央 HSM 與集中式安全管理方法聯(lián)系在一起，該 HSM 控制各種安全外圍設(shè)備的資產(chǎn)。該中央安全管理器必須有權(quán)在必要時(shí)進(jìn)行干預(yù)，拒絕訪(fǎng)問(wèn)安全資源或?qū)⒚荑€歸零，以防止惡意內(nèi)部應(yīng)用程序利用芯片的自動(dòng)安全功能。

毫無(wú)疑問(wèn)，安全正在重塑我們的計(jì)算世界，在瑞薩電子，我們每天都生活在這一點(diǎn)上，因?yàn)槲覀冊(cè)O(shè)計(jì)的安全平臺(tái)使未來(lái)的系統(tǒng)能夠以可靠的方式滿(mǎn)足性能和安全的并行需求。

審核編輯：郭婷