信息安全，密钥管理第1课-优快云博客

本文链接：https://blog.youkuaiyun.com/2201_75514516/article/details/149326116

往期推荐

往期推荐

在汽车信息安全中，密钥和密钥管理是保障系统安全性的核心部分。由于现代汽车越来越多地依赖于电子系统和网络连接，因此密钥管理在防止数据泄露、篡改和恶意攻击中起着至关重要的作用。以下是汽车信息安全中一些必须了解的密钥及密钥管理知识：

密钥类型

对称密钥：对称加密使用相同的密钥进行加密和解密。常见的对称加密算法包括 AES（高级加密标准）。对称密钥管理通常比较简单，但密钥的安全分配和管理是关键。
非对称密钥：非对称加密使用一对公钥和私钥。公钥用于加密，私钥用于解密。常见的非对称加密算法包括 RSA 和 ECC（椭圆曲线密码学）。非对称密钥的管理通常更复杂，但它为汽车电子系统提供了身份验证和数字签名的能力。
哈希密钥：哈希算法用于数据完整性验证，确保数据在传输过程中未被篡改。常见的哈希算法包括 SHA-256。哈希算法本身不直接用于加密，但它通常与密钥管理一同使用。

密钥管理的关键概念

密钥管理是指密钥的生成、分发、存储、使用、更新和销毁的全过程。在汽车信息安全中，密钥管理至关重要，确保每个环节都受到保护：

密钥生成：密钥的生成必须是安全的，并遵循标准的加密算法（如 AES、RSA 或 ECC）。密钥生成过程应避免使用容易预测的值或弱随机数生成器。
密钥存储：密钥应安全地存储，以防止未经授权的访问。常见的密钥存储方法包括：
- 硬件安全模块（HSM）：专门用于生成、存储和管理密钥的硬件设备，具有防篡改和加密保护功能。
- 安全存储区域：例如汽车的电子控制单元（ECU）内部的加密存储区域，保证密钥不被泄露。
密钥分发：密钥需要通过安全的方式传输和分发。例如，可以通过 公钥基础设施（PKI）或通过 密钥交换协议（如 Diffie-Hellman） 来安全地交换对称密钥。
密钥更新：密钥的生命周期管理至关重要。包括定期更新、密钥过期、以及因密钥泄露或攻击而进行的紧急更新。常见的密钥更新方法有：
- 密钥轮换：定期更换密钥，以减少密钥被破解的风险。
- 密钥撤销：在密钥泄露或失效时，及时撤销密钥。
密钥生命周期管理：密钥的整个生命周期从生成、分发、使用、存储、更新到销毁，都需要严格管理。生命周期管理遵循一定的标准和策略，以确保密钥始终处于安全状态。

密钥管理标准和框架

ISO/IEC 27001：信息安全管理标准，适用于密钥管理的整体框架，包括密钥的生成、存储、使用、分发、更新等方面的要求。
FIPS 140-2：美国联邦信息处理标准，定义了对密钥管理系统的要求，包括硬件安全模块（HSM）的认证要求。
PKI（公钥基础设施）：用于管理公钥和私钥对的系统，常用于汽车中的身份验证和安全通信。PKI 通过证书管理来确保公钥的合法性和可信度。
AUTOSAR 安全标准：AUTOSAR（汽车开放系统架构）制定了关于汽车信息安全的要求，包括密钥管理。AUTOSAR 安全标准（如 AUTOSAR SWS Security）明确规定了密钥管理流程和技术要求，确保汽车电子系统的安全性。

密钥管理方案与工具

在现代汽车中，密钥管理方案通常结合硬件和软件实施，以确保最高的安全性：
硬件安全模块（HSM）：HSM是一个用于生成、存储和管理密钥的物理设备。它提供了高安全性，能防止物理攻击和密钥泄露。
安全硬件扩展（SHE）：在一些微控制器中集成的安全硬件，用于保护加密操作和密钥管理。
加密服务管理器（CSM）：在AUTOSAR架构中，CSM用于提供加密服务，并将密钥管理集成到安全功能中。
密钥管理系统（KMS）：专门用于汽车行业的密钥管理系统，用于集中管理密钥的生成、分发、存储、更新和撤销。

密钥管理在通信安全中的作用
- 数据加密：密钥用于加密车辆与外部系统（如云服务、车载通信网络）之间的数据传输，确保数据在传输过程中不被窃听或篡改。
- 身份验证与授权：密钥在确保通信双方身份的认证中起着至关重要的作用。公钥基础设施（PKI）和数字证书常用于验证通信双方的身份。
- 数字签名：密钥用于生成数字签名，以确保数据的完整性和来源。例如，ECU（电子控制单元）之间的通信可以使用签名来防止恶意篡改。
- 远程软件更新（OTA）：随着远程软件更新技术的普及，密钥用于加密和验证OTA更新包，以防止恶意软件通过车载系统进行安装。

密钥在汽车中的应用

汽车内部通信安全：在汽车的 ECUs（电子控制单元）之间，密钥用于加密通信。典型的应用包括：
- CAN（Controller Area Network）总线加密：为了防止攻击者通过 CAN 总线篡改控制信号，可以使用对称密钥进行加密。
- 以太网通信加密：汽车越来越多地使用以太网技术，密钥用于保护以太网通信中的数据传输。
远程诊断与软件更新：通过加密密钥验证远程诊断工具和OTA（空中下载）更新的安全性，确保软件更新或配置文件的完整性和合法性。
车辆身份验证与授权：通过数字签名和公私钥对验证车辆和外部设备（如钥匙、移动应用等）之间的身份，确保只有授权设备能够访问汽车的核心功能。
密钥在车载平台中的应用：车载平台，如基于 Android Automotive 或 QNX 的系统，通常依赖于 PKI 进行密钥管理，保障应用程序之间的安全交互。

密钥管理的挑战

密钥泄露：如果密钥泄露，攻击者可以解密敏感数据或伪造身份，从而对系统造成严重威胁。

密钥分发的复杂性：随着汽车电子系统越来越复杂，密钥的分发和管理变得更加复杂，尤其是在大规模分布式系统中。
物理攻击：即使是硬件安全模块（HSM）和安全硬件扩展（SHE）也可能受到物理攻击，如侧信道攻击或故意篡改。

总结

密钥及其管理是汽车信息安全的基石，确保了车载系统的通信安全、身份认证和数据保护。汽车电子系统涉及多个密钥管理的挑战，包括如何生成、存储、分发和更新密钥，并确保其生命周期管理。在实际应用中，使用标准的加密方法、硬件安全模块（HSM）、公钥基础设施（PKI）以及密钥更新和撤销机制，可以有效提高汽车系统的安全性，并防止潜在的攻击和数据泄露。