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AUTOSAR 自适应平台中的身份与访问管理 (IAM) 详解

深入解析AUTOSAR自适应平台中的身份与访问管理机制、架构与实现

目录

• 1. 概述
• 2. IAM架构设计
  • 2.1 整体架构
  • 2.2 访问控制模型
  • 2.3 身份与资源
• 3. IAM授权流程
  • 3.1 授权决策过程
  • 3.2 策略执行与控制
• 4. 集成与配置
  • 4.1 与功能集群的集成
  • 4.2 错误处理
• 5. 总结

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1. 概述

AUTOSAR (AUTomotive Open System ARchitecture) 自适应平台中的**身份与访问管理(IAM)**是一个核心安全机制，用于确保只有经过授权的应用程序才能访问受保护的系统资源。IAM不是一个独立的功能集群，而是一种嵌入到自适应平台各个功能集群中的安全控制模型。

IAM的主要目标是防止错误配置或被入侵的应用程序访问未经授权的服务或资源，从而提高整个系统的安全性和可靠性。例如，一个具有互联网访问权限的信息娱乐应用程序如果被攻击者入侵，IAM机制可以确保该应用无法访问车辆制动系统等关键功能。

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2. IAM架构设计

2.1 整体架构

AUTOSAR自适应平台的IAM采用分层的架构设计，将身份验证、授权决策和策略执行分离，实现高度的可配置性和安全性。

图2.1 AUTOSAR自适应平台IAM架构

如图2.1所示，AUTOSAR IAM架构主要包含以下关键组件：

1. 应用层：包含各种自适应应用程序（A、B、C等），这些应用需要通过IAM进行身份验证和授权才能访问系统资源。

2. 身份与访问管理层：IAM核心组件，包含：

   • 身份验证组件：负责验证应用程序的身份信息
   • 授权组件：处理应用程序的授权请求
   • 策略决策点(PDP)：基于身份信息和访问控制策略做出访问决策
   • 策略执行点(PEP)：在各功能集群API中实现，负责执行访问控制决策

3. 功能集群APIs：自适应平台提供的各种功能服务接口，如通信管理、密码服务、执行管理和状态管理等。

4. 资源层：被保护的系统资源，包括服务接口、加密密钥槽和加密证书等。

这种分层架构确保了职责分离，使IAM能够独立地评估和控制应用程序对不同资源的访问权限。PDP和PEP的分离设计符合现代访问控制系统的最佳实践，增强了系统的安全性和可维护性。

2.2 访问控制模型

AUTOSAR IAM采用基于属性的访问控制模型，通过访问控制矩阵管理主体(应用程序)对客体(资源)的访问权限。

图2.2 AUTOSAR IAM访问控制模型

如图2.2所示，访问控制模型的核心组件包括：

1. 访问控制矩阵：定义了哪些主体(应用程序)可以对哪些客体(资源)执行哪些操作。这是IAM系统的核心数据结构。

2. 主体(自适应应用)：需要访问资源的应用程序，每个应用程序都具有：

   • 应用ID：唯一标识应用的标识符
   • 意图列表(Intents)：应用声明希望访问的资源列表
   • 进程ID：应用运行时的进程标识符

3. 客体(资源)：被保护的系统资源，包括：

   • 服务接口：提供功能服务的接口
   • 加密密钥槽：存储密钥的安全容器
   • 每个资源都有相关联的访问控制策略

4. 访问控制组件：

   • Intent(意图)：应用程序的属性，表明应用想要访问的资源
   • Grant(授权)：系统集成器认可的意图，在部署阶段生成
   • 策略决策点(PDP)：基于身份和策略做出访问决策
   • 策略执行点(PEP)：执行访问控制决策

这种模型的主要特点是"意图"(Intent)和"授权"(Grant)的概念。应用程序在设计阶段声明其"意图"，而系统集成商在部署阶段通过创建"授权"(Grant)来确认这些意图。这种机制确保了应用程序只能访问预先批准的资源，提高了系统的安全性和可预测性。

2.3 身份与资源

在AUTOSAR IAM中，**身份(Identity)**是指自适应应用程序的属性，是访问控制决策的基础。身份信息通常包括：

• 应用程序的唯一标识符
• 应用程序的数字签名
• 应用程序的进程ID或用户ID

**资源(Resource)**是指需要保护的系统功能或数据，主要包括：

1. 服务接口：如通信服务、诊断服务等
2. 加密资源：如密钥、证书等
3. 系统API：提供特权操作的接口

资源的访问控制策略被绑定到服务接口上，指定了哪些身份信息(即哪些应用程序)可以访问该资源，以及允许的访问类型(如读取、写入、执行等)。

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3. IAM授权流程

3.1 授权决策过程

AUTOSAR IAM的授权流程是一个严格的多步骤过程，确保只有授权的应用程序才能访问受保护的资源。

图3.1 AUTOSAR IAM授权流程

如图3.1所示，授权流程主要包括以下步骤：

1. 应用初始化阶段：

   • 自适应应用向服务接口发送访问请求
   • 服务接口中的PEP拦截这个请求
   • PEP识别请求者的身份(应用ID和进程ID)
   • PEP向PDP发送请求，请求做出访问决策
   • PDP查询授权数据库获取应用的授权信息(Grants)
   • PDP基于身份信息和访问控制策略评估访问请求
   • 根据评估结果，PDP向PEP返回允许或拒绝的决策
   • PEP执行这个决策，允许或拒绝对服务接口的访问

2. 持续访问监控：

   • 应用程序在初始授权后发起后续API调用
   • 每次调用都被PEP拦截进行权限验证
   • PDP持续监控并做出访问决策
   • 保证整个会话期间的安全性

这个流程确保了访问控制在应用程序的整个生命周期内都得到持续执行，有效防止了未授权访问和权限提升攻击。

3.2 策略执行与控制

IAM中的策略执行是通过PEP(策略执行点)完成的，PEP具有以下职责：

1. 拦截访问请求：在受保护资源的访问路径上截获所有的请求
2. 提取身份信息：从请求中识别调用者的身份
3. 请求授权决策：向PDP请求关于特定访问尝试的决策
4. 执行访问控制：根据PDP的决策允许或拒绝访问

PDP(策略决策点)则负责做出授权决策，它基于以下信息：

1. 应用的身份信息：如应用ID、进程ID等
2. 应用的授权(Grants)：系统集成器授予的权限
3. 资源的访问控制策略：定义资源的保护级别和访问条件
4. 系统环境因素：如系统状态、时间等上下文信息

通过这种明确的职责分离，AUTOSAR IAM实现了高度的安全性和灵活性，能够适应不同的安全需求和部署场景。

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4. 集成与配置

4.1 与功能集群的集成

IAM不是一个独立的功能集群，而是与AUTOSAR自适应平台的多个功能集群紧密集成的安全机制。主要的集成点包括：

1. 执行管理：

   • 控制应用程序的生命周期管理
   • 确保应用启动时的身份认证
   • 管理进程之间的隔离

2. 通信管理：

   • 保护服务接口的访问
   • 控制应用间的通信权限
   • 保护远程通信通道

3. 密码服务：

   • 管理加密密钥和证书的访问权限
   • 保护加密操作和敏感数据

每个功能集群都实现了PEP，用于在其API和资源的访问路径上执行访问控制决策。系统集成商可以根据具体需求和安全策略配置不同层次的访问控制。

4.2 错误处理

当访问被拒绝时，IAM系统的错误处理机制确保应用程序收到明确的错误信息，同时不泄露敏感的安全信息。常见的错误处理包括：

1. 访问拒绝错误：

   • 返回标准化的错误代码，表明访问被拒绝
   • 不透露具体的拒绝原因，避免信息泄露
   • 可选择记录详细的拒绝原因到系统日志中

2. 错误恢复策略：

   • 应用程序应设计适当的错误处理机制
   • 系统可能提供降级模式的安全策略
   • 关键功能可能需要备用访问机制

正确的错误处理确保系统在安全性与可用性之间取得平衡，既防止未授权访问，又不会因为过度的安全限制而导致系统功能无法使用。

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5. 总结

AUTOSAR自适应平台的身份与访问管理(IAM)提供了一个灵活而强大的安全框架，用于保护车载系统的关键资源和功能。IAM的主要优势包括：

1. 安全性：

   • 基于明确的身份认证和授权机制
   • 防止未授权应用访问敏感功能和数据
   • 支持细粒度的访问控制策略

2. 灵活性：

   • 可适应不同的安全需求和部署场景
   • 通过配置调整保护级别和策略
   • 与多个功能集群无缝集成

3. 可扩展性：

   • 支持添加新的保护资源和安全策略
   • 可适应未来的安全威胁和需求变化
   • 兼容不同的身份认证机制

通过实施IAM，汽车制造商和供应商能够构建更安全的软件架构，有效防止软件缺陷和恶意攻击对车辆安全的影响。IAM与其他安全措施(如安全引导、安全通信等)一起，构成了AUTOSAR自适应平台全面的安全解决方案。

在日益互联和复杂的汽车电子系统中，IAM的作用将越来越重要，它是确保功能安全和信息安全的关键基础设施。