Software-definierte Autos Funktionale Sicherheit inklusive Cybersicherheit

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Das Software-definierte Fahrzeug geht mit neuen Risiken einher. Geeignete Lösungen zur Datenspeicherung können dazu beitragen, diese zu beherrschen.

Wenn es früher um Sicherheitsfragen in der Fahrzeugentwicklung ging, war klar, dass man von funktionaler Sicherheit (englisch: Safety) sprach. Mittlerweile haben sich Fahrzeuge allerdings zu kleinen Rechenzentren entwickelt, die noch dazu mit hoher Geschwindigkeit unterwegs sind. Die Folge: Mit jeder neuen digitalen Assistenz-, Infotainment- oder Servicefunktion steigen die Anforderungen an die Datensicherheit: Cybersecurity, der Schutz vor Datenmanipulation und -ausspähung, ist auch für Automobilhersteller und Zulieferer zu einem ernstzunehmenden Thema geworden.

Versäumnisse bei der Cyber-Sicherheit wirken sich unter Umständen auf die funktionale Sicherheit aus. Es läge nahe, geschlossene, unveränderliche Systeme zu implementieren. Doch die Natur von Software-Defined-Systemen ist es, aktualisierbar und erweiterbar zu sein.

Die Hardware eines neuen Fahrzeugs ist fix, doch die Software muss ständig an neue Funktionen und Sicherheitsanforderungen angepasst werden können. Dabei geht es nicht nur darum, dass zum Beispiel viele Autofahrer eine vollständige Integration des Fahrzeugs in ihre digitale Welt erwarten. Es gibt konkrete Vorschriften, die eine disruptive Wirkung für die Hersteller haben: So verlangt beispielsweise die Cybersecurity-Regulierung „UNECE WP.29“, dass neu entwickelte Fahrzeuge bereits heute über eine sichere Update-Möglichkeit verfügen müssen. Bei „UNECE“ handelt es sich um das Harmonisierungsgremium der Vereinten Nationen, unter anderem zuständig für Fahrzeug-Typgenehmigungen in Europa.

Neue Anforderungen an die Architektur

Neue Hochleistungsanwendungen wie erweiterte Fahrerassistenzsysteme (ADAS) und autonomes Fahren, Infotainment, Drive Video/Data Recorder oder Instrumenten-Cluster erhöhen den Bedarf an skalierbarer Rechenleistung, was eine hohe Bandbreite und geringe Latenz bei der Speicherung erfordert. OEMs und Tier-1-Anbieter stehen damit vor der Herausforderung, leistungsfähige Rechensysteme zu entwickeln.

Es bietet sich an, mit verschiedenen und untereinander kommunizierenden, aber voneinander getrennten zentralen Einheiten zu arbeiten. Hinzu kommen spezielle Sensoreinheiten, die nach dem Prinzip des Edge-Computings funktionieren. Es braucht zonale Gateways oder Domänen-Steuereinheiten mit Gateway-Funktionalität sowie Schnittstellen für PCI Express (PCIe), Ethernet und CAN oder LIN für die Sensorik. All diese Funktionen brauchen wiederum Speichermodule mit höchster Zuverlässigkeit.

Keine funktionale Sicherheit ohne Cybersecurity

Funktionale Sicherheit im Sinne der ISO 26262 erfordert von OEMs auch den Nachweis wirksamer Mechanismen zur Minderung von Cyber-Security-Risiken, wie sie etwa in der ISO 21434 definiert sind. Diese beiden Normen gehen Hand in Hand, da ein direkter oder indirekter Cyberangriff sicherheitskritische Systeme beeinträchtigen kann.

Es ist dabei unter Fachleuten unstrittig, dass rein softwarebasierte Sicherheitseinrichtungen korrumpierbar sind. Daher brauchen Automobilelektronikentwickler hardwarebasierte Sicherheitslösungen, um Daten und Geräte zu schützen und regulatorische Standards bis hin zu ASIL D einhalten zu können.

In anderen Anwendungsbereichen hat sich bereits ein Ansatz bewährt, der auch beim Software-definierten Fahrzeug vielversprechend ist. Seit Jahren werden bereits Sicherheitsfunktionen in industrielle Flash-Speicher-Module integriert, um so abhörsichere Handys, polizeiliche Bodycams und Kassensysteme abzusichern.

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Car-IT – Der Weg zum softwaredefinierten Fahrzeug

Mit einem Sicherheitschip als Hardware-Anker und Verschlüsselungsfunktionen in der Firmware können sogar auswechselbare Memory-Cards die Funktion von TPM (Trusted Platform Module) oder anderen Hardware-Sicherheitsmodulen übernehmen. Dazu gehören Secure-Boot, die Verschlüsselung von personenbezogenen Daten kundenindividueller Funktionen, der Schutz von geistigem Eigentum und natürlich die Verhinderung von Datenmanipulation.

Sehr wichtig im Zusammenhang mit der Kommunikation der Subsysteme untereinander und der OTA-Updates ist die eindeutige Identifizierbarkeit von Kommunikationsteilnehmern. Machine-to-Machine- oder kurz M2M-Kommunikationsteilnehmer erhalten gewissermaßen einen „fälschungssicheren Ausweis“. So verhindern Mechanismen der Authentisierung wirksam missbräuchliche Zugriffe auf Funktionen und Systeme eines Software-definierten Autos.

Vorsicht mit dem Flash-Speicher

SSDs und Memory-Karten aus dem IT- oder gar Consumer-Bereich sind für automobile Anwendungen ungeeignet. Dies umso mehr, weil die aktuellen sogenannten 3D-NAND-Chips nur auf höheres Datenvolumen hin optimiert sind, das aber mit kürzerer Lebensdauer und hoher Temperaturempfindlichkeit erkauft wurde.

Die Entwickler von Automobilanwendungen brauchen Produkte, die auf Basis ausgewählter Chips industrietaugliche Speichermodule verwenden. Das bezieht sich zunächst auf die Fertigung robuster Hardware, die beispielsweise AEC-Q100-zertifiziert ist oder in IATF16949-zertifizierten Fabriken hergestellt wird.

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Ganz entscheidend ist aber auch die Firmware der Speichermodule. Sie gleicht durch geeignete Mechanismen die fundamentalen Schwächen von NAND-Chips der TLC (Triple-Level Cell)-Technik aus und sorgt für weniger Empfindlichkeit gegenüber extremen Temperaturen.

Auch Lebenszeiten und Datenerhalt können verlängert werden. Die Maßnahmen zum Ausgleich der technologisch bedingten Schwächen können bis hin zum sogenannten Pseudo-SLC-Modus reichen, bei dem nur das starke Bit einer NAND-Zelle genutzt wird.

Fazit: Datenschutz- und Datensicherheitsaspekte werden bei neuen technischen Errungenschaften häufig zu spät beachtet, wie es immer wieder bei ungeschützten IoT-Geräten zu beobachten ist. Das in der Fahrzeugentwicklung fest integrierte Safety-Engineering wird dafür sorgen, dass dies nicht passiert und auch die Security-Thematik berücksichtigt wird. Hardware-basierte Sicherheit, integriert in Speichermodulen, kann dafür ein wichtiger Baustein sein. (kt)

* Matthias Poppel verantwortet als Chief Sales & Marketing Officer (CSMO) seit 2018 die weltweiten Vertriebs- und Marketingaktivitäten von Swissbit. Er verfügt über mehr als 20 Jahre Erfahrung in der Halbleiter- und Modul-Industrie. In den vergangenen Jahren lag sein Fokus auf den Bereichen IoT und Security.

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