本文來(lái)自微信公眾號(hào)：汽車開(kāi)發(fā)圈，作者：Omar Yang，題圖來(lái)自：AI生成 汽車進(jìn)入系統(tǒng)正在迅速發(fā)展——從傳統(tǒng)鑰匙到先進(jìn)的遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入（RKE）系統(tǒng)和智能鑰匙系統(tǒng)（也稱為被動(dòng)無(wú)鑰匙進(jìn)入（PKE）系統(tǒng)或被動(dòng)進(jìn)入被動(dòng)啟動(dòng)系統(tǒng)（PEPS））——既帶來(lái)了便利，也帶來(lái)了新的安全挑戰(zhàn)。隨著汽車盜竊的技術(shù)升級(jí)，強(qiáng)大的安全解決方案變得至關(guān)重要。 超寬帶（UWB）技術(shù)正在成為汽車安全領(lǐng)域的游戲規(guī)則改變者。與藍(lán)牙和射頻識(shí)別（RFID）不同，UWB 提供精確的距離測(cè)量，使其具有很強(qiáng)的抵抗中繼攻擊的能力，中繼攻擊是汽車盜竊中常用的一種方法。 我們首先要介紹汽車進(jìn)入系統(tǒng)的歷史，并探討了值得注意的安全漏洞類型，例如重放攻擊、滾動(dòng)攻擊和中繼攻擊，以及它們的有效緩解策略。作為討論的一部分，我們討論了最近的一份報(bào)告，該報(bào)告介紹了特斯拉的無(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)如何容易受到某些攻擊。我們揭示了解鎖過(guò)程的機(jī)制以及攻擊者如何利用它。在本系列的后半部分，我們將深入研究 UWB 技術(shù)、其應(yīng)用及其潛在漏洞。 一、車輛進(jìn)入系統(tǒng)簡(jiǎn)史及其安全挑戰(zhàn) 車輛進(jìn)入系統(tǒng)的發(fā)展以旨在提高便利性和安全性的重大進(jìn)步為標(biāo)志。最初，汽車使用簡(jiǎn)單的機(jī)械鑰匙進(jìn)行防護(hù)，這些鑰匙很容易被復(fù)制。20 世紀(jì) 80 年代末推出的遙控?zé)o鑰匙進(jìn)入（RKE）系統(tǒng)標(biāo)志著一次重大飛躍，允許駕駛員按下按鈕解鎖汽車。然而，隨著技術(shù)的進(jìn)步，汽車盜竊的技術(shù)也越來(lái)越高超。RKE 系統(tǒng)變得容易受到信號(hào)干擾、重放和攔截攻擊。 下一個(gè)重大創(chuàng)新是智能鑰匙系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，該系統(tǒng)允許無(wú)鑰匙進(jìn)入和按鈕啟動(dòng)功能。中繼攻擊是竊賊將信號(hào)從鑰匙傳導(dǎo)至汽車，這種攻擊成為盜竊車輛的常用方法，因?yàn)樗恍枰锢斫佑|鑰匙。豪華汽車盜竊案激增導(dǎo)致車主的保險(xiǎn)費(fèi)飆升，高端汽車特別容易受到此類攻擊，并且是此類攻擊的誘人目標(biāo)。隨著這些威脅的發(fā)展，對(duì)更安全地進(jìn)入系統(tǒng)的需求變得顯而易見(jiàn)。這推動(dòng)了超寬帶（UWB）技術(shù)的采用，該技術(shù)提供了更高的精度和安全性，可以有效對(duì)抗這些復(fù)雜的攻擊。 除了上面提到的無(wú)線技術(shù)外，RFID 還廣泛用于現(xiàn)代車輛，形式為實(shí)體卡或存儲(chǔ)在手機(jī)上的虛擬卡。RFID 系統(tǒng)僅在幾厘米內(nèi)解鎖汽車，使其在直接與用戶交互的過(guò)程中更加安全。然而，RFID 也有其自身的弱點(diǎn)。它可以被相同頻率的更強(qiáng)無(wú)線電信號(hào)干擾，在 RFID 標(biāo)簽和讀取器之間的通信期間被攔截（“嗅探”），并用于創(chuàng)建具有與原始 RFID 標(biāo)簽相同識(shí)別碼的重復(fù) RFID 標(biāo)簽。 二、針對(duì)車輛進(jìn)入系統(tǒng)的信號(hào)攻擊類型 我們已經(jīng)提到了幾種可能針對(duì) RKE 系統(tǒng)的信號(hào)攻擊。在本節(jié)中，我們將概述它們的工作原理。 在干擾攻擊中，黑客發(fā)送能量更高的無(wú)線電信號(hào)，這樣車輛就無(wú)法接收正確的信號(hào)。這是一種拒絕服務(wù)（DoS）攻擊。
干擾攻擊 在重放攻擊中，黑客攔截車主發(fā)送的信號(hào)。他們能夠使用捕獲的固定代碼信號(hào)獲得對(duì)車輛的未經(jīng)授權(quán)的訪問(wèn)。
重放攻擊 滾動(dòng)干擾攻擊結(jié)合了信號(hào)攔截和干擾。在這種情況下，黑客會(huì)同時(shí)攔截傳輸?shù)男盘?hào)并在汽車附近干擾信號(hào)，以阻止其接收正確的信號(hào)。他們的目標(biāo)是誘騙車主按下鑰匙扣兩次或多次。黑客可以通過(guò)這種做法來(lái)捕獲可用于未來(lái)攻擊的信號(hào)。這種技術(shù)針對(duì)具有滾動(dòng)代碼功能的汽車。
滾動(dòng)干擾攻擊 在中繼攻擊中，黑客將一個(gè)無(wú)線電設(shè)備放置在汽車附近，另一個(gè)放置在真正的鑰匙附近。這些無(wú)線電設(shè)備本質(zhì)上是延長(zhǎng)信號(hào)，以誘騙汽車相信鑰匙就在附近，從而允許汽車解鎖和啟動(dòng)。
這些攻擊已被證明可以有效繞過(guò)上一節(jié)討論的車輛進(jìn)入系統(tǒng)。下表總結(jié)了車輛進(jìn)入系統(tǒng)的各種迭代以及可以對(duì)它們使用的不同攻擊方法。
三、對(duì)特斯拉Model 3的攻擊 UWB 是改變游戲規(guī)則的因素，也是車輛進(jìn)入系統(tǒng)發(fā)展的下一個(gè)重要步驟。這引發(fā)了一個(gè)問(wèn)題：UWB 對(duì)當(dāng)前無(wú)線電黑客的有效性如何？最近一份關(guān)于最新特斯拉 Model 3 使用 UWB 的報(bào)告有助于給出一個(gè)答案。 該報(bào)告引用了 GoGoByte 研究人員的研究結(jié)果，指出盡管特斯拉 Model 3 支持 UWB，但目前并未有效使用該技術(shù)進(jìn)行可以防止中繼攻擊的距離檢查。這是因?yàn)樘厮估臒o(wú)鑰匙進(jìn)入系統(tǒng)仍主要使用藍(lán)牙來(lái)解鎖汽車和控制防盜器。因此，與早期型號(hào)一樣，中繼攻擊仍然可以通過(guò)藍(lán)牙成功破解。 特斯拉已承認(rèn)存在此問(wèn)題，并表示正在努力提高 UWB 的可靠性和安全性。在部署必要的增強(qiáng)功能之前，特斯拉汽車仍然容易受到中繼攻擊。盡管如此，值得注意的是，據(jù)報(bào)道，特斯拉汽車是美國(guó)被盜頻率最低的汽車，這要?dú)w功于其默認(rèn)的 GPS 跟蹤功能。 為了解決這個(gè)問(wèn)題，建議特斯拉車主利用一項(xiàng)名為“PIN-to-drive”的功能，該功能可充當(dāng)多因素身份驗(yàn)證（MFA）的一種形式。此功能要求駕駛員在汽車啟動(dòng)前輸入四位數(shù)的 PIN 碼，即使已使用鑰匙扣或智能手機(jī)解鎖汽車也是如此。PIN-to-drive 提供了第二層保護(hù)，確保即使竊賊使用中繼攻擊解鎖汽車，也無(wú)法在不知道 PIN 碼的情況下啟動(dòng)汽車。在實(shí)施更強(qiáng)大的 UWB 安全措施之前，此功能可有效防范當(dāng)前的安全漏洞。 該報(bào)告很好地介紹了 UWB 的當(dāng)前實(shí)施情況，以及仍需如何改進(jìn)才能充分發(fā)揮其優(yōu)勢(shì)。我們下面將會(huì)仔細(xì)研究這項(xiàng)技術(shù)并分析其對(duì)車輛的安全影響。 超寬帶（UWB）技術(shù)近年來(lái)越來(lái)越受歡迎。它被譽(yù)為下一代無(wú)鑰匙技術(shù)，并承諾可以抵御困擾其前輩的攻擊。然而，UWB 并不新鮮。它的起源可以追溯到 19 世紀(jì)末，當(dāng)時(shí)，Heinrich Hertz 通過(guò)火花隙發(fā)射器實(shí)驗(yàn)生成了第一個(gè) UWB 信號(hào)。UWB 技術(shù)在 20 世紀(jì)中后期取得了重大進(jìn)展，特別是在雷達(dá)系統(tǒng)等軍事應(yīng)用中。這段豐富的歷史為 UWB 的現(xiàn)代應(yīng)用奠定了基礎(chǔ)，包括它對(duì)汽車安全的變革性影響。 我們下面將研究 UWB 與車輛進(jìn)入系統(tǒng)的集成、它帶來(lái)的優(yōu)勢(shì)、它可能帶來(lái)的漏洞以及如何緩解其安全問(wèn)題。 四、什么是UWB協(xié)議？ UWB 是一種無(wú)線通信技術(shù)，可在寬頻譜范圍內(nèi)運(yùn)行，頻率通常在 3.1 至 10.6 GHz 之間。與使用窄帶信號(hào)的傳統(tǒng)無(wú)線技術(shù)（如藍(lán)牙和 Wi-Fi）不同，UWB 可在寬頻率范圍內(nèi)傳輸數(shù)據(jù)。這一獨(dú)特特性使 UWB 具有獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)，尤其是在精度和安全性方面。 UWB 通過(guò)在寬頻譜范圍內(nèi)傳輸短脈沖無(wú)線電波來(lái)工作。這些脈沖以精確的時(shí)間間隔發(fā)送，使接收器能夠準(zhǔn)確確定每個(gè)脈沖到達(dá)所需的時(shí)間。通過(guò)計(jì)算時(shí)間差，UWB 可以高精度地測(cè)量設(shè)備之間的距離。這使得 UWB 成為需要精確位置跟蹤和安全通信的應(yīng)用的理想選擇。 我們?cè)诖丝偨Y(jié)了 UWB 的定義特征： 高精度：UWB 可以實(shí)現(xiàn)厘米級(jí)精度測(cè)距。這是通過(guò)飛行時(shí)間（ToF）測(cè)量實(shí)現(xiàn)的，其中信號(hào)從發(fā)射器傳播到接收器所需的時(shí)間用于計(jì)算距離。 低干擾：由于其頻率范圍寬、功率譜密度低，UWB 受到其他無(wú)線技術(shù)的干擾最小。這確保了即使在擁擠的環(huán)境中也能可靠地通信。 高數(shù)據(jù)速率：UWB 可以支持高數(shù)據(jù)傳輸速率，使其適用于需要快速和大量數(shù)據(jù)交換的應(yīng)用場(chǎng)景。 由于其優(yōu)勢(shì)，UWB 已在不同行業(yè)的各種應(yīng)用中使用。為了更好地了解其用途，我們?cè)诖肆谐隽丝梢哉业?UWB 的幾個(gè)行業(yè)及其使用方式： 汽車行業(yè)：UWB 正在集成到車輛進(jìn)入系統(tǒng)中，以增強(qiáng)安全性并防止中繼攻擊。其精確的距離測(cè)量可確保只有當(dāng)授權(quán)的汽車鑰匙或手機(jī)鑰匙在特定范圍內(nèi)時(shí)，汽車才會(huì)解鎖。其應(yīng)用示例包括奧迪和寶馬等車輛中的高級(jí)鑰匙和基于智能手機(jī)的進(jìn)入系統(tǒng)。 消費(fèi)電子產(chǎn)品：智能手機(jī)和智能家居系統(tǒng)等設(shè)備使用 UWB 進(jìn)行精確的位置跟蹤和安全的設(shè)備到設(shè)備通信。一個(gè)顯著的例子是蘋(píng)果的 AirTag，它使用 UWB 為丟失的物品提供精確的位置跟蹤，確保用戶能夠精確地找到他們的物品。 工業(yè)和醫(yī)療領(lǐng)域：UWB 用于實(shí)時(shí)定位系統(tǒng)（RTLS），以高精度跟蹤資產(chǎn)和人員，并用于醫(yī)療成像和監(jiān)控應(yīng)用。 五、仔細(xì)看看UWB UWB 技術(shù)傳輸脈沖信號(hào)而不是正弦波，后者在其他無(wú)線協(xié)議（如藍(lán)牙和 Wi-Fi）中更常見(jiàn)。時(shí)域中的脈沖持續(xù)時(shí)間短意味著頻域中的功率譜占據(jù)寬頻帶。在 UWB 應(yīng)用中，脈沖持續(xù)時(shí)間以納秒或數(shù)百皮秒為單位，并具有相應(yīng)的頻率。例如，持續(xù) 2 納秒的脈沖的頻率帶寬約為 500 MHz。這意味著信號(hào)占據(jù)以其載波頻率為中心的廣泛頻率范圍，范圍約為 500 MHz。與其他常見(jiàn)的無(wú)線技術(shù)相比，UWB 使用的頻帶要寬得多。例如，Wi-Fi 通常使用 20 到 160 MHz，而藍(lán)牙僅使用 20 MHz。 傳統(tǒng)窄帶通信（例如 2G 移動(dòng)電話）和傳統(tǒng)通信（例如 Wi-Fi 和 3G 移動(dòng)電話）在較窄的頻帶上以較高的功率水平運(yùn)行。UWB 無(wú)線通信涵蓋很寬的頻率范圍，但傳輸功率明顯較低。
各種無(wú)線通信技術(shù)的傳輸功率比較 六、不同的測(cè)距和定位方法 UWB 技術(shù)提供了幾種精確的測(cè)距和定位物體的方法： ToF 測(cè)量信號(hào)從發(fā)射器與接收器之間的時(shí)間，并根據(jù)已知的信號(hào)速度直接計(jì)算距離。在這種情況下，信號(hào)是電磁的，以光速傳播。 到達(dá)時(shí)間差（TDoA）使用多個(gè)接收器來(lái)確定同一信號(hào)的到達(dá)時(shí)間差，從而實(shí)現(xiàn)三角測(cè)量和高精度定位。 到達(dá)相位差（PDoA）或到達(dá)角（AoA）使用具有多個(gè)天線的 UWB 設(shè)備接收同一信號(hào)，從而導(dǎo)致天線接收的信號(hào)之間存在相位差。該相位差用于計(jì)算發(fā)射器的相對(duì)位置和距離。 雙向測(cè)距（TWR）涉及設(shè)備之間的信號(hào)交換，測(cè)量往返時(shí)間以確定距離。每種方法都利用 UWB 的高時(shí)間分辨率來(lái)實(shí)現(xiàn)精確可靠的位置跟蹤，使 UWB 適用于需要高精度的應(yīng)用。這種技術(shù)的一個(gè)變體是雙面（TWRDS-TWR），其中至少傳輸三條消息，而不是 TWR 僅傳輸兩條消息。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是錨點(diǎn)和標(biāo)簽都可以各自計(jì)算它們之間的距離。 在下圖中，目標(biāo)是使用不同的測(cè)距和定位方法確定標(biāo)簽的位置。 對(duì)于 ToF，標(biāo)簽將 UWB 幀作為有效載荷發(fā)送，即發(fā)送幀的時(shí)間（t1）。錨點(diǎn)在 t2 接收幀，并將 ToF 計(jì)算為 t2 ? t1。
計(jì)算標(biāo)簽位置的 ToF 方法 對(duì)于 TDoA 定位，標(biāo)簽發(fā)送的信號(hào)到達(dá)每個(gè)錨點(diǎn)的時(shí)間不同，因?yàn)闃?biāo)簽和錨點(diǎn)之間的距離不同。通過(guò)測(cè)量信號(hào)到達(dá)錨點(diǎn)對(duì)的時(shí)間差，可以計(jì)算出雙曲線。通過(guò)找到至少三個(gè)這樣的雙曲線的交點(diǎn)來(lái)確定標(biāo)簽的位置。
確定標(biāo)簽位置的 TDoA 方法 在 PDoA 或 AoA 方法中，標(biāo)簽發(fā)送信號(hào)，該信號(hào)由錨點(diǎn)上的多個(gè)天線接收。通過(guò)獲取不同天線上相同信號(hào)的相位差并了解天線之間的距離，可以準(zhǔn)確計(jì)算標(biāo)簽的位置。
計(jì)算標(biāo)簽位置的 PDoA 或 AoA 方法 TWR 方法改進(jìn)了 ToF 方法，消除了錨點(diǎn)和標(biāo)簽之間同步的需要，僅依賴于來(lái)自一個(gè)設(shè)備的時(shí)間戳。錨點(diǎn)發(fā)送標(biāo)簽在傳播時(shí)間或 ToF 之后收到的消息。然后，標(biāo)簽在固定的回復(fù)時(shí)間（包含在數(shù)據(jù)包中）后做出響應(yīng)。然后，錨點(diǎn)可以使用已知的回復(fù)時(shí)間根據(jù)往返時(shí)間（RTT）計(jì)算 ToF。
TWR 方法計(jì)算標(biāo)簽位置 DS-TWR 方法與 TWR 方法類似，但錨點(diǎn)會(huì)回復(fù)標(biāo)簽，讓標(biāo)簽計(jì)算 RTT 并確定其與錨點(diǎn)的距離。
圖 6. DS-TWR 方法計(jì)算標(biāo)簽位置 七、UWB為何不會(huì)受到中繼攻擊的影響 正如之前所述，當(dāng)鑰匙和汽車之間的信號(hào)通過(guò)由攻擊者控制的一對(duì)無(wú)線電設(shè)備創(chuàng)建的“隧道”進(jìn)行擴(kuò)展時(shí)，就會(huì)發(fā)生中繼攻擊。這是可能的，因?yàn)槠嚺c其鑰匙扣之間的通信通常不受時(shí)間影響。然而，由于 UWB 技術(shù)具有高時(shí)間分辨率和精確的 ToF 測(cè)量，因此在很大程度上不受中繼攻擊的影響。UWB 的精確度確保任何中繼信號(hào)的嘗試都會(huì)導(dǎo)致明顯的時(shí)間差異。配備 UWB 的汽車可以通過(guò)計(jì)算鑰匙鏈發(fā)射信號(hào)和汽車接收信號(hào)之間的時(shí)間差，輕松識(shí)別鑰匙的范圍。 為了說(shuō)明 UWB 技術(shù)如何防止中繼攻擊，我們舉了一個(gè)例子。在這個(gè)場(chǎng)景中，我們假設(shè)當(dāng)汽車與其鑰匙鏈之間的距離小于 1 米時(shí)，可以解鎖涉及的汽車。汽車停在距離試圖中繼鑰匙鏈信號(hào)的竊賊 5 米的地方。 1 米外解鎖時(shí)的 ToF：ToF 1 m = 1/3 x 108 = 3.33 ns 5 米外的 ToF：To F5 m = 5/3 x 108 = 16.67 ns 1 米內(nèi)解鎖汽車的閾值約為 3.33 ns，而信號(hào)傳播 16.67 ns 到達(dá)汽車。UWB 系統(tǒng)可以輕松檢測(cè)到這種差異。因此，信號(hào)被拒絕，因?yàn)榈竭_(dá)時(shí)間比閾值長(zhǎng)約 5 倍，表明密鑰不在預(yù)期范圍內(nèi)。 八、UWB 如何受到攻擊 如果UWB 不受中繼攻擊的影響，那么它是否不受其他形式的攻擊的影響？盡管 UWB 提供了這些功能，但 UWB 本身并不是萬(wàn)無(wú)一失的。 GoGoByte 的研究人員演示了一種針對(duì) UWB 的攻擊，名為“UWB 精確的震耳欲聾（UWB accurate deafening）”。他們想看看是否可以通過(guò)記錄發(fā)起者和響應(yīng)者的信號(hào)，然后在預(yù)期的時(shí)間范圍內(nèi)發(fā)送惡意數(shù)據(jù)包引起消息沖突。 在他們的實(shí)驗(yàn)中，研究人員成功破壞了 iPhone 和 AirTag 之間的測(cè)距功能。在攻擊發(fā)起者時(shí)，攻擊設(shè)備被放置在發(fā)起者附近以嗅探信號(hào)。通過(guò)在正確的時(shí)間發(fā)送虛假消息，發(fā)起者將無(wú)法正確解析來(lái)自預(yù)期響應(yīng)者的消息。
圖 7. 對(duì)車輛進(jìn)入系統(tǒng)的 UWB accurate deafening 如果在無(wú)鑰匙進(jìn)入啟動(dòng)（PKES）系統(tǒng)中強(qiáng)制使用 UWB，則此類攻擊可能導(dǎo)致車輛進(jìn)入系統(tǒng)出現(xiàn)拒絕服務(wù)（DoS）。但是，如果在解鎖汽車時(shí)不需要實(shí)時(shí)測(cè)距，或者在沒(méi)有 UWB 的情況下執(zhí)行 PKES，汽車盜竊仍然可能發(fā)生。 九、如何緩解針對(duì)UWB的攻擊 UWB accurate deafening等攻擊之所以能夠成功實(shí)施，主要是因?yàn)榭梢暂p松預(yù)測(cè)消息的時(shí)間。為了緩解這些攻擊，可以在接收信號(hào)和發(fā)送信號(hào)之間引入隨機(jī)延遲。這樣，只有發(fā)起者和響應(yīng)者才能期待彼此的真實(shí)消息，而攻擊者發(fā)送的消息將超出設(shè)計(jì)的時(shí)間范圍，因此會(huì)被忽略。如圖 8 中的圖表所示，如果響應(yīng)時(shí)間對(duì)于攻擊者來(lái)說(shuō)是不可預(yù)測(cè)的，那么攻擊者發(fā)送消息的時(shí)間要么比真實(shí)消息更早，要么比真實(shí)消息更晚。
圖 8. 引入隨機(jī)延遲以減輕對(duì) UWB 協(xié)議的攻擊 我們回顧了使用 UWB 之前車輛進(jìn)入系統(tǒng)的過(guò)去版本，每個(gè)版本都容易受到某種形式的攻擊。需要強(qiáng)調(diào)的是，安全性應(yīng)成為在車輛中實(shí)施 UWB 的一個(gè)重要考慮因素，因?yàn)樗旧聿⒉皇轻槍?duì)車輛盜竊和其他形式的進(jìn)入系統(tǒng)攻擊的絕對(duì)防御手段。 本文來(lái)自微信公眾號(hào)：汽車開(kāi)發(fā)圈，作者：Omar Yang 本內(nèi)容為作者獨(dú)立觀點(diǎn)，不代表虎嗅立場(chǎng)。未經(jīng)允許不得轉(zhuǎn)載，授權(quán)事宜請(qǐng)聯(lián)系 hezuo@huxiu.com 正在改變與想要改變世界的人，都在 虎嗅APP |
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