Brevet FR3044100A1 — publié le 20170526

PROCEDE D'ESTIMATION D'UNE DISTANCE ET UNITE ELECTRONIQUE POUR VEHICULE DOMAINE TECHNIQUE AUQUEL SE RAPPORTE L'INVENTION La présente invention concerne l'estimation d'une distance entre un identifiant et un véhicule. Elle concerne plus particulièrement un procédé d'estimation d'une distance et une unité électronique pour véhicule. L'invention s'applique particulièrement avantageusement dans le cas où l'on souhaite protéger le véhicule des attaques relais. ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE On connaît les systèmes de type PEPS (pour "Passive Entry - Passive Start") dans lesquels la mise en oeuvre d'une fonctionnalité (telle que le déverrouillage des portes d'un véhicule ou le démarrage d'un tel véhicule) est conditionné par la présence à proximité du véhicule d'un identifiant (généralement porté par l'utilisateur du véhicule). Le document US 2003/090 365 propose de mesurer des phases de réception de signaux électromagnétiques échangés entre l'identifiant et le véhicule pour deux fréquences différentes des signaux électromagnétiques. La distance séparant l'identifiant et le véhicule peut alors être estimée sur la base de la différence des phases mesurées. OBJET DE L'INVENTION Dans ce contexte, la présente invention propose un procédé d'estimation d'une distance séparant un véhicule équipé d'un premier module de 25 communication sans fil et un identifiant équipé d'un second module de communication sans fil, comprenant les étapes suivantes : - génération d'une liste ordonnée aléatoirement ; - réception, par l'un au moins des premier et second modules de communication sans fil, de signaux électromagnétiques ayant une fréquence 30 évoluant successivement parmi une pluralité de fréquences conformément à ladite liste (dans l'ordre indiqué dans cette liste) ; - pour chaque fréquence de la pluralité de fréquences, mesure d'une phase de réception du signal électromagnétique ayant la fréquence concernée ; - estimation de ladite distance sur la base des phases mesurées. 3044100 2 La fréquence des signaux électromagnétiques utilisés pour estimer la distance évolue ainsi de manière imprévisible et une attaque relais telle que décrite plus loin en référence à la figure 3 sera donc vaine. Selon des caractéristiques optionnelles et donc non limitatives : 5 - le procédé comprend une étape de transmission de données descriptives de la liste entre le premier module de communication sans fil et le second module de communication sans fil ; - le procédé comprend une étape de chiffrement des données descriptives de la liste ; 10 - les données descriptives de la liste sont transmises chiffrées entre le premier module de communication sans fil et le second module de communication sans fil ; - le procédé comprend une étape d'émission, par l'autre des premier et second modules de communication sans fil, desdits signaux électromagnétiques 15 ayant une fréquence évoluant successivement parmi la pluralité de fréquences conformément à ladite liste ; - l'étape d'estimation de ladite distance comprend une étape de détermination d'une pente d'une droite de régression liée à des points définis chacun par une fréquence de la pluralité de fréquences et la phase mesurée 20 associée ; - l'étape de réception est mise en oeuvre par le premier module de communication sans fil. Le procédé d'estimation peut comprendre en outre l'une au moins des étapes suivantes : - émission par le premier module de communication sans fil de signaux électromagnétiques ayant une fréquence évoluant successivement parmi la pluralité de fréquences ; - réception par le second module de communication sans fil de signaux électromagnétiques ayant une fréquence évoluant successivement parmi la pluralité de fréquences ; - pour chaque fréquence de la pluralité de fréquences, mesure, au niveau du second module de communication sans fil, d'une seconde phase d'un signal électromagnétique reçu ayant la fréquence concernée ; - transmission des secondes phases mesurées du second module de 3044100 3 communication sans fil au premier module de communication sans fil. Les secondes phases transmises peuvent alors être utilisées au cours de l'étape d'estimation de ladite distance. Le procédé précité peut comprendre en outre une étape de mise en 5 oeuvre éventuelle d'une fonctionnalité du véhicule en fonction de la distance estimée. L'invention propose également une unité électronique pour véhicule comprenant : - un élément conçu pour générer une liste ordonnée aléatoirement ; 10 - un élément conçu pour commander la réception (par un module de communication sans fil équipant le véhicule), en provenance d'un identifiant, de signaux électromagnétiques ayant une fréquence évoluant successivement parmi une pluralité de fréquences conformément à ladite liste ; - un élément conçu pour mesurer, pour chaque fréquence de la pluralité 15 de fréquences, une phase de réception du signal électromagnétique ayant la fréquence concernée ; - un élément conçu pour estimer une distance séparant le véhicule et l'identifiant sur la base des phases mesurées. Une telle unité électronique peut également présenter l'une au moins des 20 caractéristiques optionnelles présentées ci-dessus en termes de procédé. Lorsque l'unité électronique est réalisée sur la base d'un microprocesseur et d'au moins une mémoire (comme décrit ci-après), certains au moins des éléments précités peuvent être mis en oeuvre au moyen d'instructions mémorisées dans ladite mémoire et conçues pour effectuer la fonction de 25 l'élément concerné lorsqu'elles sont exécutées par le microprocesseur. DESCRIPTION DETAILLEE D'UN EXEMPLE DE REALISATION La description qui va suivre en regard des dessins annexés, donnés à titre d'exemples non limitatifs, fera bien comprendre en quoi consiste l'invention et comment elle peut être réalisée. 30 Sur les dessins annexés : - la figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un système dans lequel peut être mise en oeuvre l'invention ; - la figure 2 représente schématiquement la propagation de deux signaux de fréquences différentes l'une de l'autre ; 3044100 4 - la figure 3 représente une attaque relais possible sur un système du type de celui de la figure 1 ; et - la figure 4 est un logigramme représentant un procédé d'estimation de la distance séparant un identifiant et un véhicule. 5 La figure 1 représente schématiquement les éléments principaux d'un système dans lequel peut être mise en oeuvre l'invention. Un tel système comprend un véhicule 10, ici un véhicule automobile, et un identifiant 20, par exemple une clé ou badge d'accès au véhicule 10 (ou, en variante, un terminal utilisateur, tel qu'un téléphone mobile ou un ordiphone - ou 10 "smartphone" selon l'application anglaise couramment utilisée, muni de droits d'accès au véhicule 10). Le véhicule 10 est équipé d'une unité électronique de commande 11 et d'un module de communication 12. L'unité électronique de commande 11 comprend par exemple un 15 microprocesseur et au moins une mémoire, par exemple une mémoire non-volatile réinscriptible. La mémoire mémorise notamment des instructions de programme qui permettent, lorsqu'elles sont exécutées par le microprocesseur, la mise en oeuvre par l'unité électronique de commande 11 des procédés décrits ci-dessous. La mémoire mémorise également des valeurs ou paramètres utilisés au cours de 20 ces procédés, par exemple des valeurs de phases mesurées (Pi (comme expliqué plus loin). La mémoire de l'unité électronique de commande 11 mémorise en outre une clé cryptographique K (qui a par exemple été inscrite au sein de l'unité électronique de commande 11 lors de sa fabrication). 25 En variante, l'unité électronique de commande 11 pourrait être réalisée sous la forme d'un circuit intégré à application spécifique (ou ASIC pour "Application Specific Integrated Circuit'). Le module de communication 12 est conçu pour établir une liaison sans fil avec d'autres appareils électroniques, ici une liaison de type "Bluetooth Low 30 Energy' (ou "BLE'). Le module de communication 12 est donc notamment conçu pour émettre et recevoir des signaux électromagnétiques (typiquement de fréquence supérieure à 1 Mhz, voire à 500 MHz), ici dans la bande à 2,4 GHz. L'identifiant 20 est généralement porté par un utilisateur du véhicule 10 et permet la commande de certaines fonctionnalités du véhicule 10 (par exemple 3044100 5 le déverrouillage des portes du véhicule 10), notamment lorsqu'il est approché du véhicule 10. L'identifiant 20 peut éventuellement comporter en outre des boutons de commande, à l'aide desquels l'utilisateur peut commander certaines au moins des fonctionnalités précitées ou d'autres fonctionnalités du véhicule 10. 5 L'identifiant 20 comprend une unité de commande 21 et un module de communication 22. L'unité de commande 21 est par exemple réalisée au moyen d'un microprocesseur et d'au moins une mémoire, par exemple une mémoire non volatile réinscriptible. La mémoire mémorise notamment des instructions de 10 programme qui permettent, lorsqu'elles sont exécutées par le microprocesseur, la mise en oeuvre par l'unité de commande 21 des procédés décrits ci-dessous. La mémoire mémorise également des valeurs ou paramètres utilisés au cours de ces procédés. La mémoire de l'unité de commande 21 mémorise en outre elle aussi la 15 clé cryptographique K. Dans le cas où l'identifiant 20 est un badge (ou clé) d'accès au véhicule, la clé cryptographique K a par exemple été inscrite dans la mémoire de l'unité de commande 21 lors de la fabrication de l'identifiant 20. Dans la variante mentionnée ci-dessus où l'identifiant 20 est un terminal utilisateur, la clé cryptographique K a par exemple été reçue d'un serveur distant et mémorisée lors 20 d'une phase de souscription à un service de commande des fonctionnalités du véhicule au moyen du terminal utilisateur. En variante, l'unité de commande 21 pourrait être réalisée sous la forme d'un circuit intégré à application spécifique. Le module de communication 22 est conçu pour établir une liaison sans 25 fil (ici de type "Bluetooth Low Energy' ou "BLE') avec d'autres appareils électroniques, en particulier avec l'unité électronique de commande 11 du véhicule 10 via le module de communication 12 mentionné plus haut. Le module de communication 22 est donc lui aussi conçu pour émettre et recevoir des signaux électromagnétiques (typiquement de fréquence supérieure à 1 Mhz, voire à 500 30 MHz), ici dans la bande à 2,4 GHz. Grâce à la liaison sans fil ainsi établie entre le module de communication 12 du véhicule 10 et le module de communication 22 de l'identifiant 20, des données peuvent être échangées entre l'unité électronique de commande 11 du véhicule 10 et l'unité de commande 21 de l'identifiant 20, comme expliqué plus 3044 100 6 loin. Les signaux électromagnétiques échangés entre les modules de communications 12, 22 peuvent en outre être utilisés pour évaluer la distance d séparant l'identifiant 20 et le véhicule 10, sur la base du principe expliqué à 5 présent en référence à la figure 2. On a en effet schématiquement représenté en figure 2 la propagation de deux signaux de fréquences respectives f1, f2 (différentes l'une de l'autre) entre un module émetteur TX et un module récepteur RX (et selon un axe Ox passant par ces deux modules). 10 La mesure de la phase (Pi de chacun de ces signaux au niveau du récepteur RX permet de déduire la distance d séparant le module émetteur TX et le module récepteur RX selon la formule : d = c.(02 - (1)1)/[27. (f2 - f1)], où c est la célérité des ondes électromagnétiques. 15 Il est possible d'effectuer de telles mesures de phase (Pi pour plus de deux signaux de fréquences fi distinctes, ce qui permet de s'affranchir des phénomènes de réflexion ou de réfraction susceptibles de se produire à certaines fréquences. La figure 3 illustre comment un système fonctionnant sur un tel principe 20 pourrait faire l'objet d'une attaque relais perfectionnée. Un premier attaquant A est situé à proximité du véhicule 10 (précisément à une distance d1 du véhicule 10) et porte un premier module électronique 30 qui reçoit le signal émis par le véhicule 10 à une fréquence fi (on suppose ici que le module émetteur TX est le module de communication 12 du véhicule 10). 25 Le premier module électronique 30 effectue une modulation du signal reçu au moyen d'une porteuse de fréquence fp et transmet le signal modulé obtenu à un second module électronique 40 porté par un attaquant B situé à proximité de l'identifiant 20. Comme bien visible en figure 3, les modules électroniques 30, 40 sont 30 séparés d'une distance d2, tandis que le second module électronique 40 est à une distance d3 de l'identifiant 20. Le second module électronique 40 démodule le signal qu'il reçoit et obtient donc le signal de fréquence fi, qu'il transmet à l'identifiant 20. La phase cp correspondant à la propagation des signaux 3044100 7 électromagnétiques du véhicule 10 à l'identifiant 20 via les attaquants A, B vaut : cp = 2-rr.(f p - fi).d2/c + 2-rr.fi.(d1 +d3)/c Par conséquent, si les attaquants connaissent les fréquences successives d'émission fi et conçoivent les modules électroniques 30, 40 de sorte 5 que la grandeur (fp - fi) soit constante (c'est-à-dire que la fréquence fp de la porteuse soit modifiée pour chaque fréquence d'émission fi de manière à avoir : fp - fi = cte), l'attaque passera inaperçue puisque l'estimation de la distance proposée ci-dessus donne dans ce cas : d = c.[(p(f2) - (p(f )]/[2-rr.(f2 - f1)] = di +d3. 10 Autrement dit, la grandeur (fp - fi) étant constante, le terme 2-rr.(fp - fi).d2/c est également constant d'une mesure à l'autre et s'annule lorsque l'on fait la différence des phases mesurées (p(f2), (p(fi). On décrit à présent en référence à la figure 4 un procédé d'estimation de la distance d qui n'est pas sujet à une telle attaque. 15 Ce procédé débute à l'étape E2 à laquelle l'unité électronique de commande 11 du véhicule 10 génère une liste de fréquences fi ordonnées aléatoirement. En pratique, l'unité électronique de commande 11 mémorise par exemple un ensemble de fréquences f1, f2, fN prédéfinies (où N est par exemple 20 compris entre 50 et 100) et génère par tirage aléatoire une liste ordonnée d'indices i(1), i(2), i(N) : la liste de fréquences ordonnées aléatoirement est alors f;(1), fi(2), - - - , f i(N) - L'unité électronique de commande 11 procède alors à une étape E4 de chiffrement de données descriptives D de la liste ordonnée, au moyen d'un 25 algorithme cryptographique de chiffrement utilisant la clé cryptographique K. Les données descriptives D de la liste ordonnée représentent par exemple les valeurs successives des fréquences fi, dans l'ordre donné par la liste ordonnée générée à l'étape E2. Dans l'exemple mentionné ci-dessus, les données descriptives D de la liste ordonnée peuvent, en variante, représenter la liste 30 d'indices i(1), i(2), i(N). L'unité électronique de commande 11 commande alors au module de communication 12 l'émission des données descriptives chiffrées [D]l REVENDICATIONS1. Procédé d'estimation d'une distance (d) séparant un véhicule (10) équipé d'un premier module de communication sans fil (12) et un identifiant (20) équipé d'un second module de communication sans fil (22), comprenant les étapes suivantes : - génération (E2) d'une liste ordonnée aléatoirement ; - réception (E20 ; E26), par l'un au moins des premier et second modules de communication sans fil (12, 22), de signaux électromagnétiques ayant une fréquence (fio) ; fi(N)) évoluant successivement parmi une pluralité de fréquences conformément à ladite liste ; - pour chaque fréquence (fi(i) ; fi(N)) de la pluralité de fréquences, mesure d'une phase ((Po) ; (I);(N)) de réception du signal électromagnétique ayant la fréquence concernée (fio) ; fi(N)) ; - estimation (E30) de ladite distance (d) sur la base des phases mesurées (1:);(1) ; szt)i(N))- 2. Procédé d'estimation selon la revendication 1, comprenant une étape de transmission (E8) de données descriptives (D) de la liste entre le premier module de communication sans fil (12) et le second module de communication sans fil (22). 3. Procédé d'estimation selon la revendication 2, comprenant une étape de chiffrement (E4) des données descriptives (D) de la liste et dans lequel les données descriptives (D) de la liste sont transmises chiffrées entre le premier module de communication sans fil (12) et le second module de communication sans fil (22). 4. Procédé d'estimation selon l'une des revendications 1 à 3, comprenant une étape d'émission (E18 ; E24), par l'autre des premier et second modules de communication sans fil (12, 22), desdits signaux électromagnétiques ayant une fréquence (fi(1) ; fi(N)) évoluant successivement parmi la pluralité de fréquences conformément à ladite liste. 3044100 14 5. Procédé d'estimation selon l'une des revendications 1 à 4, dans lequel l'étape d'estimation (E30) de ladite distance (d) comprend une étape de détermination d'une pente d'une droite de régression liée à des points définis chacun par une fréquence (fi(1) ; fi(N)) de la pluralité de fréquences et la phase 5 mesurée associée (I) ; (I);(N)). 6. Procédé d'estimation selon l'une des revendications 1 à 5, dans lequel l'étape de réception (E20 ; E26) est mise en oeuvre par le premier module de communication sans fil (12). 10 7. Procédé d'estimation selon la revendication 6, comprenant en outre les étapes suivantes : - pour chaque fréquence de la pluralité de fréquences, mesure, au niveau du second module de communication sans fil, d'une seconde phase d'un 15 signal électromagnétique reçu ayant la fréquence concernée ; - transmission des secondes phases mesurées du second module de communication sans fil au premier module de communication sans fil. 8. Procédé d'estimation selon la revendication 7, dans lequel les 20 secondes phases transmises sont utilisées au cours de l'étape d'estimation de ladite distance. 9. Procédé d'estimation selon l'une des revendications 1 à 8, comprenant une étape de mise en oeuvre éventuelle d'une fonctionnalité du véhicule (E32) en 25 fonction de la distance estimée (d). 10. Unité électronique (11) pour véhicule (10) comprenant : - un élément conçu pour générer une liste ordonnée aléatoirement ; - un élément conçu pour commander la réception, en provenance d'un 30 identifiant, de signaux électromagnétiques ayant une fréquence évoluant successivement parmi une pluralité de fréquences conformément à ladite liste ; - un élément conçu pour mesurer, pour chaque fréquence de la pluralité de fréquences, une phase de réception du signal électromagnétique ayant la fréquence concernée ; 3044100 15 - un élément conçu pour estimer une distance séparant le véhicule et l'identifiant sur la base des phases mesurées.