(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
単線双方向通信プロトコルを用いてセンサデバイス（２０４）から電子制御ユニット（２０２）へデータを伝送する方法であって、
前記電子制御ユニット（２０２）の第１の鍵（４０４）およびデータフレーム（４００；５００）の開始を示すトリガパルス（４０２）を、前記電子制御ユニット（２０２）から前記センサデバイス（２０４）へ提供するステップと、
前記第１の鍵（４０４）を用いて前記センサデバイス（２０４）のセンサデータを暗号化することにより、暗号化データを求めるステップと、
前記暗号化データを前記センサデバイス（２０４）から前記電子制御ユニット（２０２）へ送信するステップと、
を含み、
前記トリガパルス（４０２）の前に前記第１の鍵（４０４）を送信するにあたり、前記トリガパルス（４０２）を用いて前記第１の鍵（４０４）を送信する、
ことを特徴とする方法。
【請求項２】
前記方法はさらに、
前記電子制御ユニット（２０２）から前記第１の鍵（４０４）を前記センサデバイス（２０４）へ送信するステップを含む、
請求項１記載の方法。
【請求項３】
前記方法はさらに、
前記トリガパルス（４０２）に応答して前記暗号化データを送信するステップと、
を含む、
請求項１または２記載の方法。
【請求項４】
１つのフレーム内で、前記トリガパルス（４０２）および前記第１の鍵（４０４）を送信する、
請求項３記載の方法。
【請求項５】
前記方法はさらに、
前記センサデバイス（２０４）から第２の鍵（４０６）を前記電子制御ユニット（２０２）へ送信するステップを含む、
請求項１から４までのいずれか１項記載の方法。
【請求項６】
前記方法はさらに、
前記第２の鍵（４０６）を用いて前記電子制御ユニット（２０２）の第２のデータを暗号化することにより、第２の暗号化データを求めるステップと、
前記電子制御ユニット（２０２）から前記第２の暗号化データを前記センサデバイス（２０４）へ送信するステップと、
を含む、
請求項５記載の方法。
【請求項７】
前記電子制御ユニット（２０２）から前記第１の鍵（４０４）を前記センサデバイス（２０４）へ送信するステップは、
第１のデータフレーム（４００；５００）の第１のトリガパルスの前に前記第１の鍵（４０４）の第１の部分を送信するステップと、
次の第２のデータフレーム（４００；５００）の第２のトリガパルスの前に前記第１の鍵（４０４）の第２の部分を送信するステップと、
を含む、
請求項３記載の方法。
【請求項８】
前記第２の鍵（４０６）をトリガパルス（４０２）の前に送信する、
請求項５記載の方法。
【請求項９】
前記センサデバイス（２０４）から前記第２の鍵（４０６）を前記電子制御ユニット（２０２）へ送信するステップは、
第１のデータフレームの第１のトリガパルスの前に前記第２の鍵の第１の部分を送信するステップと、
次の第２のデータフレームの第２のトリガパルスの前に前記第２の鍵の第２の部分を送信するステップと、
を含む、
請求項５記載の方法。
【請求項１０】
ＳＰＣプロトコルまたはＰＳＩ５プロトコルを用いて前記暗号化データを送信する、
請求項１から９までのいずれか１項記載の方法。
【請求項１１】
センサデバイス（２０４）から電子制御ユニット（２０２）へデータを伝送する方法であって、
第１の鍵（４０４）およびデータフレーム（４００；５００）の開始を示すトリガパルス（４０２）を、前記電子制御ユニット（２０２）から前記センサデバイス（２０４）へ送信するステップと、
前記第１の鍵（４０４）を用いて前記センサデバイス（２０４）のセンサデータを暗号化することにより、暗号化データを求めるステップと、
前記暗号化データを前記センサデバイス（２０４）から前記電子制御ユニット（２０２）へ送信するステップと、
を含み、
前記トリガパルス（４０２）の前に前記第１の鍵（４０４）を送信するにあたり、前記トリガパルス（４０２）を用いて前記第１の鍵（４０４）を送信する、
ことを特徴とする方法。
【請求項１２】
センサデータを電子制御ユニット（２０２）へ伝送するセンサデバイス（２０４）であって、
前記電子制御ユニット（２０２）の第１の鍵（４０４）およびデータフレーム（４００；５００）の開始を示すトリガパルス（４０２）を受信するように構成されている鍵インタフェース（２２２）と、
前記第１の鍵（４０４）を用いて前記センサデータを暗号化することにより、暗号化データを求めるように構成された暗号化モジュール（２２４）と、
有線接続部（２１０）を用いて、前記暗号化データを前記電子制御ユニット（２０２）へ送信するように構成されている出力インタフェース（２２６）と、
前記電子制御ユニット（２０２）からデータを受信するように構成されている入力インタフェース（２２８）と、
を備えており、
前記トリガパルス（４０２）の前に前記第１の鍵（４０４）が送信されるにあたり、前記トリガパルス（４０２）を用いて前記第１の鍵（４０４）が送信される、
ことを特徴とするセンサデバイス（２０４）。
【請求項１３】
前記鍵インタフェース（２２２）は、前記電子制御ユニット（２０２）から前記入力インタフェース（２２８）を介して前記第１の鍵（４０４）を受信するように構成されている、
請求項１２記載のセンサデバイス（２０４）。
【請求項１４】
前記入力インタフェース（２２８）は、前記出力インタフェースと同一の有線接続部（２１０）を使用して前記電子制御ユニット（２０２）からデータを受信するように構成されている、
請求項１２または１３記載のセンサデバイス（２０４）。
【請求項１５】
前記センサデバイス（２０４）はさらに、
前記センサデバイス（２０４）の内部鍵を用いて、前記電子制御ユニット（２０２）からのデータ送信を復号化するように構成された復号化モジュールを備えている、
請求項１２から１４までのいずれか１項記載のセンサデバイス（２０４）。
【請求項１６】
前記出力インタフェース（２２６）はさらに、前記内部鍵に関連付けられた公開鍵である第２の鍵（４０６）を前記電子制御ユニット（２０２）へ送信するように構成されている、
請求項１５記載のセンサデバイス（２０４）。
【請求項１７】
前記センサデバイス（２０４）はさらに、物理量を示す前記センサデータを求めるために構成されたセンサを備えている、
請求項１２から１６までのいずれか１項記載のセンサデバイス（２０４）。
【請求項１８】
前記物理量は、磁界である、
請求項１７記載のセンサデバイス（２０４）。
【請求項１９】
センサデバイス（２０４）からセンサデータを受信する電子制御ユニット（２０２）であって、
前記電子制御ユニット（２０２）の内部鍵およびデータフレーム（４００；５００）の開始を示すトリガパルス（４０２）を提供するように構成されている鍵インタフェース（２４４）と、
有線接続部（２１０）を用いて前記センサデバイス（２０４）から暗号化データを受信するように構成されている入力インタフェース（２４２）と、
前記センサデバイス（２０４）へデータを送信するように構成されている出力インタフェース（２４６）と、
前記センサデータを求めるために前記内部鍵を用いて、前記暗号化データを復号化するように構成された復号化モジュール（２４８）と、
を備えており、
前記トリガパルス（４０２）の前に前記内部鍵が送信されるにあたり、前記トリガパルス（４０２）を用いて前記内部鍵が送信される、
ことを特徴とする電子制御ユニット（２０２）。
【請求項２０】
前記出力インタフェース（２４６）は、前記入力インタフェースと同一の有線接続部（２１０）を使用して前記センサデバイス（２０４）へデータを送信するように構成されている、
請求項１９記載の電子制御ユニット（２０２）。
【請求項２１】
前記出力インタフェース（２４６）は、前記内部鍵に関連付けられた公開鍵である第１の鍵（４０４）を前記センサデバイス（２０４）へ送信するように構成されている、
請求項１９または２０記載の電子制御ユニット（２０２）。
【請求項２２】
前記電子制御ユニット（２０２）はさらに、
第２の鍵（４０６）を用いてデータを暗号化することにより、暗号化データを求めるように構成された暗号化モジュールを備えている、
請求項１９から２１までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（２０２）。
【請求項２３】
前記入力インタフェース（２４２）はさらに、前記センサデバイス（２０４）から前記第２の鍵（４０６）を受信するように構成されている、
請求項２２記載の電子制御ユニット（２０２）。
【請求項２４】
前記電子制御ユニット（６０４）は、車両（６１０）のセンサデバイス（６０２ａ，６０２ｂ）から情報を受信するように構成されている、
請求項１９から２３までのいずれか１項記載の電子制御ユニット（２０２）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明の実施形態は、たとえば車両内においてセンサデバイスから電子制御ユニットへデータを伝送する方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
システムの漏洩を目的とする通信ネットワークへの無権限の侵入が、種々のアプリケーションに対してますますの脅威になっている。車両もかかる攻撃の標的になる可能性があり、この攻撃により、「ハッカー」が、運転者または自動車製造者によって意図されない態様で車両の挙動を操作することが可能になることもあり得る。たとえば、通信ネットワーク全体が停止した場合、または、運転者や車両周辺に対して潜在的に脅威となるようにシステムの個別の構成要素が故意に操作された場合等、攻撃が成功すると、その結果、車両が制御不能になり、運転挙動が危険になることもある。たとえば、コントローラエリアネットワーク（ＣＡＮ）バスを使用して、たとえば車両に搭載された複数の異なるセンサの読値に基づく制動または操舵等、車両の１つまたは複数の機能を各自で協調制御する、車両に設置された複数の異なる電子制御ユニット（ＥＣＵ）を相互接続することができる。かかる環境では、攻撃は、通信ネットワークへのアクセス権限が得られたときにＥＣＵを操作することによって制動または操舵能力をブロッキングすることを目的とすることができる。かかるシステムのセキュリティを強化するアプローチは、たとえば現在の車両のオンボード診断インタフェース（ＯＢＤ）等、通信ネットワークへのアクセス権限を付与し得る可能性を有するデバイスまたはＥＣＵの保護に主眼を置いている。しかし、通信ネットワークへのアクセス権限が得られると、操作を故意に行えるようになる可能性はある。よって、セキュリティ強化の要請が存在することが想定される。
【発明の概要】
【課題を解決するための手段】
【０００３】
前記要請は、独立請求項に記載の発明により満たされる。
【０００４】
一実施形態では、単線双方向通信プロトコルを用いてセンサデバイスから電子制御ユニットへデータを伝送する方法は、センサデバイスに対して電子制御ユニットの第１の鍵を提供することを含む。さらに本方法は、第１の鍵を用いてセンサデバイスのセンサデータを暗号化することにより暗号化データを求め、センサデバイスから暗号化データを電子制御ユニットへ送信することも含む。センサデバイスからそのＥＣＵへ送信されるデータを暗号化することにより、比較的複雑なセキュリティ攻撃も阻止することができる。ＥＣＵと、これに関連する通信ネットワークが十分にセキュリティ保護されている場合には、攻撃者はかかる複雑なセキュリティ攻撃以外に、センサデバイスを破壊するか、またはセンサデバイスとＥＣＵとの間の通信を破壊することがあり得る。センサデバイスは、車両に搭載された他のデバイスまたはアクチュエータをどのように動作させるかをシステムにおいて決定するために使用される入力パラメータを供給するものであるから、センサデータを破壊することも、システム全体に対する脅威になり得る。たとえばアンチロックブレーキシステム（ＡＢＳ）センサのセンサ読値の改ざんも、ＡＢＳシステムのＥＣＵ自体が完全に未破壊状態であっても、ブレーキ性能の損失の原因になり得る。本発明の実施形態は、センサデータの破壊を防止するものである。というのも、センサデバイスからそのＥＣＵへ伝送されるデータを暗号化するからである。その結果として、上記にて概説した車両への複雑な攻撃も阻止することができる。実施形態は、センサとそのＥＣＵとの間の配線を変更する必要なく、上述のことを達成することができるので、センサデバイスとＥＣＵとの間での通信に使用されることが多い単線双方向通信プロトコルを、そのまま維持することができる。
【０００５】
一部の実施形態では、センサデバイスから電子制御ユニットへデータを送信する方法は、電子制御ユニットからセンサデバイスへ第１の鍵を送信し、暗号化データを求めるために第１の鍵を使用してセンサデバイスのセンサデータを暗号化することを含む。この暗号化データは、センサデバイスから電子制御ユニットへ送信される。後で暗号化のために使用される鍵をＥＣＵからセンサデバイスへ送信することにより、鍵を事前にセンサデバイスに記憶しておく必要がないので、事前の調整無しで複数の異なる製造者の装置を組み合わせることができる。このようにして、双方向通信能力を有する電子制御ユニットとセンサデバイスとの間の通信を有効にセキュリティ保護することができる。
【０００６】
一部の実施形態では、センサデバイスから電子制御ユニットへデータを送信する方法は、非同期データ転送プロトコルを用いて、電子制御ユニットの第１の鍵とセンサデバイスの第２の鍵とをセンサデバイスと電子制御ユニットとの間で交換し、暗号化データを求めるために第１の鍵を使用してセンサデバイスのセンサデータを暗号化することを含む。この暗号化データは、センサデバイスから電子制御ユニットへ送信される。他の実施形態では、同期データ転送プロトコルを用いて第１の鍵および第２の鍵を交換することができる。他の実施形態では、非対称データ転送プロトコルを用いて第１の鍵および第２の鍵を交換することができる。
【０００７】
一部の実施形態では、センサデータを電子制御ユニットへ送信するセンサデバイスは、電子制御ユニットの第１の鍵を提供するように構成された鍵インタフェースを備えている。暗号化モジュールが第１の鍵を用いてセンサデータを暗号化することにより暗号化データを求めるように構成されており、出力インタフェースが、有線接続部を使用してこの暗号化されたデータを電子制御ユニットへ送信するように構成されている。センサデバイスはさらに、電子制御ユニットからデータを受信するように構成された入力インタフェースを備えている。かかる構成により、入力インタフェースおよび出力インタフェースの双方を含む双方向通信インタフェースを備えたセンサデバイスを用いて、攻撃者がデータを予測可能な態様で変更することが不可能でない場合に、予測可能な結果を伴う攻撃をシステムに行うことが困難になるように、センサデータを供給することができる。
【０００８】
他の実施形態では、センサデバイスからセンサデータを受信する電子制御ユニットは、当該電子制御ユニットの内部鍵を提供するように構成された鍵インタフェースと、有線接続を用いてセンサデバイスから暗号化データを受信するように構成された入力インタフェースとを備えている。さらにＥＣＵは、データをセンサデバイスへ送信するように構成された出力インタフェースと、センサデータを求めるために上述の内部鍵を用いて、暗号化されたデータを復号化するように構成された復号化モジュールとを備えている。双方向通信インタフェースを備えたＥＣＵを用いて、センサデバイスのセンサデータをセキュアに受信することができる。
【０００９】
以下、添付の図面を参照して、装置および／または方法の一部の実施形態について、単なる例として説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】センサデバイスから電子制御ユニットへデータを伝送する方法の一実施形態のフローチャートである。
【図２】単線双方向通信プロトコルを用いて互いに通信するセンサデバイスとその電子制御ユニットとの一実施形態の概略図である。
【図３】センサデバイスと電子制御ユニットとの間で通信を行うために使用できる単線双方向通信プロトコルの一例を示す図である。
【図４】センサデバイスと電子制御ユニットとの間で鍵を交換するためにデータフレーム内における複数の異なる位置を用いる複数の実施形態を示す図である。
【図５】センサデバイスと電子制御ユニットとの間で通信を行うために使用できる単線双方向通信プロトコルの他の実施形態を示す図である。
【図６】車両におけるセンサデバイスおよびその電子制御ユニットの使用を概略的に示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、幾つかの実施例を示している添付の図面を参照して、複数の実施例について詳細に説明する。図面中、分かりやすくするために、線の太さ、および層ならびに／もしくは領域の厚さを誇張している場合がある。
【００１２】
要素が他の要素に「接続」または「結合」されているという場合には、両要素が直接接続もしくは結合されていること、または、両要素が１つまたは複数の介在要素を介して接続もしくは結合されていることを意味すると解すべきである。これに対して、要素が他の要素に「直接接続」または「直接結合」されているという場合には、介在要素は存在しない。要素間の関係を表すために使用される他の文言も、同様に解釈すべきである（たとえば「〜の間に」と「〜の間に直接」、「隣接」と「直接隣接」。これらは、ごく一部を例示列挙したものである）。
【００１３】
ここで使用される用語は、特定の実施例を説明するためのものであり、他の実施例について限定することを意図したものではない。たとえば「１つの（a, an）」および「前記１つの（the）」等の単数形が用いられており、１つの要素のみを使用することが必須事項であると明示的にも暗黙的にも定義されていない場合には常に、同一の機能を具現化する要素を複数使用する他の実施例も可能である。また、それ以降に１つの機能が複数の要素を用いて具現化されると記載されている場合も、１つの要素または処理主体を用いて同一の機能を具現化する他の実施例が可能である。さらに、「備える」、「含む」、「有する」および／または「包含する」（“comprises”、“comprising”、“includes”、“including”）との用語が使用される場合には、記載の構成、完成品、ステップ、操作、処理、動作、要素および／または構成部品の存在を特定するものであり、更に１つまたは複数の他の構成、完成品、ステップ、操作、処理、動作、要素、構成部品および／またはこれらの群の存在または追加を除外するものではないと解される。
【００１４】
図１は、センサデバイスから電子制御ユニットへデータを伝送する方法の一実施形態のフローチャートである。
【００１５】
本実施形態は、電子制御ユニットの第１の鍵をセンサデバイスへ提供すること１０２を含む。さらに本方法は、第１の鍵を用いてセンサデバイスのセンサデータを暗号化することにより暗号化データを求め１０４、センサデバイスから暗号化データを電子制御ユニットへ送信すること１０６も含む。センサデバイスから電子制御ユニットへの通信に対するセキュリティ攻撃またはセンサデータを用いるシステムに対するセキュリティ攻撃を阻止するため、センサデータを平文データとして送信する代わりに、センサデータを送信前に暗号化する。暗号化されるセンサデータは、センサからＥＣＵへ伝送されるあらゆるデータとすることができ、たとえば、センサにより検出された物理量を表すデータとすることができる。一部の実施形態では、他のデータを暗号化することもできる。このことは、当該他のデータが破壊された場合にシステムのセキュリティにとって深刻な状況になることがなくても同様である。かかるデータの一例は、センサデバイスの構成データである。換言すると、センサデバイスから電子制御ユニットへ送信される全てのデータを暗号化する実施形態もあれば、一方で、送信されるデータの一部のみを暗号化する他の実施形態もあり得る、ともいえる。
【００１６】
一部の実施形態では、データを暗号化するために使用される第１の鍵は電子制御ユニットからセンサデバイスへ送信される。この送信により、ＥＣＵごとに一意の鍵を使用することができ、これにより当該アプローチのセキュリティを強化することができる。というのも、たとえば１つの車両において１つのＥＣＵの鍵が漏洩しても、これが、同一種類または同一製造者の他のＥＣＵの通信のセキュリティに影響を及ぼすことがないからである。しかし他の実施形態は、第１の鍵を内部記憶装置から取り出すこともできる。すなわち、第１の鍵は別の技術によって提供され、第３のデバイスによって提供されることもあり得る。行われる暗号化は、任意の暗号アルゴリズムを使用することができ、これは、対称暗号方式または非対称暗号方式（公開鍵暗号方式）とすることもできる。現在公知の一部のアルゴリズムは、完全性を要求することなく、対称暗号化規格である次世代暗号規格（ＡＥＳ）、その先駆けであるデータ暗号規格（ＤＥＳ）、および、プリティ・グッド・プライバシー（Pretty Good Privacy）（ＰＧＰ、Open PP Standard RFC 4880）による非対称暗号化である。鍵も同様に、センサデータを暗号化するために使用できる任意のシーケンスまたは他のデータ表現とすることができる。
【００１７】
図２に、電子制御ユニット２０２とセンサデバイス２０４とを備えたシステムを概略的に示しており、電子制御ユニット２０２とセンサデバイス２０４とは単線双方向通信プロトコルを用いて互いに通信する。以下、いずれがより好適かにかかわらず、図１または図２を参照しながら、複数の他の実施形態の機能について説明する。
【００１８】
論理情報を含む信号は、ＥＣＵ２０２からセンサデバイス２０４への伝送とセンサデバイス２０４からＥＣＵ２０２への伝送との双方のための上述のプロトコルを用いて、有線接続の単線２１０を介して伝送することができる。しかしこのことは、他の実施形態においてセンサデバイス２０４とＥＣＵ２０２とを相互接続する追加のワイヤをさらに１つまたは複数設けてはならないことを意味するものではない。図２はデータ伝送用の単線２１０を示しているだけであるが、他の実施形態は、たとえばグランド接続を成すため、および／または、ＥＣＵ２０２からセンサデバイス２０４への給電もしくはその逆方向の給電を行うため、センサデバイス２０４とＥＣＵ２０２とを相互接続する２つまたは３つ以上のワイヤを用いることができる。単線プロトコルは、高コストパフォーマンスの実装を可能にするので、産業用途においてセンサデバイスからそのＥＣＵへデータを送信するために用いられることが多い。しかし、単線プロトコルは双方向通信にも対応した能力を有するので、電子制御ユニット２０２からセンサデバイス２０４への鍵転送を行うこともできる。双方向プロトコルの２つの具体例を図３から図５までに示しており、これらの具体例から、鍵転送をどのようにして達成できるかが分かる。
【００１９】
センサデバイス２０４は、少なくとも１つの物理量を測定し、通信プロトコルを用いて当該物理量についての情報をＥＣＵ２０２へ送信する能力を有するものである。他の実施形態は、複数のセンサデバイス２０４を使用し、これらのセンサデバイス２０４が同時に２つまたは３つ以上の物理量を測定し、これらの物理量のうち全部またはサブセットについての情報をＥＣＵ２０２へ送信することもできる。たとえば車両用途では、測定される物理量には磁界、トルク、速度、加速度、回転速度、空気の質量流量、距離、温度、圧力、光強度、混合気の組成およびその他多数が含まれ得る。
【００２０】
ＥＣＵ２０２は、選択されたプロトコルを用いてセンサデバイス２０４と通信し、実装に依存して、物理量についての情報を受け取ってさらに処理できるもの、および／または、他の処理主体へ当該情報の転送のみを行えるものである。状況に応じて、複数のセンサデバイスと通信する１つのＥＣＵを用いることも可能である。一部の実施態様では、センサデバイスを複数の異なる動作モードで使用できるようにすべく、構成メッセージをセンサデバイスへ供給するためにＥＣＵを用いることもできる。たとえばセンサデバイスは、ＥＣＵから受信した構成メッセージを用いて物理量についての情報を伝送するために複数の異なる分解能を用いる構成とすることができる。
【００２１】
一部の実施形態では、データフレームの開始を示すトリガパルスを、電子制御ユニット２０２からセンサデバイス２０４へ伝送する。センサデバイス２０４はこのトリガパルスに応答して、暗号化されたデータを伝送する。このことにより、ＥＣＵはセンサデバイスからデータを受信する頻度を制御することができる。さらに、１つのデータフレーム内のデータの個々のビットの復号化と一義的な識別との双方を可能にするためにＥＣＵとセンサデバイスとに対する共通のタイミングを成すため、上記のトリガパルスを使用することもできる。
【００２２】
一部の実施形態では、トリガパルスを用いて第１の鍵を送信する。このことにより、既存の装置と後方互換性を達成することができる。暗号化をサポートするＥＣＵおよびセンサデバイスがトリガパルスから鍵を受け取れる構成とすることができるが、他のセンサデバイスがトリガパルスを従来のように処理することにより、データの送信を開始し、および／またはＥＣＵとの同期をとることができる。
【００２３】
一部の実施形態は、１つのメッセージで完全な第１の鍵を、たとえば１つのトリガパルスの中で伝送するが、他の実施形態は、第１の鍵を複数のメッセージに分割して伝送する。
【００２４】
後者の実施形態では、電子制御ユニットからセンサデバイスへの第１の鍵の送信は、第１のデータフレームの第１のトリガパルスの前に第１の鍵の第１の部分を伝送し、かつ、次の第２のデータフレームの第２のトリガパルスの前に当該第１の鍵の第２の部分を伝送することを含む。このことにより、より強力な暗号化を達成するためにより長い鍵を使用することができ、または、ＥＣＵからセンサデバイスへの伝送のデータレートが低速である既存の双方向通信プロトコルを使用して、または最小限の変更のみを行って、暗号化を実現することができる。
【００２５】
一部の実施形態では、伝送を複数の伝送期間に分割するか否かにかかわらず、第１の鍵をトリガパルスの前に伝送する。第１の鍵は、トリガパルスが通常のデータフレームの開始を示す前に伝送される。このことによっても、既存の通信プロトコルへの暗号化能力の完全に後方互換性の実装を達成することができ、たとえば、自動車用の周囲センサインタフェース（ＰＳＩ、たとえばＰＳＩ５）またはショートＰＷＭ符号（ＳＰＣ）に準拠して通信を行うデバイスへの完全に後方互換性の実装を達成することができる。かかる状況下では、古いデバイスは第１の鍵を破棄し、かつ他方では、新しいデバイスは第１の鍵を受信して、暗号化される通信を確立することができる。
【００２６】
他の実施形態は、センサデバイスから電子制御ユニットへ第２の鍵も送信し、これにより、対称または非対称のいずれの暗号アルゴリズムの場合にもセキュリティを強化するため、センサデバイスごとに個別の鍵を用いることができる。第１の鍵について複数の異なる伝送モードを用いるのと同様、第２の鍵も１つのデータフレームで、または複数のフレームに分割して伝送することができる。よって他の実施形態では、センサデバイスから電子制御ユニットへの第２の鍵の送信は、第１のデータフレームの第１のトリガパルスの前に第２の鍵の第１の部分を送信し、かつ、次の第２のデータフレームの第２のトリガパルスの前に当該第２の鍵の第２の部分を送信することを含む。
【００２７】
他の実施形態は、ＥＣＵからセンサデバイスへ送信されるデータも暗号化する。このことにより、システムのセキュリティをさらに強化することができる。たとえば、不適切な出力を供給するようにセンサを構成することによるシステムの漏洩を回避すべく、ＥＣＵからセンサへの構成メッセージを保護することができる。
【００２８】
双方向の暗号化をサポートする一部の実施形態は、非同期データ転送プロトコルを用いて電子制御ユニットの第１の鍵とセンサデバイスの第２の鍵とを交換することを含む。非同期データ転送プロトコルは、外部クロック信号を用いずにデータを送信することができ、常時ストリームではなく断続的にデータを送信できるものである。よって、データは必ず規則的な間隔で送信されるわけではなく、これにより可変ビットレートを達成できるようになり、また、送信側および受信側のクロックジェネレータは常時正確に同期する必要もない。通信シンボルからデータを回復するために必要ないかなるタイミングも、当該シンボルにおいて符号化することができる。他の実施形態はこれに代えて、データを規則的な時間間隔で転送または交換する同期データ転送プロトコルを用いて電子制御ユニットの第１の鍵とセンサデバイスの第２の鍵とを交換することができる。
【００２９】
他の実施形態では、非対称データ転送プロトコルを用いて第１の鍵および第２の鍵を交換することができる。非対称データ転送プロトコルとは、一方向のデータ転送の少なくとも１つの特性が反対方向のデータ転送と異なるデータ転送プロトコルである。ＥＣＵからセンサへ向かう方向における通信のデータレートと、その逆方向における通信のデータレートとが相違することにより、非対称になることができる。たとえば一部の実施形態は、ＥＣＵからセンサデバイスへの転送には、センサデバイスからＥＣＵへの転送より低速のデータレートを有するデータ転送プロトコルを使用することができる。物理層のトランスポートメカニズムによって非対称性が生じることも可能である。たとえば、一方向のデータの転送は電圧変調を使用し、かつ他方の方向の転送は電流変調を用いることが可能である。
【００３０】
ここで記載されている実施形態によりセンサデバイス２０４から電子制御ユニット２０２へデータの伝送を行えるようにするためには、センサデータを電子制御ユニットへ送信するセンサデバイスは、電子制御ユニット２０２の第１の鍵を提供するように構成された鍵インタフェース２２２を備えている。センサデバイス２０４の暗号化モジュール２２４が、第１の鍵を用いてセンサデータを暗号化することにより、暗号化されたデータを求めるように構成されており、出力インタフェース２２６が、有線接続部２１０を使用してこの暗号化されたデータを電子制御ユニット２０２へ送信するように構成されている。入力インタフェース２２８が、電子制御ユニット２０２からデータを受信するように構成されている。
【００３１】
一部の実施形態では、鍵インタフェース２２２は図２に示されているように、入力インタフェース２２８を介して電子制御ユニット２０２から第１の鍵を受信するように構成されている。
【００３２】
単線プロトコルに対応した実施態様では、入力インタフェース２２８は、出力インタフェース２２６と同一の有線接続部２１０を使用して電子制御ユニット２０２からデータを受信するように構成されている。
【００３３】
ＥＣＵ２０２からセンサデバイス２０４へ送信されるデータの暗号化のサポートもオプションとして行う実施形態では、センサデバイス２０４はさらに、当該センサデバイスの内部鍵を用いて電子制御ユニットからのデータ送信を復号化するように構成された復号化モジュールも備えている。
【００３４】
対称暗号化の場合、この内部鍵は、ＥＣＵ２０２から受信された第１の鍵と一致することができる。
【００３５】
非対称暗号化の場合、内部鍵は、プライベート／公開鍵の対のプライベート鍵とすることができる。公開鍵を交換するため、他の実施形態のセンサデバイスの出力インタフェース２２６はさらに、内部鍵に関連付けられた公開鍵である第２の鍵を電子制御ユニット２０２へ送信するように構成されている。
【００３６】
一部の実施形態のセンサデバイスは、オプションとしてさらに、物理量を示すセンサデータを求めるために構成されたセンサも備えている。一部の実施形態ではこのセンサデータは、物理量の測定結果を表す当該物理量の定量的表現とすることができる。他の実施形態ではセンサデータは、より抽象的なレベルで物理量を表すもの、たとえば、当該物理量が特定の特性を有するか否かを示すものとすることができる。たとえば磁界の場合、一部の実施形態のセンサ要素はその磁界強度（たとえば単位Ｔ）をセンサデータとして送信することができ、また他の実施形態は、磁界が前記センサデータとしての所定の閾値を越えたか否かの情報を送信するのみとすることもできる。物理量として磁界を測定するセンサデバイスは、たとえば、自動車用途においてアンチブロックブレーキシステムセンサとして使用される。
【００３７】
図２にさらに示されているように、センサデバイス２０４からセンサデータを受信する電子制御ユニット２０２は、当該電子制御ユニット２０２の内部鍵を提供するように構成された鍵インタフェース２４４を備えている。電子制御ユニット２０２はさらに、有線接続部２１０を用いてセンサデバイス２０４から、暗号化されたデータを受信するように構成された入力インタフェース２４２と、センサデバイス２０４へデータを送信するように構成された出力インタフェース２４６とを備えている。さらに電子制御ユニット２０２は、センサデータを求めるために上述の内部鍵を用いて、暗号化されたデータを復号化するように構成された復号化モジュール２４８を備えている。単線構成では出力インタフェース２４６は、入力インタフェースと同一の有線接続部２１０を使用してセンサデバイス２０４へデータを送信するように構成されている。
【００３８】
センサデバイスと同様の理由により、一部の実施形態の電子制御ユニットの出力インタフェースはさらに、内部鍵に関連付けられた公開鍵である第１の鍵をセンサデバイスへ送信するように構成されている。
【００３９】
さらに、複数の実施形態のＥＣＵ２０２はオプションとして、暗号化されたデータを求めるために第２の鍵を用いて、データを暗号化するように構成された暗号化モジュールを備えることができる。オプションとして、他の実施形態の電子制御ユニットの入力インタフェース２４２はさらに、センサデバイス２０４から第２の鍵を受信するように構成されている。
【００４０】
一部の実施形態のＥＣＵ２０２およびセンサデバイス２０４は、当該電子制御ユニット２０２が車両のセンサデバイス２０４から情報を受信するように、自動車用途に適したものである。
【００４１】
まとめると、上述の実施形態は、オプションとして単線プロトコルとし得る双方向プロトコルを介してセンサＡＳＩＣまたはセンサデバイスと電子制御ユニット（マイクロコントローラ）との間のデータ転送のセキュリティ保護を提案するものである。このことにより、外部からの第三者による介入を阻止することができる。そうでない場合でも、転送されたデータが知られた場合、および、センサとＥＣＵとの間でどのようにプロトコル送信が行われているかが知られた場合、攻撃を検知することができる。しかしこの情報は、対応するデータシートまたは注釈中の記述により入手可能とすることができる。機能的なセーフティ関連事項とは対照的に、２つのシステム構成要素（たとえばセンサとＥＣＵ）間のデータ転送のセキュリティ保護、とりわけクリティカルな用途（たとえば電動パワーステアリング、ＡＢＳ／ＥＳＰ等）に係るセキュリティ保護は、電気的妨害（ＥＭＣまたはＥＳＤ事象）または構成要素のうち１つの構成要素における偶発的なハードウェア故障に対応する必要はないが、通信に対する、たとえばハッカー等による故意の攻撃を阻止する必要はある。
【００４２】
次図（図３等）は、ＳＰＣプロトコルおよびＰＳＩ５プロトコルの特定の可能な実装を示す図であり、これはとりわけ、その物理層のトゥースギャップ（Tooth gap）実装に係るものである。ここでは、ＳＰＣプロトコルまたはＰＳＩ５プロトコル以外の他の単線双方向のセンサ‐ＥＣＵ間プロトコルの場合に具現化できる態様も導き出すことができる。
【００４３】
図３は、暗号化を行わない、ＳＰＣプロトコルによるデータフレーム３００を示しており、これは、次図（図４）に示す、暗号化を用いた一実施態様の開始点として使用されるものである。データフレーム３００は、ＥＣＵから送信される情報およびセンサデバイスから送信される情報の双方を含む。
【００４４】
図３に示されているように、図示のＳＰＣプロトコルに従って論理情報が電圧変調により伝送される。他の実施態様は、これに代えて、またはこれと共に、電流変調を用いることもできる。ＳＰＣでは、２つの連続する下降エッジ間の時間が４ビットニブルの値を決定し、これにより０から１５までの数を表現する。このデータニブルは、センサデバイスからＥＣＵへペイロードデータまたはセンサデータを搬送する。よって、データフレームの全送信時間は、送信されるデータ値すなわち内容に依存する。１つの下降エッジは、プロトコルにおいて定義された所定の時間にわたって持続するハイパルスの次に続く、３単位時間（ＵＴ）持続するローパルスにより与えられる信号波形として定義される。ハイパルスは、所定の閾値を超える電圧を有線接続部に印加することにより送信され、それに対してローパルスは、同一閾値または他の閾値を下回る電圧により与えられる。当該プロトコルにおいて定義された値または時間は全て、単位時間ＵＴの倍数である。
【００４５】
データフレーム３００の双方向伝送は、以下の部分を含む。フレームはＥＣＵのトリガパルス３０２によって開始し、これは、スレーブのデータ送信を開始させるものである。トリガパルス３０２の次に５６ＵＴの同期期間３０４が続く。これは、ＥＣＵのクロックと同期するためにセンサデバイスによって使用される。センサのデータ３０６は、１２〜２７ＵＴにわたって持続する状態ニブル３０８によって開始する。状態ニブル３０８の次に、３から６のデータニブル３１０が続く。これらの各データニブルの持続時間は１２〜２７ＵＴであり、データニブル３１０はセンサデータを、たとえばホール値および温度情報を含む。データニブル３１０の次に、持続時間が１２〜２７ＵＴであるＣＲＣニブル３１２が続く。データフレームは終了パルス３１４によって終了する。トリガパルス３０２、とりわけトリガパルスのロー時間は、ＥＣＵからセンサデバイスへデータを送信するために使用することができる。一部の実施形態では、トリガパルスを用いて第１の鍵をＥＣＵからセンサデバイスへ送信する。トリガパルスは、ハイ状態からロー状態へ移行した後にロー状態に戻る１つの波形（１つの下降エッジ）に限定されない。他の実施形態は、具体的な実装に依存して、トリガパルスのような１つの下降エッジより多くの下降エッジを使用することもできる。一般化していうと、トリガパルスはデータフレームを開始するために送信される信号波形であり、選択されたプロトコルと、その具体的な実装とに依存するものである。
【００４６】
図４は、図３に示されたＳＰＣプロトコルのデータフレームに基づき、実際に鍵交換をどのように実施できるかを示すため、複数の可能な異なる実施形態を示す。特に図４ａから４ｅは、ＥＣＵおよびセンサデバイスの鍵をどのようにして１つのＳＰＣプロトコルデータフレーム４００（「電文」ともいう）に符号化できるか、幾つかの可能な態様を示す。読みやすくするため、ＥＣＵのトリガパルス４０２、ＥＣＵのセキュリティ鍵４０４（第１の鍵）およびセンサデバイスのセキュリティ鍵４０６（第２の鍵）のみについて、特に、データフレーム内におけるこれらの相対位置に関して詳細に説明する。図４の種々の可能な実施態様は、ＳＰＣ規格に従って上から下の順に簡単に示されている。
【００４７】
第１の選択肢の実施態様では、ＥＣＵのセキュリティ鍵４０４はトリガパルス４０２の後に送信され、かつ、センサデバイスのセキュリティ鍵４０６は同期期間と状態ニブルおよびデータニブルとの間に送信される。
【００４８】
第２の選択肢の実施態様では、ＥＣＵのセキュリティ鍵４０４はトリガパルス４０２の前に送信され、かつ、センサデバイスのセキュリティ鍵４０６は同期期間と状態ニブルおよびデータニブルとの間に送信される。
【００４９】
第３の選択肢の実施態様では、ＥＣＵのセキュリティ鍵４０４はトリガパルス４０２の後に送信され、かつ、センサデバイスのセキュリティ鍵４０６は状態ニブルおよびデータニブルとＣＲＣニブルとの間に送信される。
【００５０】
第４の選択肢の実施態様では、ＥＣＵのセキュリティ鍵４０４はトリガパルス４０２の後に送信され、かつ、センサデバイスのセキュリティ鍵４０６はＣＲＣニブルと終了パルスとの間に送信される。
【００５１】
他の実施態様では、ＥＣＵおよびセンサデバイスのいずれもが、２つ以上の鍵を用いることができる。このことはたとえば、ＥＣＵの第１のセキュリティ鍵４０４ａをトリガパルス４０２の前に送信し、かつ、当該ＥＣＵの第２のセキュリティ鍵４０４ｂを当該トリガパルス４０２の後に送信する第５の実施態様により、達成することができる。同様に、センサデバイスの第１のセキュリティ鍵４０６ａを同期期間と状態ニブルおよびデータニブルとの間に送信し、かつ、センサデバイスのセキュリティ鍵４０６ｂを状態ニブルおよびデータニブルとＣＲＣニブルとの間に送信することも可能である。
【００５２】
最後の実施態様と同様、複数の送信期間を使用して、長い鍵の複数の部分を送信することもできる。
【００５３】
上述の実施形態の鍵交換の特徴は、第１の鍵も第２の鍵も、可変長の信号パルスを使用して送信されることであるといえる。一部の実施形態では、パルス幅変調された信号がデジタル量に相当する。
【００５４】
図５は、既存のＰＳＩ５規格に基づく一実施形態を示しており、これは特に、当該ＰＳＩ５規格のトゥースギャップ実装に基づく。ＰＳＩ５は、センサデバイスへ電圧を供給するため、およびデータ伝送を行うため、単線を使用する。ＥＣＵが、事前調整された電圧をセンサへ供給し、この電圧を変調することによってセンサと通信する。変調の発生（同期信号）は論理１を表し、変調の不存在は論理０を表す。センサデバイスからＥＣＵへのデータ送信は、マンチェスター符号を用いた電流変調により行われ、ＥＣＵのトリガパルスによりトリガされる。センサデバイスからＥＣＵへのデータ伝送のタイミングは、ＥＣＵの電圧変調により定義される時間グリッドにより与えられる。
【００５５】
図５に示されているように、ＥＣＵからセンサデバイスへの伝送のための論理１は、規則的な（「短い」）同期信号５０２（電圧をハイレベルに変調したもの）の存在によって表され、論理「０」は、同期信号期間の想定される時間窓における同期信号の不存在によって表される。論理「０」に対応する電圧は、所定の閾値を下回った状態に留まったものである。
【００５６】
ＥＣＵからセンサデバイスへの送信のためのデータフレームは、特定の開始条件またはトリガパルス５０４によって作成され、これにより、同期が失われた後のフレーム開始の確実な検出が可能になる。トリガパルス５０４の後に開始ビット５０６が続き、これは場合によっては、センサデバイスのアドレスを含む。開始ビット５０６の後、ペイロードデータを含むデータフィールド５０８が続く。データ完全性を保証するため、データフィールド５０８の後にチェックサム値５１０が続く。ＥＣＵからセンサデバイスへ正しいデータフレームが送信されたことを確認する必要はないが、図５にはさらに、オプションのセンサデバイス応答５１２が示されており、これはたとえば、予約されたデータ範囲のリターン符号およびリターンデータを送信することにより実現することができる。
【００５７】
一部の実施形態では、ＥＣＵはセンサデバイスデータフレーム間において、すなわち、同期信号５０２が同期のみに用いられるデータフィールド内において、自己の鍵を送信することができる。このことにより、既存のＰＳＩ５プロトコル実装への符号化の後方互換性の実装が可能になる。少なくとも複数のデータフィールドの後には、センサデバイスはＥＣＵから鍵全体を受領した状態となっていることができる。
【００５８】
鍵交換は、電圧変調を使用して第１の鍵を電子制御ユニットからセンサデバイスへ送信することを特徴とし得る。第２の鍵はこれとは異なり、電流変調を用いてセンサデバイスから電子制御ユニットへ送信される。
【００５９】
他の実施形態では、追加的または代替的に、システムの起動後最初にセンサが応答する前に、先にＥＣＵに自己の鍵メッセージの完全な送信をさせることができる。ＥＣＵからセンサデバイスへの鍵送信のために選択された実施態様に依存することなく、センサデバイスは起動後最初のメッセージのうち１つで、自己のセキュリティ鍵をＥＣＵへ送信することができる。このようにセンサデバイスとＥＣＵとの間でハンドシェイクが行われた後、センサからＥＣＵへのセンサデータ（測定データ）のセキュリティ保護された転送を確立することができる。
【００６０】
図４および図５の実施形態は、物理層（ビット転送／符号化）の変更を行わずに、またはその最小限の変更で、どのようにして符号化を既存のプロトコルに実装できるかを示しており、これにより、僅かな追加の手間で、かつ、実装によっては後方互換性で、暗号化を実装することができる。
【００６１】
図６は、車両６１０における一実施形態のセンサデバイス６０２ａおよび６０２ｂおよびその電子制御ユニット６０４の使用を概略的に示す図である。特に、センサデバイス６０２ａおよび６０２ｂは、ＡＢＳおよび／またはＥＳＰ（車両安定化制御、ＥＳＣ）システムにおいてアンチロックブレーキセンサとして用いられるものであり、これは、悪意のハッカー攻撃から保護される。
【００６２】
上記事項をまとめると、本願にて開示されている実施形態により、セーフティ関連用途においてセンサデバイス（単に「センサ」ともいう）と、その接続されているＥＣＵとの間でセキュリティ保護されたデータ伝送が可能になる。このことにより、第三者（「ハッカー」または「システム侵入者」）による不所望の外部影響を阻止することができる。センサとＥＣＵとの間のデータ転送のセキュリティ保護は、単線双方向インタフェースの場合には、説明したこのシステムの受信側と送信側との間で追加の鍵転送を行うことにより、確立することができる。これら２つのシステム構成要素間の上述の鍵データ交換をなし得る手法は複数存在し、その一部を上記にて開示した。任意の複雑性の暗号アルゴリズムを用いることができ、たとえばハードウェア制約により、より低い複雑性を選択することができる。
【００６３】
上記の詳細な実施例および図面のうち１つまたは複数と共に言及および説明した側面および特徴は、他の実施例のうち１つまたは複数と組み合わせて、当該他の実施例の同様の特徴に代えて用いること、または、当該他の実施例に当該特徴を追加的に組み入れることも、同様に可能である。
【００６４】
本明細書および図面は、本発明の原理を説明したものに過ぎない。当業者であれば、本明細書または図面に明示的に記載または図示されていなくても、本発明の原理を具現化する、その思想および範囲に属する種々の構成に想到することができることが明らかである。さらに原則として、本願にて列挙した実施例は全て、本願発明者によって創作された本発明の原理およびコンセプトを読み手が理解して関連分野を発展させるのを助けるという説明目的のために過ぎないことは明らかであり、また、かかる実施例は全て、当該実施例や条件に限定されないと解すべきものである。また、本発明の基本的原理、態様、実施形態、実施例およびその具体例についての記載はすべて、等価的な構成も包含する。
【００６５】
全ての機能ブロックを含めた、図中に示されている種々の要素の機能は、専用のハードウェアの形態で、たとえば「信号プロバイダ」、「信号処理ユニット」、「プロセッサ」、「コントローラ」等で具現化することができ、また、適切なソフトウェアとの関連においてソフトウェアを実行することができるハードウェアとして具現化することもできる。プロセッサにより実現する場合には、前記機能を１つの専用のプロセッサによって、または１つの共用プロセッサによって、または複数の個別のプロセッサによって実現することができ、この複数の個別のプロセッサのうち一部または全部を共用プロセッサとすることができる。しかし、その限りにおいて「プロセッサ」または「コントローラ」との用語は、ソフトウェアを実行する能力のみを有するハードウェアに限定されるものではなく、デジタルシグナルプロセッサ（ＤＳＰ）ハードウェア、ネットワークプロセッサ、特定用途集積回路（ＡＳＩＣ）、フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、ソフトウェアを記憶する読出し専用メモリ（ＲＯＭ）、ランダムアクセスメモリ（ＲＡＭ）および不揮発性記憶装置も含むことができる。他の通常および／またはカスタムのハードウェアを設けることも可能である。
【００６６】
ブロック図はたとえば、本発明の原理を具現化する上位の回路図を示すものとなり得る。フローチャート、流れ図、状態遷移図および擬似コード等も同様に、種々の処理、動作またはステップを表すことができ、たとえばその大部分をコンピュータ可読媒体に表現して、コンピュータまたはプロセッサにより実行することができる。このことは、かかるコンピュータまたはプロセッサが明示されているか否かにかかわらず同様である。本願明細書または特許請求の範囲に記載されている方法は、当該方法の各工程を行う手段を備えた装置によって実施することができる。
【００６７】
本願明細書または特許請求の範囲にて開示されている複数の動作、処理、操作、ステップまたは機能についての記載は、たとえば技術上の理由により、明示的または暗黙的に別段の記載がない限り、その順序が特定されていると解してはならない。よって、複数の動作または機能についての記載は、当該動作または機能が技術上の理由により入れ替え可能でない場合を除いて、特定の順序に限定するものではない。さらに一部の実施例では、１つの動作、機能、処理、操作またはステップが複数の部分動作、部分機能、部分処理、部分操作または部分ステップを含むこと、または１つの動作等を複数の部分動作等に分割することも可能である。かかる部分動作は、明示的に除外されていない限り、１つの動作の開示内容に含まれ、その一部を成すことができる。
【００６８】
最後に、以下の特許請求の範囲は、発明の詳細な説明に包含されるものであり、かつ、各請求項はそれ自体が、別個の実施例として独立し得るものである。各請求項はそれ自体が、別個の実施例として独立し得るものであるが、（従属請求項が１つまたは複数の他の請求項との特定の組合せを引用する場合であっても）他の実施例も、当該従属請求項と他の各従属請求項または独立請求項の対象との組合せを含み得ることに留意すべきである。かかる組合せは、特定の組合せを意図していない旨が宣言されていない限り、本願において明示的に提案されたものである。さらに、１つの請求項がいずれかの他の独立請求項に直接従属していない場合であっても、当該１つの請求項の特徴を当該他の独立請求項に含めることも意図している。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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