D&E Entwicklerforum Embedded System Entwicklung Workshop für angewandte und eingebettete IT-Sicherheit

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1 D&E Entwicklerforum Embedded System Entwicklung Workshop für angewandte und eingebettete IT-Sicherheit Sicheres Flashen eines konfigurierbaren Batterie Management Systems für Elektrofahrzeuge Joachim Tauscher Geschäftsführung SMART IN OVATION Ludwigsburg - 5. Juli 2011

2 Agenda Aufgabenstellung Battery Management System Steuergeräte-Topologie Flashkonzept Security Anforderungen Lösungsbausteine: CycurLIB und ADLATUS Test und Freigabe SMART Electronic Development GmbH

3 Aufgabenstellung: Reprogrammierung von bis zu 30 Battery Management Controllern A-CAN BMS Master BMS Master Red 1 BMS Master Red 2 P-CAN BMS Slave 1 BMS Slave 2 BMS Slave n BCC Slave 1 BCC Slave 2 BCC Slave n SMART Electronic Development GmbH

4 Agenda Aufgabenstellung Battery Management System Steuergeräte-Topologie Flashkonzept Security Anforderungen Lösungsbausteine: CycurLIB und ADLATUS Test und Freigabe SMART Electronic Development GmbH

5 Battery Management System Werkstatt Tester A-CAN BMS Master BMS Master Red 1 BMS Master Red 2 P-CAN Battery Management Controller Voltage Sense BMS Slave 1 Battery Management Controller Voltage Sense BMS Slave 2 Battery Management Controller Voltage Sense BMS Slave n ϑ V V V V ϑ V V V V ϑ V V V V BCC Battery Current Controller Slave n Last SMART Electronic Development GmbH

6 Agenda Aufgabenstellung Battery Management System Steuergeräte-Topologie Flashkonzept Security Anforderungen Lösungsbausteine: CycurLIB und ADLATUS Test und Freigabe SMART Electronic Development GmbH

7 Steuergeräte Topologie A-CAN Battery Management System BMS Master BMS Master Red 1 BMS Master Red 2 P-CAN Nur ein Steuergerät aus Sicht des Werkstatt-Testers BMS Slave 1 BMS Slave 2 BMS Slave n BCC Slave 1 BCC Slave 2 BCC Slave n SMART Electronic Development GmbH

8 Agenda Aufgabenstellung Battery Management System Steuergeräte-Topologie Flashkonzept Security Anforderungen Lösungsbausteine: CycurLIB und ADLATUS Test und Freigabe SMART Electronic Development GmbH

9 Sicher flashen - Die Aufgaben des Master-Steuergerätes Die Flash-Aufgaben des BMS Master-Steuergerätes 1. Aus Sicht des Diagnosetesters gibt es nur ein BMS-Steuergerät für die Update-Programmierung 2. Sicherstellen, das alle 30 BMS-Controller eine sichere Update-Programmierung erfahren können 3. Programmierung des Master Controllers 4. Programmierung der beiden redundanten Master Controller Öffentliches Application CAN Netzwerk A-CAN BMS Master P-CAN Privates BMS CAN Netzwerk SMART Electronic Development GmbH

10 Sicher flashen - Die Aufgaben des BMS Master-Steuergerätes Flashloader Software-Struktur des Master-Steuergerätes Reprogramming Master BMS A-CAN Flash Gateway BMS Application CAN-Netzwerk A-CAN BMS Master BMS Flash Konfigurations-Block BMS Master Master Flashloader BMS Master Flash- Gateway BMS 1 BMS2 BCC3 BXXn Protokoll 1 Protokoll 2 Protokoll 3 CAN ID1 CAN ID2 CAN ID3 log. Blöcke log. Blöcke log. Blöcke P-CAN BMS Private CAN-Network SMART Electronic Development GmbH

11 Logische (Speicher-) Blöcke Die Organisation der Flash Speicher in den BMS-Controllern Flashloader SMART Electronic Development GmbH

12 Funktionsumfang BMS Master Flashloader/Gateway Flashloader Funktionsübersicht BMS-Master Flashloader ADLATUS bedient zwei physikalische CAN Kanäle Gateway für Flashprozess Über den A-CAN ist nur das BMS Master Steuergerät sichtbar Master Flash Gateway unterstützt unterschiedliche Slave-Flashloader Die Flash-Speicherbereiche der Slaves sind als logische Blöcke beschrieben Der SW-Aufbaustand aller BMS-Controller wird im Master verwaltet Steuergeräte-Topologie und alle Speicherzuteilungen des BMS-Verbundes sind im Master über der Produktlebenszeit änderbar SMART Electronic Development GmbH

13 Funktionsumfang BMS Master Flashloader/Gateway Besondere BMS-Flashloader Funktionen Integritätsprüfung zur Laufzeit stellt sicher, dass die Flashware fehlerfrei im Flashspeicher steht incl. ECC-Fehler Behandlung. Die Mikrocontroller erlauben das Ein- / Ausschalten des Debug-Zuganges. Flashloader-Austausch per Download eines logischen Blocks (Kl.30 sicher) Bootloader initialisiert EEPROM ggfs. mit Default-Daten Signatur: 1024 Bit RSA Verschlüsselung: 128 Bit AES Komprimierung: LZ 77 SMART Electronic Development GmbH

14 Agenda Aufgabenstellung Gesamtsystem Steuergeräte-Topologie Flashkonzept Security Anforderungen Lösungsbausteine: CycurLIB und ADLATUS Test und Freigabe SMART Electronic Development GmbH

15 Die Security Anforderungen Die Security Anforderungen an das BMS-Flashen Authentifizierung Der Authentifizierungs-Vorgang stellt sicher, dass nur ein OEM-Werkstatt-Tester das BMS programmieren kann. Authentizitätsprüfung Die Authentizitätsprüfung prüft, ob es sich bei der Flashware um eine Original Software des OEM/Supplier handelt. Integritätsprüfung Die Integritätsprüfung stellt sicher, das die vom Flashloader empfangene Flashware fehlerfrei im Flashspeicher steht. Vertraulichkeit Die BMS-Software soll auf dem gesamten Weg vom SW- Hersteller bis zum BMS vertraulich behandelt werden. Öffentliches Application CAN Netzwerk A-CAN BMS Master P-CAN Privates BMS CAN Netzwerk SMART Electronic Development GmbH

16 Die Security Anforderungen Wie wurden die Security Anforderungen gelöst? Authentifizierung Mit Hilfe eines Seed- & Key-Verfahren prüft der BMS Master, ob ein original OEM Werkstatt-Tester angeschlossen ist. Authentizitätsprüfung Die Authentizitätsprüfung erfolgt auf Basis der Signatur der Software Integritätsprüfung Die Integrität wird mit Hilfe eines Prüfsummenverfahren (Flashdaten) sicher gestellt. Vertraulichkeit Vertraulichkeit wird durch Verschlüsselung der Software sicher gestellt. Der Zulieferer verschlüsselt vor Ablieferung seine Steuergeräte-Software. Die SW wird verschlüsselt an das Steuergerät übertragen. Der Flashloader entschlüsselt und programmiert. SMART Electronic Development GmbH

17 Die Authentizitätsprüfung Um eine Software zu signieren, wird diese vom Sender mit dem eigenen privaten Schlüssel verschlüsselt Zum Prüfen entschlüsselt der Empfänger die Nachricht mit dem öffentlichen Schlüssel des Senders und vergleicht diese mit der zusätzlich übermittelten unverschlüsselten Nachricht K. SMART Electronic Development GmbH

18 Ein unsicherer Zugang zur Software des BMS Wie kommen die Flashloader in die BMS Controller? DEBUG Zugang SMART Electronic Development GmbH

19 Security: Debug Lock der BMS-Contoller Sicherung gegen Angriffe über diesen Seitenkanal Aufgabe: Das unerlaubte Auslesen oder Ändern der BMS-Software über einen Debug-Zugang der Mikrocontroller muss verhindert werden. Lösung Sperren des Debug-Zuganges mit Hilfe der Programmierung eines logischen und signierten Blockes im Bereich des Flashspeichers BMS-Controller Logischer Block mit Signatur BXXn Debug Security BCC3 Debug Interface on/off SMART Electronic Development GmbH

20 Agenda Aufgabenstellung Gesamtsystem Steuergeräte-Topologie Flashkonzept Security Anforderungen Lösungsbausteine: ADLATUS mit CycurLIB Test und Freigabe SMART Electronic Development GmbH

21 Die Security-Anforderungen nach HIS Die Lösung: ADLATUS Flashloader mit CycurLIB Security- Klasse D DD DDD Methoden Was wird geprüft? Sicherheitsziele CRC32-Prüfsumme Integrität - Erkennen von Speicherfehlern - Verhindern, dass fehlerhafter Programmcode ausgeführt wird. C SHA-1 (HMAC) Message Authentication Code, ANSI X9.71 Integrität - Erkennen von Speicherfehlern CC CCC B BB BBB A AA AAA oder RIPEMD 160 (Krypto Hash-Funktion) RSA1024 Authentizität - - Fehlererkennung AES - Advanced Encryption Standard (Symmetrische Blockverschlüsselung) - Integrität - Authentizität - Integrität - Authentizität - Kopierschutz - Sicherstellen, dass ausschließlich eine Original Ersatzteilsoftware geladen wird - Kopierschutz - vertrauliche, d. h. hier verschlüsselte Datenübertragung SMART Electronic Development GmbH

22 Agenda Aufgabenstellung Gesamtsystem Steuergeräte-Topologie Flashkonzept Security Anforderungen Lösungsbausteine: CycurLIB und ADLATUS Test und Freigabe SMART Electronic Development GmbH

23 FlashCedere - Generische Security Testcases Generische Security Testfall Bibliothek Entkopplung der Testfälle und der Steuergeräte-spezifische Daten. Testcase Pool Ein generischer Testfall wird für eine Flashloader-Funktion für alle Steuergeräte nur einmal definiert (Single-Source). SMART Electronic Development GmbH

24 FlashCedere - Security Testfall Bibliothek Bedatung der Testfälle Testbundle Pool Generisches Testbundle 1 BCC 1 Parameters BMS Data Pool Flashloader Conformance Tester Test BCC 1 Test Campaign: Testbundle 1 (BCC 1) Test-Report Generator Test Report: Testbundle 1 (BCC 1) SMART Electronic Development GmbH

25 FlashCedere - Eingabemasken der ECU- und Flashloader-Daten Eingabe der ECU- und Flashloader-Daten BMS Parameters SMART Electronic Development GmbH

26 FlashCedere - Eingabemasken der BMS Flashblock Daten Eingabe der BMS Flashblock Daten BMS Parameters SMART Electronic Development GmbH

27 FlashCedere - Eingabemasken der BMS Flashloader-Daten Eingabe der BMS Security Daten BMS Parameters SMART Electronic Development GmbH

28 Automatischer Test der Funktion Authentifizierung Steuergeräte-spezifische Parameter SMART Electronic Development GmbH

29 Vielen Dank für Ihre Aufmerksamkeit! SMART Electronic Development GmbH

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