Virtualisierung im Automobil

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1 escrypt GmbH Embedded Security Systemhaus für eingebettete Sicherheit Virtualisierung im Automobil Lösungen zur Steigerung der Safety und Security automobiler Steuergeräte Marko Wolf, Jan Pelzl und Thomas Wollinger Automotive Safety & Security, Stuttgart, November 2008 escrypt GmbH Lise-Meitner-Allee Bochum info@escrypt.com phone: +49(0) fax: +49(0)

2 Einführung Entwicklung automobiler IT-Architekturen Heute bis zu 80 Prozessoren, bis zu 5 verschiedene Busse, mehrere 100 MB an Software, und über 2000 Funktionen. Elektronik bestimmt bis zu 50% der Kosten der Fahrzeugherstellung Elektronik treibt bis zu 90% aller Innovationen im Automobil Folie 2 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

3 Problem Zukunft automobiler IT-Architekturen Komplexität und Vernetzungsgrad der Steuergeräte werden weiter steigen (Hybridtechnologie, V2V, X-by-wire, etc.) Weitere Steigerung an Steuergeräteanzahl inkl. Vernetzung und Wartung technisch und ökonomisch kaum noch vertretbar! Integration externer und drahtloser Schnittstellen (Bluetooth, USB, NFC, DRSC etc.) und von Nicht-OEM-Anwendungen (Drittanbieter, Passagiere etc.) notwendig Schnittstellen, Anwendungen und Kommunikation unterliegen nicht mehr ausschließlich der Kontrolle des OEMs oder Zulieferers! Folie 3 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

4 Lösung I Zusammenführen von Steuergeräten Mehrere dezidierte Steuergeräte werden in (wenige) große, leistungsstarke Multi-Purpose-Steuergeräte integriert Entkoppelung von SG-Anwendung und SG-Hardware Beherrschbarkeit der Komplexität, vereinfachte Entwicklung Verringerung der Kosten in Entwicklung, Herstellung, Wartung, Support.. Erhöhung der Flexibilität und Portabilität Reduzierung des Vernetzungsaufwands Erhöhung der Hardwareeffizienz Erhöhung der IT-Safety Erhöhung der IT-Security Folie 4 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

5 Lösung II Zusammenführen von Anwendungen Mehrere Anwendungen werden geschützt in leistungsstarken Multi-Purpose-Steuergeräten voneinander parallel ausgeführt Strikte Isolation von OEM, Drittanbieter und Benutzeranwendungen auf gemeinsamer Hardware Vereinfachte Entwicklung und Support durch Standardlaufzeitumgebung Synergien (Peripherie, Leistung..) Erhöhung der Flexibilität und Portabilität und HW-Effizienz Garantie der IT-Safety Erhöhung der IT-Security Neue Anwendungsfälle (e.g. CE- Integration) und Geschäftsmodelle (mpay) möglich Folie 5 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

6 Technologie Virtualisierung Einführung/Übersicht Virtualisierung = Real begrenzt vorhandene Ressourcen für o mehrere, parallel ausgeführte, o streng voneinander abgeschottete Laufzeitumgebungen, o transparent und konfliktfrei, o gemeinsam nutzbar zu machen. VM = Isolierte, virtuelle Laufzeitumgebung entkoppelt von der Hardware VMM = Hardware -Abstraktion, Zugriffssteuerung und Zugriffsmanagement Folie 6 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

7 Technologie Virtualisierung Vorteile & Möglichkeiten Reduzierung der Hardwarekosten Erhöhte Hardwareeffizienz / Synergien Vereinfachte, standardisierte Entwicklung Erhöhte IT-Safety und erhöhte IT-Security Multi-level-Security und Multi-level-Safety pro Steuergerätehardware Erhöhte Flexibilität, Interoperabilität/Portabilität und Rückwärtskompatibilität Neue Anwendungs- und Geschäftsmodelle Folie 7 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

8 Technologie Virtualisierung Mögliche Implikationen Geringe Leistungseinbußen möglich Geringere physikalische Redundanz Zugriffskontrollsteuerung notwendig Folie 8 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

9 Virtualisierungsarten Physikalische Virtualisierung Physikalische Trennung bzw. Hardware-VMM o durch Redundanz (z.b. Multicore-Prozessor) o durch Funktionserweiterung (z.b. xmpu) Geschwindigkeit, hohes Isolationslevel, keine SW-Anpassungen Teuer, geringe Granularität und Flexibilität, Redundanz Folie 9 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

10 Virtualisierungsarten Hypervisor-Virtualisierung Hypervisor mit Para-Virtualisierung o Software-Hypervisor-Kernel wie OKL4, PikeOS oder Xen auf Standardhardware (z.b. x86, ARM, IA-64, PowerPC etc.) Hoch flexibel, effizient, praktisch jede (Embedded-)Hardware Aufwändige Softwareanpassungen notwendig, nur vorhandene Gast- Hardware virtualisierbar Hypervisor mit Hardware-Virtualisierungserweiterungen o Software-Hypervisor-Kernel wie OKL4, PikeOS oder Xen mit Hardware- Virtualisierungserweiterungen wie AMD-V (Pacifica) oder Intel-VT (Vanderpool) z.b. bei Intel Atom, VIA Nano Hoch flexibel, hoch effizient, keine Softwareanpassungen notwendig Nur mit Hardware-Erweiterungen verwendbar, nur vorhandene Gast- Hardware virtualisierbar Folie 10 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

11 Virtualisierungsarten Usermode-Virtualisierung Usermode-Virtualisierung, Simulation, Emulation o VMM ist Usermode-Software innerhalb eines vollwertigem Gast-OS o Simulation, Emulation aller nicht nativen Hardwareinstruktionen Höchste Flexibilität, beliebige Hardware simulierbar, keine SW- Anpassungen notwendig Vglw. geringe Leistung, geringes Isolations- und Sicherheitslevel Folie 11 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

12 Zusammenfassung Virtualisierungsmethoden im Auto Voraussetzungen Vorteile Nachteile Einsatzgebiete Physikalische Virtualisierung Redundante Hardware oder zusätzliche Hardwarefunktionalität Maximale Geschwindigkeit und höchstes Isolationslevel, i.d.r keine Softwareanpassungen notwendig Vergleichsweise teuer, geringe Granularität und Flexibilität, nur redundant vorhandene Hardware virtualisierbar Hochsicherheitsbereich, Hochleistungsbereich (z.b. zentrales Gateway) Hypervisor mit Paravirtualisierung Softwareanpassu ngen der zu virtualisierenden Laufzeitumgebun gen notwendig Effiziente, flexible Virtualisierung ohne spezielle Virtualisierungshardware möglich Softwareanpassungen aufwändig oder nicht möglich (closed source), nur vorhandene Hardware virtualisierbar Mittelklasse-Steuergeräte ohne Virtualisierungshardware (z.b. FEM oder REM) Hypervisor mit hardwaregestützter Virtualisierung Prozessor mit kompatibler Virtualisierungser weiterung Effiziente, flexible Virtualisierung ohne Softwareanpassungen Prozessorerweiterung notwendig, nur vorhandene Hardware virtualisierbar Hochleistungs-Steuergeräte mit Virtualisierungshardware (z.b. zentrale Multimediaeinheit) Usermode- Virtualisierung Vollwertiges Wirtsbetriebssyst em notwendig Beliebig Hardwarekonfiguratione n einschließlich verschiedener CPUs simulierbar Vergleichsweise ineffizient, Sicherheit der VM basiert auf der Sicherheit des Wirtsbetriebssystems Abschottung nicht vertrauenswürdigen Anwendungen innerhalb einer vertrauenswürdigen Laufzeitumgebung (z.b. Internetzugang) Folie 12 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

13 Fazit und Ausblick Virtualisierung im Automobil Bisher wenige Usermode-VMMs, aber Virtualisierung ist Standard-Technologiebaustein für die meisten Fahrzeug-IT-Architekturen der Generation 2010ff (z.b. AUTOSAR) Integration automobiler IT-Anwendungen ohne volle Kontrolle des OEMs/Zulieferers (z.b. Nutzergeräteanbindung, Internet, V2X oder mcommerce) Migration von einzelnen Steuergeräten in zentrale leistungsstarke IT-Einheiten wird ohne Virtualisierung kaum effizient, zuverlässig und sicher zu realisieren sein Umfassende QoS-Garantien für Ressourcen (z.b. Bus, CPU, Speicher) möglich Virtualisierungslösungen im Automobil sind sowohl eine unverzichtbare Notwendigkeit, als auch eine große Chance zur Steigerung der Hardwareeffizienz, Kosteneffizienz, Flexibilität & Interoperabilität, Beherrschbarkeit der Komplexität, IT-Safety und IT-Security bestehender und neuer automobiler IT-Anwendungen Folie 13 Marko Wolf, escrypt - Embedded Security GmbH: Virtualisierung im Automobil. Automotive Safety & Security 2008.

14 Dr.-Ing. Marko Wolf Senior Engineer Dipl.-Psych. Katrin Mannheims (MBA) Geschäftsführerin Dr.-Ing. Jan Pelzl Geschäftsführer Dr.-Ing. Thomas Wollinger Geschäftsführer Dr.-Ing. André Weimerskirch CEO USA escrypt GmbH Lise-Meitner-Allee Bochum info@escrypt.com phone: +49(0) fax: +49(0)