汽车信息安全 -- SHE 密钥更新流程

1.总体流程

2.生成M1~M5

[3. 代码示例](#3. 代码示例)

在之前文章汽车信息安全--SHE中的密钥管理(二)中，我们提到了关于SHE密钥更新的流程。

不过最近在做实际实现和规范的追溯关系时，发现了实际与理想还是存在不小差距，所以还是将流程再梳理梳理。

1.总体流程

在《AUTOSAR_FO_TR_SecureHardwareExtensions》第4.9章节提到了关于密钥更新协议，图太大且细节多，还是从总体来看，如下：

每一步流程就不赘述了，前篇文章有，我们看主要里面具体实现细节。

首先回顾一下背景，SHE规范中对于密钥槽位设计是相对固定的，

其中，MASTER_ECU_KEY主要在更新密钥是作为授权密钥来辅助更新SHE中其他槽位中的密钥（如KEY_1\2等等），因此这个密钥一般都是由ECU的Owner（OEM或者Tier 1）来管理和固化。

在第一步中我们看到Generator会使用数据库中的Kauth、Knew、CID、UID、FID用于生成M1~M5。

其中：

Kauth：即授权密钥，一般就是Master key；

Knew：要更新的密钥值；

CID：密钥更新的计数值，每成功升级一次需要递增；

FID：功能ID，目前看多数是要符合HIS SHE和GM-SHE+的规格；

UID：特定的ID，其实最容易出问题的就是这个UID；按理说芯片出厂后会固化一个UID但是像TC3x这种UID都是16Bytes且Host可见，无法满足SHE的规格，

所以在实际开发过程中，大家对于这个ID的讨论会更加多一点，例如如果是软件模拟SHE的设计，UID可能就是ECU的ID，那就不一定是芯片厂固化的UID了，有可能是产品批次号+ECU硬件版号，也有可能是供应商本身自己设置的ID，也有可能开发图省事不使能通配符直接使用默认值00（当然这是风险），五花八门。

2.生成M1~M5

上述信息用于生成M1~M5(Message 1~5)，这几个消息的格式总结如下：

M1就是简单的消息拼接，会用到UID，SHE ID是指要更新的密钥槽ID、AuthID就是授权Key的密钥槽ID；

M2稍微复杂一点，首先拼接256bits数据，使用CID、FID和KEY(实际应该是Key的值，不知道为啥叫KEYid)，中间填充补0。

其中要关注FID，SHE的标准中对NVM Key定义了5种功能属性，如下：

WRITE_PROTECTION：写保护，一旦置1，该密钥无法改变，且不可逆；
BOOT_PROTECTION：启动保护，一旦置1，如果安全启动发现MAC值不匹配，则有该属性的KEY都将失效，无法使用；
DEBUG_PROTECTION：一旦置1，再次复位如果调试器连接MCU，则有该属性的KEY都失效；
WILDCARD：通配符保护，一旦置1，就必须使用真实的芯片UID来更新密钥；否则就可以使用特定值进行更新
KEY_USAGE：一旦置1，该密钥只能作为MAC的生成或校验；否则用于加解密；
CMAC_USAGE：该Flag来源GM-SHE+，有效前提是KEY_USAGE置1；一旦该Flag置1，有该属性的密钥只能用于MAC校验，不能用于生成MAC。

数据拼接好后，使用AES-Miyaguchi-Preneel压缩算法生成第一个K1，然后对上述数据进行CBC加密，IV为0，得到M2。注意，K1= KDF(Kauth | KEY_UPDATE_ENC_C)，在标准中KDF定义如下：

这里出现了第一个SHE规范定义的常数，KEY_UPDATE_ENC_C，其他参数如下：

M3相对容易，首先使用KDF(Kauth | KEY_UPDATE_MAC_C)计算出第二个密钥k2，使用k2对(M1 | M2)进行CMAC计算；

M4和M5主要用于验证，首先回顾下M4的结构，M4 = M1 | M4*：

其中,M4*的计算会用到K3，计算公式为 KDF(Knew | KEY_UPDATE_ENC_C)，然后使用K3对上述黄框内数据进行ECB加密；

M5则是使用K4对M4进行CMAC计算，K4 = KDF(Knew | KEY_UPDATE_ENC_C)。

3. 代码示例

现在，M1~M5均计算成功了，那每个数据该怎么使用呢？我们来看这个流程：

在CP AUTOSAR中，会使用Crypto_KeyElementSet进行密钥设置，特别的，在说到SHE-key更新时，要求密钥值本身格式按照 M1| M2|M3拼接：

通过Crypto_KeyElementSet将M1M2M3传入后，首先根据要更新的Key是否受WriteProtection，

如没有保护，则继续进行SheKeyUpdate，检查M1中的SHE ID和Auth ID是否在SHE规范定义的密钥槽ID，特别是secret key和master key；

一切准备就绪后，开始验证M3、提取Key、并生成M4和M5，伪代码如下：

cpp 复制代码

/* Step1：Verify M3 */
if( E_OK == UpdateSheKey_VerifyM3())
{
    /* Step2: Check UID */
    if( E_OK == UpdateSheKey_CheckUID())
    {
          /* Step3: Get New Key, include gen k1, decrypt M2, check cid */
          ret = UpdateSheKey_GetNewKey(); 
            
          if (E_OK == ret )
          {
            /* Step4: Store CID\FID */
            UpdateSheKey_SetFid();
            UpdateSheKey_SetCid();
            /* Step5: Generate M4M5 */
            UpdateSheKey_GenM4M5();
          }  
    }
}

ECU将生成好的M4、M5返回给Tester，Tester将其和本地保存的M4M5进行比较，一致则作为密钥更新成功的证据（即Proof），并上报服务器，OEM记录CID+1，作为下次更新的CID。