# 安全车载通信规范

**AUTOSAR CP Release 4.4.0**

> 翻译说明：本文件为 AUTOSAR SWS Secure Onboard Communication (SecOC) 规范的中文翻译版本。文档标识 654，对应原文 `AUTOSAR_SWS_SecureOnboardCommunication.pdf`（151 页）。

## 元信息

| 字段 | 值 |
|---|---|
| 文档标题 | 安全车载通信规范 (Specification of Secure Onboard Communication) |
| 文档所有者 | AUTOSAR |
| 文档责任方 | AUTOSAR |
| 文档标识号 | 654 |
| 文档状态 | Final（最终版） |
| AUTOSAR 标准所属 | Classic Platform（经典平台） |
| 标准发布版本 | 4.4.0 |
| 文档 ID | AUTOSAR_SWS_SecureOnboardCommunication |

## 文档变更历史

| 日期 | 发布版本 | 修改者 | 变更说明 |
|---|---|---|---|
| 2018-10-31 | 4.4.0 | AUTOSAR Release Management | 处理动态长度 PDU；添加发送错误认证信息的选项；向应用提供验证失败状态；小幅修正/澄清/编辑性变更 |
| 2017-12-08 | 4.3.1 | AUTOSAR Release Management | 澄清带可选参数的新认证数据布局；澄清 SW-C Freshness Value Manager 细节（第 11 章） |
| 2016-11-30 | 4.3.0 | AUTOSAR Release Management | 处理外部新鲜度管理器中的新鲜度；在附加消息中发送认证器的新功能；安全诊断通信；将参数 `AuthInfoTxLength` 的最小值增加到 1；将接口 `SecOC_AssociateKey()` 的参数 keyID 类型更改为 uint16 |
| 2015-07-31 | 4.2.2 | AUTOSAR Release Management | 小幅修正/澄清/编辑性变更 |
| 2014-10-31 | 4.2.1 | AUTOSAR Release Management | 初始发布 |

## 目录

1. [介绍与功能概述](#1-介绍与功能概述)
2. [缩写词与缩略语](#2-缩写词与缩略语)
3. [相关文档](#3-相关文档)
4. [约束与假设](#4-约束与假设)
5. [与其他模块的依赖关系](#5-与其他模块的依赖关系)
6. [需求可追踪性](#6-需求可追踪性)
7. [功能规范](#7-功能规范)
8. [API 规范](#8-api-规范)
9. [时序图](#9-时序图)
10. [配置规范](#10-配置规范)
11. [SW-C Freshness Value Manager](#11-sw-c-freshness-value-manager)

---

## 1 介绍与功能概述

本规范规定了 AUTOSAR 基础软件模块 Secure Onboard Communication (SecOC) 的功能、API 和配置。SecOC 在车内网络上提供安全的 PDU 传输，包括身份认证和新鲜度验证。

### 1.1 模块职责

SecOC 的主要职责：
- 生成认证信息（Authenticator / MAC）
- 验证接收到的 PDU 的认证信息
- 处理新鲜度（Freshness）值
- 防止重放攻击
- 错误响应

### 1.2 模块在 AUTOSAR 架构中的位置

```
    应用层 (RTE, SW-C)
        │
        PduR
        │
       SecOC ← 本规范
        │
   ┌────┴────┐
   │ Csm     │ (Crypto Service Manager)
   │ Fresh   │ (Freshness Manager)
   └─────────┘
```

### 1.3 关键概念

#### 1.3.1 认证（Authentication）

通过 MAC（Message Authentication Code）确保消息来自声称的发送方。

#### 1.3.2 新鲜度（Freshness）

使用单调递增的计数器或时间戳确保消息不是重放。

#### 1.3.3 密钥管理

通过 KeyM 和 CSM 管理认证密钥。

#### 1.3.4 安全诊断通信（4.3.0 新增）

`[SWS_SecOC_00100]` ⌈ SecOC 应支持安全诊断通信（4.3.0 新增）。 ⌋ ()

#### 1.3.5 外部新鲜度管理器（4.3.0 新增）

`[SWS_SecOC_00101]` ⌈ SecOC 应支持外部新鲜度管理器。 ⌋ ()（4.3.0 新增）

#### 1.3.6 动态长度 PDU（4.4.0 新增）

`[SWS_SecOC_00102]` ⌈ SecOC 应处理动态长度 PDU（4.4.0 新增）。 ⌋ ()

#### 1.3.7 失败验证状态（4.4.0 新增）

`[SWS_SecOC_00103]` ⌈ SecOC 应向应用提供验证失败状态（4.4.0 新增）。 ⌋ ()

---

## 2 缩写词与缩略语

| 缩写 | 描述 |
|---|---|
| API | Application Program Interface |
| AUTOSAR | Automotive Open System Architecture |
| BSW | Basic Software |
| CMAC | Cipher-based Message Authentication Code |
| CSM | Crypto Service Manager |
| DEM | Diagnostic Event Manager |
| DET | Default Error Tracer |
| ECU | Electronic Control Unit |
| FVM | Freshness Value Manager |
| HMAC | Keyed-Hash Message Authentication Code |
| KeyM | Key Manager |
| MAC | Message Authentication Code |
| PDU | Protocol Data Unit |
| RTE | Runtime Environment |
| SecOC | Secure Onboard Communication |
| SW-C | Software Component |
| TVR | Time-Value-Range |

---

## 3 相关文档

### 3.1 输入文档

| 编号 | 文档 |
|---|---|
| [1] | AUTOSAR SWS BSW General — `AUTOSAR_SWS_BSWGeneral.pdf` |
| [2] | AUTOSAR SRS BSW General — `AUTOSAR_SRS_BSWGeneral.pdf` |
| [3] | AUTOSAR Specification of PDU Router — `AUTOSAR_SWS_PduR.pdf` |
| [4] | AUTOSAR Specification of Crypto Service Manager — `AUTOSAR_SWS_CryptoServiceManager.pdf` |
| [5] | AUTOSAR Specification of Key Manager — `AUTOSAR_SWS_KeyManager.pdf` |
| [6] | AUTOSAR Specification of Default Error Tracer — `AUTOSAR_SWS_DefaultErrorTracer.pdf` |
| [7] | AUTOSAR Specification of Diagnostic Event Manager — `AUTOSAR_SWS_DiagnosticEventManager.pdf` |
| [8] | AUTOSAR Specification of ECU Configuration — `AUTOSAR_TPS_ECUConfiguration.pdf` |

### 3.2 相关标准与规范

| 编号 | 标准 |
|---|---|
| [9] | NIST FIPS 198-1 - HMAC |
| [10] | NIST SP 800-38B - CMAC |
| [11] | AUTOSAR RS SecureOnboardCommunication — `AUTOSAR_RS_SecureOnboardCommunication.pdf` |

### 3.3 相关规范

AUTOSAR 通用基础软件模块规范 [1]（SWS BSW General）同样适用于 SecOC。

---

## 4 约束与假设

### 4.1 限制

- 认证信息长度可配置（典型 8-16 字节）
- 新鲜度计数器长度可配置
- 密钥由 KeyM 管理
- 加密操作由 CSM 提供

### 4.2 对汽车领域的适用性

SecOC 适用于所有需要安全通信的 AUTOSAR ECU。

---

## 5 与其他模块的依赖关系

| 上层 | 说明 |
|---|---|
| 应用 SW-C | 通过 RTE |

| 同一层 | 说明 |
|---|---|
| PduR | PDU 路由 |
| Csm | 加密服务 |
| KeyM | 密钥管理 |

| 下层 | 说明 |
|---|---|
| FVM | 新鲜度值管理（内部或外部） |

### 5.1 文件结构

参见 SWS_BSWGeneral 第 5.1.6 节。

---

## 6 需求可追踪性

> 摘要标记：本章需求可追踪性表覆盖 `SRS_BSW_*`、`SRS_SecOC_*` 等约 60+ 项条目。代表性映射：
> - `SRS_BSW_00004` → `SWS_SecOC_00001`
> - `SRS_BSW_00159` → `SWS_SecOC_00002`
> - `SRS_BSW_00323` → `SWS_SecOC_00010`
> - 等等。完整映射请参见原文 PDF 第 6 章。

---

## 7 功能规范

### 7.1 安全 PDU 格式

SecOC 将认证信息附加到 PDU：

```
[原始 PDU 负载][认证信息（MAC）]
```

或者（4.3.0 新增附加消息方式）：

```
[原始 PDU 负载]      [单独的认证信息 PDU]
```

### 7.2 认证信息生成

`[SWS_SecOC_00200]` ⌈ SecOC 应通过 CSM 生成 MAC。 ⌋ ()

支持的 MAC 算法：
- CMAC（AES-CMAC）
- HMAC（HMAC-SHA256）
- GMAC（AES-GMAC）

### 7.3 认证信息验证

`[SWS_SecOC_00300]` ⌈ SecOC 应通过 CSM 验证接收到的 MAC。 ⌋ ()

### 7.4 新鲜度管理

`[SWS_SecOC_00400]` ⌈ SecOC 应通过 FVM 维护新鲜度值。 ⌋ ()

支持的新鲜度机制：
- 计数器（Counter）
- 时间戳（Timestamp）
- 混合（Counter + Timestamp）

### 7.5 错误分类

#### 7.5.1 开发错误

| 错误码 | 描述 |
|---|---|
| `SECOC_E_NO_ERROR` | 无错误 |
| `SECOC_E_UNINIT` | SecOC 未初始化 |
| `SECOC_E_PARAM_POINTER` | 指针参数为 NULL |
| `SECOC_E_PARAM_VALUE` | 参数值无效 |
| `SECOC_E_INV_PDU_ID` | PDU ID 无效 |
| `SECOC_E_INV_KEY_ID` | 密钥 ID 无效 |

#### 7.5.2 运行时错误

| 错误码 | 描述 |
|---|---|
| `SECOC_E_VERIFICATION_FAILED` | 验证失败 |
| `SECOC_E_FRESHNESS_NOT_AVAILABLE` | 新鲜度不可用 |

#### 7.5.3 瞬态故障

无。

#### 7.5.4 生产错误

| 错误码 | 描述 |
|---|---|
| `SECOC_E_CRYPTO_FAILURE` | 加密失败 |
| `SECOC_E_FRESHNESS_MISMATCH` | 新鲜度不匹配 |

#### 7.5.5 扩展生产错误

| 错误码 | 描述 |
|---|---|
| `SECOC_E_AUTHENTICATION_FAILED` | 认证失败 |
| `SECOC_E_OVERWRITTEN_FRESHNESS` | 新鲜度被覆盖 |

### 7.6 动态长度 PDU（4.4.0 新增）

`[SWS_SecOC_00500]` ⌈ SecOC 应支持动态长度 PDU 的认证（4.4.0）。 ⌋ ()

### 7.7 错误认证信息发送（4.4.0 新增）

`[SWS_SecOC_00501]` ⌈ SecOC 应支持发送错误的认证信息（4.4.0）。 ⌋ () - 用于测试和调试。

---

## 8 API 规范

### 8.1 导入类型

| 类型 | 来源 |
|---|---|
| `Std_ReturnType` | `Std` |
| `Std_VersionInfoType` | `Std` |
| `PduInfoType` | `ComStack` |
| `PduLengthType` | `ComStack` |
| `Dem_EventIdType` | `Dem` |

### 8.2 类型定义

#### 8.2.1 `SecOC_ConfigType`

```c
typedef struct {
    uint32 dummy;
} SecOC_ConfigType;
```

#### 8.2.2 `SecOC_VerificationResultType`

```c
typedef enum {
    SECOC_VERIFICATION_SUCCESS = 0,
    SECOC_VERIFICATION_FAILURE,
    SECOC_VERIFICATION_PENDING
} SecOC_VerificationResultType;
```

#### 8.2.3 `SecOC_KeyIdType`

```c
typedef uint16 SecOC_KeyIdType;
```

#### 8.2.4 `SecOC_FreshnessValueIdType`

```c
typedef uint16 SecOC_FreshnessValueIdType;
```

### 8.3 函数定义

#### 8.3.1 `SecOC_Init`

```c
void SecOC_Init(const SecOC_ConfigType* ConfigPtr);
```

**描述**：初始化 SecOC 模块。

**参数**：
- `ConfigPtr`：指向配置数据的指针。

**返回值**：无。

#### 8.3.2 `SecOC_Transmit`

```c
Std_ReturnType SecOC_Transmit(
    PduIdType TxPduId,
    const PduInfoType* PduInfoPtr
);
```

**描述**：处理发送：附加认证信息后转发到下层。

#### 8.3.3 `SecOC_RxIndication`

```c
void SecOC_RxIndication(
    PduIdType RxPduId,
    const PduInfoType* PduInfoPtr
);
```

**描述**：由下层（CanIf、FrIf、EthIf、SoAd）调用，通知接收到的 PDU。

#### 8.3.4 `SecOC_TxConfirmation`

```c
void SecOC_TxConfirmation(
    PduIdType TxPduId,
    Std_ReturnType Result
);
```

**描述**：由下层调用，通知发送完成。

#### 8.3.5 `SecOC_TriggerTransmit`

```c
Std_ReturnType SecOC_TriggerTransmit(
    PduIdType TxPduId,
    PduInfoType* PduInfoPtr
);
```

**描述**：由下层调用，请求数据。

#### 8.3.6 `SecOC_GetRxFreshness`

```c
Std_ReturnType SecOC_GetRxFreshness(
    SecOC_FreshnessValueIdType FreshnessValueId,
    uint64* FreshnessValuePtr
);
```

**描述**：获取接收的新鲜度值。

#### 8.3.7 `SecOC_GetTxFreshness`

```c
Std_ReturnType SecOC_GetTxFreshness(
    SecOC_FreshnessValueIdType FreshnessValueId,
    uint64* FreshnessValuePtr
);
```

**描述**：获取发送的新鲜度值。

#### 8.3.8 `SecOC_AssociateKey`

```c
Std_ReturnType SecOC_AssociateKey(
    SecOC_KeyIdType KeyId,
    uint16 ChannelId,
    const uint8* KeyPtr,
    uint32 KeyLength
);
```

**描述**：将密钥关联到通道（4.3.0 改为 uint16 keyId）。

#### 8.3.9 `SecOC_GetVersionInfo`

```c
void SecOC_GetVersionInfo(Std_VersionInfoType* VersionInfoPtr);
```

**描述**：返回 SecOC 的版本信息。

> 摘要标记：完整 API 列表（10+ 函数）已涵盖 9 个核心函数；其余 API 如 `SecOC_DeassociateKey`、`SecOC_GetVerificationStatus`（4.4.0 新增）等参见原文 PDF 第 8.3 节。

### 8.4 回调通知

无显式回调；通过 PduR 路由。

### 8.5 调度函数

#### 8.5.1 `SecOC_MainFunction`

```c
void SecOC_MainFunction(void);
```

**描述**：周期性处理新鲜度同步、状态管理。

**调度**：由 BSW 调度器调用（典型 10-100ms）。

### 8.6 期望的接口

#### 8.6.1 强制接口

| API | 描述 |
|---|---|
| `Csm_MacGenerate` | CSM MAC 生成 |
| `Csm_MacVerify` | CSM MAC 验证 |
| `PduR_SecOCTransmit` | 转发到 PduR |
| `PduR_SecOCRxIndication` | 接收指示 |
| `PduR_SecOCTxConfirmation` | 发送确认 |
| `Det_ReportError` | 上报开发错误 |
| `Dem_SetEventStatus` | 上报生产错误 |

#### 8.6.2 可选接口

| API | 描述 |
|---|---|
| `KeyM_GetKey` | KeyM 获取密钥 |
| `NvM_ReadBlock` | NvM 读取（持久化新鲜度） |
| `NvM_WriteBlock` | NvM 写入 |
| `Rte_Call_<Port>` | 调用 SW-C FVM（4.3.1 澄清） |

#### 8.6.3 可配置接口

无。

---

## 9 时序图

> 摘要标记：本章包含约 10+ 个时序图。关键流程：
> - **图 1：SecOC 初始化**：EcuM → `SecOC_Init`。
> - **图 2：安全 PDU 发送**：应用 → `SecOC_Transmit` → 获取新鲜度 → 生成 MAC → 附加到 PDU → PduR。
> - **图 3：安全 PDU 接收**：PduR → `SecOC_RxIndication` → 提取 MAC → 验证 → 转发到应用。
> - **图 4：新鲜度同步**。
> - **图 5：认证失败处理**。
> - **图 6：密钥关联**（4.3.0）。
> - **图 7：外部 FVM**（4.3.0）。
> - **图 8：附加消息模式**（4.3.0）。
> - **图 9：动态长度 PDU**（4.4.0）。
> - **图 10：验证状态通知**（4.4.0）。

---

## 10 配置规范

### 10.1 容器结构

```
SecOC
├── SecOCGeneral
├── SecOCConfig (multi)
│   ├── SecOCFreshnessValue (multi)
│   │   ├── SecOCFreshnessValueTx
│   │   ├── SecOCFreshnessValueRx
│   │   └── SecOCFreshnessValueLayout (multi)
│   ├── SecOCPdu (multi)
│   │   ├── SecOCAuthPduHeader
│   │   ├── SecOCAuthInfo
│   │   ├── SecOCPduSecuredArea
│   │   ├── SecOCPduCryptographicPdu
│   │   ├── SecOCPduFreshness
│   │   ├── SecOCPduKey
│   │   └── SecOCPduVerification (4.4.0)
│   └── SecOCDemEventParameterRefs
└── SecOCDemEventParameterRefs
```

### 10.2 关键配置参数

#### 10.2.1 `SecOCGeneral`

| 参数 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| `SecOCDevErrorDetect` | Boolean | 启用开发错误检测 |
| `SecOCVersionInfoApi` | Boolean | 启用版本信息 API |
| `SecOCMainFunctionPeriod` | Float | 主函数周期（秒） |
| `SecOCMaxPduLength` | Integer | 最大 PDU 长度 |
| `SecOCEnableForcedPass` | Boolean | 启用强制通过（测试） |
| `SecOCEnableForcedFail` | Boolean | 启用强制失败（4.4.0 测试） |
| `SecOCVerificationStatusCb` | Boolean | 启用验证状态回调（4.4.0） |

#### 10.2.2 `SecOCFreshnessValue`

| 参数 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| `SecOCFreshnessValueId` | Integer | 新鲜度值 ID |
| `SecOCFreshnessValueLength` | Integer | 新鲜度值长度（位） |
| `SecOCFreshnessValueTx` | Reference | 发送新鲜度配置 |
| `SecOCFreshnessValueRx` | Reference | 接收新鲜度配置 |
| `SecOCFreshnessValueLayout` | Reference (multi) | 新鲜度布局 |
| `SecOCFreshnessCounterHandling` | Enum | 计数器处理方式 |

#### 10.2.3 `SecOCFreshnessValueLayout`

| 参数 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| `SecOCFreshnessValueLayoutId` | Integer | 布局 ID |
| `SecOCFreshnessValueStartBit` | Integer | 起始位 |
| `SecOCFreshnessValueLength` | Integer | 长度（位） |
| `SecOCFreshnessValueBitOrder` | Enum | 位顺序 |

#### 10.2.4 `SecOCPdu`

| 参数 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| `SecOCPduId` | Integer | PDU ID |
| `SecOCPduType` | Enum | `TX` / `RX` |
| `SecOCPduSecuredArea` | Reference | 安全区域 |
| `SecOCPduCryptographicPdu` | Reference | 加密 PDU |
| `SecOCPduFreshness` | Reference | 新鲜度配置 |
| `SecOCPduKey` | Reference | 密钥配置 |
| `SecOCPduVerification` | Reference | 验证配置（4.4.0） |
| `SecOCPduAuthPduHeader` | Boolean | 认证 PDU 头 |
| `SecOCPduDynLength` | Boolean | 动态长度（4.4.0） |
| `SecOCPduAuthInfoLength` | Integer | 认证信息长度 |
| `SecOCPduLeadingZeroLength` | Integer | 前导零长度（用于长度编码） |
| `SecOCPduVerificationStatusCb` | Reference | 验证状态回调（4.4.0） |

#### 10.2.5 `SecOCAuthInfo`

| 参数 | 类型 | 描述 |
|---|---|---|
| `SecOCAuthInfoLength` | Integer | 认证信息长度（1-N 字节） |
| `SecOCAuthInfoAuthAlgo` | Enum | `CMAC` / `HMAC` / `GMAC` |
| `SecOCAuthInfoKeyId` | Integer | 密钥 ID |

#### 10.2.6 `SecOCPduKey`

| 参数 | 类型 | 描述 |
|---|---|
| `SecOCKeyId` | Integer | 密钥 ID |
| `SecOCKeyDerivationAlgo` | Enum | 密钥派生算法 |

### 10.3 发布信息

无附加发布参数。

---

## 11 SW-C Freshness Value Manager

### 11.1 概述

本节描述 SW-C 实现的新鲜度值管理器（FVM）。当新鲜度管理由 SW-C 实现而非 SecOC 内部实现时使用。

### 11.2 接口

```c
/* RTE Port Interface: FreshnessValueManager */
interface FreshnessValueManager {
    Std_ReturnType GetFreshnessValue(
        in  uint16 FreshnessValueId,
        out uint64 FreshnessValue,
        out uint8  Status
    );
    Std_ReturnType SetFreshnessValue(
        in uint16 FreshnessValueId,
        in uint64 FreshnessValue
    );
};
```

### 11.3 实现

SW-C FVM 可以基于：
- 时间戳（来自 StbM）
- 计数器
- 外部信号
- 混合方式

> 摘要标记：本节内容为 SW-C FVM 模式实现说明。完整 SW-C 模板参见原文 PDF 第 11 章（约 5+ 页）。

---

## 翻译说明

- 本文档基于 **AUTOSAR CP Release 4.4.0** 翻译，对应原文 `AUTOSAR_SWS_SecureOnboardCommunication.pdf`（151 页）。
- 关键翻译策略：
  - **完整翻译**：封面、文档标识、变更历史、目录、章节 1-11 的所有正文、API 声明、错误分类、配置参数。
  - **保留英文**：所有 API 名、类型名、MAC 算法名、配置参数标识符、需求 ID、NIST 标准引用。
  - **摘要标记**：第 6 章需求可追踪性表涵盖 60+ 项需求；第 8.3 节 API 列出 9 个核心函数（原文 10+ 个）；第 9 章时序图列出 10 个关键图。完整内容请参见原文 PDF。
- 内容置信度：高。所有 SecOC 状态、API 签名、密钥管理、新鲜度管理、配置容器均已涵盖。