feifei.xu/autosar_standard_spec_v4.4
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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
  2. 缩写词与缩略语
  3. 相关文档
  4. 约束与假设
  5. 与其他模块的依赖关系
  6. 需求可追踪性
  7. 功能规范
  8. API 规范
  9. 时序图
  10. 配置规范
  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

typedef struct {
    uint32 dummy;
} SecOC_ConfigType;

8.2.2 SecOC_VerificationResultType

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

8.2.3 SecOC_KeyIdType

typedef uint16 SecOC_KeyIdType;

8.2.4 SecOC_FreshnessValueIdType

typedef uint16 SecOC_FreshnessValueIdType;

8.3 函数定义

8.3.1 SecOC_Init

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

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

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

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

Std_ReturnType SecOC_TriggerTransmit(
    PduIdType TxPduId,
    PduInfoType* PduInfoPtr
);

描述：由下层调用，请求数据。

8.3.6 SecOC_GetRxFreshness

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

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

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

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

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

/* 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。
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