多年的媳婦熬成婆，V2X即將大規模投入實用

02-08

V2X的優勢

為了讓行駛更加安全，全世界的很多汽車廠商已經組成了Crash Avoidance Metrics Partnership（簡稱CAMP聯盟），用以共享各家車聯網系統安全相關平台的建設情況。

但是，儘管如此，還是有很多人擔心CAMP無法打造出這樣一套系統。畢竟，在車聯網還沒有普及的今天，已經不斷有黑客攻陷汽車的傳聞出現，車聯網的安全問題，的確是阻礙自動駕駛或者無人駕駛普及的重大因素之一。

V2X，顧名思義就是vehicle-to-everything，其希望實現車輛與一切可能影響車輛的實體實現信息交互，目的是減少事故發生，減緩交通擁堵，降低環境污染以及提供其他信息服務。

V2X主要包含車與車通訊（V2V）、車與人通訊（V2P）、車與交通基礎設置通信（V2I）在內的結合雲端的網聯汽車技術（V2X），相對於雷達探測這種單方通訊的安全系統而言，實際上在技術上是一種更為主動的通訊型安全系統。

V2X的歷史

V2X的歷史最早可追溯到1986年，到1986年開始，美國由於建州際公路、高速公路的大量出現。隨之出現了新的問題，城市中心交通擁堵、高速碰撞事故造成眾多的人員傷亡，同時又增加汽車油耗，拉低空氣質量。於是乎，就有人提到了智能交通系統ITS的概念。

1992年，USDOT在ITS的研究中啟動了Automated Highway System自動高速系統的項目，目的是解放駕駛員的手腳，車輛需要在專門設有磁釘的道路上行駛，這也是歷史上第一次實現車輛與高速公路的互聯。

在自動高速系統試驗之後，1997年USDOT啟動Intelligent Vehicle Initiative智能車輛計劃，目的是加快防碰撞系統的部署。在智能車輛計劃的基礎上，USDOT對改善交通擁堵狀況和改進電子通信技術提出新的要求。2003年12月在馬德里召開的第十屆ITS世界大會上，USDOT宣布在5.9GHz分配75MHz頻譜進行DSRC研究，同時提出VII項目，項目目標是使V2V和V2I技術在小範圍內應用測試。

2006年12月，USDOT與五大汽車廠商聯合測試V2V和V2I在防碰撞系統中的作用，並確立新型以通信為基礎的安全設施，主要包含路邊網路roadside network和車載設備on-board vehicle equipment。

V2X的通信安全

在此要說明的是儘管有了這些技術的進步，汽車先進的駕駛員輔助系統(ADAS)仍然是作為獨立的系統運行的。

在V2X環境中，每輛車都是一個獨立的信息載體，像人類司機一樣，V2X的判斷是否準確完全依託於每輛車所接收的信息，接受的信息卻快越全面，所做的判斷越快速越精確。隨著專用的短程通信和5G無線通信的技術越來越成熟，這種信息接受的障礙都會被一一解決。因為V2X早期主要是基於DSRC，全稱是dedicated short range communication，專用短距離通信技術。DSRC在美國已經經過多年開發測試，後期隨著蜂窩移動通信技術發展才出現了C-V2X（Cellular V2X，即以蜂窩通信技術為基礎的V2X）技術。

目前V2X正在被美國交通部(USDOT)大力推動，USDOT基於2004 – 2008年交通事故分析得出結論：使用V2X系統可以降低450萬起碰撞事故（佔多車碰撞總數的81%），為此USDOT要求OEM廠商最遲在2019年底及以後生產的汽車要安裝DSRC設備，支持V2V和V2I。至今，美國DSRC技術已經經過10餘年的廣泛測試，技術相對成熟，目前佛羅里達州、紐約和懷俄明州的已經開始了試點。

具體來講，在智能交通領域，感測器非常重要。感測器主要分為兩大類，一類是自主感測器，包括激光雷達、毫米波雷達，攝像頭、超聲波等等，另一類感測器就是通訊感測器。而V2X就是依靠後者，簡單理解的話，V2X是一種實現雙向通訊和多向通訊的安全系統，類似於WIFI的連接方式，可以讓車車之間、車人之間、車與紅綠燈等基礎設施之間，發送信號，把類似於位置、速度、障礙、危險等發送給對方，從而提升行車安全。所以實際上V2X是一個非常快速、準確的感知系統，因為這樣的特性，V2X在整個交通安全和道路效率提高方面可以發揮獨特的作用。

在2017年，卡迪拉克首款搭載V2X功能的車輛已投入使用，這些車輛能夠通過無線電連接發送和接收基本安全信息。接收到的消息會與當前的ADAS相結合，以對周圍的環境做出更準確的判斷，從而大大防止事故發生。在移動車輛中，每秒鐘廣播一些基本安全信息，包括速度、GPS、位置、大小和剎車狀態。這些信息會被3米範圍內的車輛接收，讓對方做出及時的判斷。換句話說，在駕駛員視線被其他車輛遮擋或遇到諸如霧天或大雨等惡劣天氣干擾的情況下，緊急電子剎車燈預警（EEBL）能最大限度地發揮其功能優勢。

USDOT認為V2X技術的成功依賴於網路安全與安全信息的發展程度，為了使V2X成功推行，V2X的安全性必須被重新設計，這樣傳輸過程中的信息就不會被黑客修改，並將虛假消息作為有效的終端實體(EE)發送。EE是在網路上通信的任何系統，車輛或路邊設備。因此，USDOT與CAMP聯盟里的七大汽車製造商合作開發了V2X的安全規範。一旦新的規範制定政策（NHTSA-2016126）生效，這個規範也被認為是歷史上最大的公鑰基礎設施（PKI）奠定基礎。

PKI體系是計算機軟硬體、權威機構及應用系統的結合。它為實施電子商務、電子政務、辦公自動化等提供了基本的安全服務，從而使那些彼此不認識或距離很遠的用戶能通過信任鏈安全地交流。

SCMS已經開始使用最新的PKI安全性來保護V2X通信和驅動安全

CAMP和行業合作夥伴繼續完善著IEEE1609.2協議棧和安全證書管理系統(SCMS)，以保護通信和驅動安全。IEEE 1609.2在EE設備上運行，與任何網路堆棧一樣，它也是通過任何無線連接發送和接收信息。協議中使用隱式證書來減少信息大小，使EE設備不必事先了解發送和接收的內容是什麼。所有發送的安全消息都是數字簽名的，而傳入的消息被驗證，以確保它們被信任。

V2X安全使用數字簽名，每個IEEE 1609.2- 2016，都會保持基本安全信息的完整性。由於車輛和路邊設備需要相互信任，因此，每個包含一個公開密鑰的證書都包含一個證書，該密鑰對應於用於簽署數據的私鑰。當收到消息時，EE首先驗證證書，然後使用附帶的公鑰來檢查數據。與所有PKI一樣，證書是受信任的，因為它是由證書頒發機構（CA）創建和簽署的。

V2X證書頒發機構由子CA系統組成，每個CA系統均授權生成證書。CAMP SCMS概念驗證實施項目為2020年之前聯合資助的V2V和V2I連接車輛試點項目提供安全服務。其目的僅在於研發，目的是從系統設計，部署中獲取政策制定和實施過程的經驗教訓。

EE必須使用最佳實踐安全架構來保護私鑰並可靠地運行

對於商業開發來說，完整性安全服務(ISS)證書管理服務(CMS)會為所有準備使用規則的製造商和供應商提供測試和生產證書。ISS CMS將V2V和V2I證書安全地分發到車輛和路邊通信設備。 ISS CMS可以在製造過程中安全地分發證書。

為了確保終端實體V2X設備的互操作性和安全性，該行業正在尋求OmniAir聯盟開發技術規範。Omniair聯盟成立逾10年，是美國極具影響力的車聯網技術協會。Omniair車聯網認證項目，以第三方實驗室對基於DSRC技術的車聯網設備的測試驗證為形式，確保設備供應商/製造商的產品符合車聯網市場的通信協議規範標準，為客戶提供可靠的通信設備。OmniAir有超過40個參與成員，在互操作性測試中扮演領導角色。來自世界各地的供應商在參與OmniAir的認證過程之前，會一起來驗證互操作性。在今年五月份的一次活動，共有35家公司和17個不同國家的200多名與會者參與了OmniAir組織的測試。憑藉ISS CMS提供的測試證書，供應商能夠驗證CAMP指定的EE-to-SCMS消息協議和響應，包括註冊證書籤名和偽證書請求。

由於使用的是Kerckoff原則，所以可以確定加密系統應該是安全的，即使系統的所有內容都被公開了，只要密鑰沒被泄露就沒有問題。所謂的Kerckoff原則就是加密和解密演算法是公開的，而密鑰則是保密的，V2X也是如此原理。雖然互操作性測試還在繼續，但業界已經開始討論如何在EE中保護生產密鑰。比如有人建議啟動自檢，安全啟動，分離和安全更新，以保護EE和V2X簽名密鑰的可靠性。隨著根據美國聯邦信息處理標準的認證，每個安全功能的優點都有可能被單獨提取出來，以作為最佳解決方案的標準。OmniAir執行董事Jason Conley表示：

「互操作設備的獨立第三方認證是重要的一步，顯示了該技術的準備和成熟度。另外，安全認證機構也在考慮第三方認證，以滿足USDOT和OmniAir定義的標準，然後才能頒發生產證書。」

經過多年的理論研究和實驗，V2X技術即將投入實戰，這將大大的提高汽車安全性，可以想像一下所有的運渣車、大貨車上裝載了V2X感測器，你的私家車上就可以收到附近大貨車行駛狀態的預警信號……

只有經過合理規範的技術才能夠得到行業的認可並推廣開來，這也是為什麼USDOT如此看重技術認證的機構，因為只有這樣才能導致V2X技術的安全性有100%的保證。

只有當道路上有足夠多的車輛支持V2V通信，V2V的作用才能得到充分體現。為此在2014年8月，NHTSA和USDOT提出FMVSS No.150法案，法案強制要求新生產的輕型汽車（載客和輕卡）支持V2V通訊功能。2015年6月25日，美國眾議院就此事舉行聽證會，NHTSA以及其他利益相關方再次就V2X案件進行辯護。

V2X在技術上和應用上也有無限想像空間，無疑也將成為未來自動駕駛的重要保障和重要構成。

本文翻譯自：http://www.newelectronics.co.uk/electronics-technology/securing-v2x-communications/162864/ 如若轉載，請註明原文地址： http://www.4hou.com/wireless/8144.html