汽车，作为现代生活中不可或缺的交通工具，其安全性直接关系到人们的生命财产安全。近年来，随着信息技术的飞速发展，汽车的电子化程度不断提高，传统的机械锁已经难以满足安全需求。密码学技术，特别是基于挑战-响应（Challenge-Response）协议的汽车安全系统，在很大程度上提升了汽车的防盗能力。然而，技术进步也带来了新的安全挑战。本文将深入探讨汽车安全系统背后的密码学原理，剖析近年来出现的安全漏洞，并结合实际案例，普及信息安全意识与保密常识，旨在帮助读者了解汽车安全面临的风险，掌握必要的防范措施。

汽车安全系统的密码学基石：挑战-响应协议

自1995年以来，欧洲所有新车都必须配备密码学加密的防盗系统。到2010年，大多数汽车都实现了远程控制车门解锁功能。然而，为了应对钥匙电池耗尽的情况，大多数汽车仍然配备了金属钥匙作为备用方案。

汽车引擎防盗系统是其中最关键的部分之一。它采用一种双重响应协议，即挑战-响应（Challenge-Response）协议，来验证钥匙的有效性。当钥匙插入方向盘锁时，引擎控制器会向钥匙发送一个随机的n位数字挑战。钥匙上的天线识别器（Transponder）接收到挑战后，会对其进行加密处理，生成一个响应。这个加密过程通常由一个独立的射频识别（RFID）芯片完成，该芯片能够通过接收到的无线电信号供电，即使钥匙电池耗尽也能持续工作。

这种协议之所以有效，是因为它利用了低频（125kHz）的无线电信号，使得汽车能够直接为其天线识别器供电，并且其抗干扰能力较强。在理论上，这种双重响应协议能够有效地防止未经授权的引擎启动。

以下是一个简化的挑战-响应协议示例：

E → T ∶ N T → E ∶ T,{T,N}K

其中：

• E：引擎控制器（Engine Controller）
• T：天线识别器（Transponder）
• K：共享的密码学密钥（Cryptographic Key）
• N：随机挑战（Random Challenge）
• T,{T,N}K：天线识别器对挑战的加密响应

汽车安全系统的脆弱性：近年来发生的重大漏洞

尽管挑战-响应协议在理论上很强大，但实际的汽车安全系统在过去二十多年里经历了多次安全漏洞。这些漏洞的出现，往往是由于协议错误、密钥管理不善、加密算法薄弱以及出口管制导致的密钥长度不足等多种因素综合作用的结果。

TI的DST天线识别器是第一个被发现漏洞的产品之一。它被至少两家大型汽车制造商使用，并且是SpeedPass收费系统的基础。2005年，Stephen Bono及其同事发现，DST天线识别器使用了40位的块密码，可以通过两次响应的暴力破解来计算出密钥。这与美国出口管制有关，该管制限制了某些密码学技术的出口。

2010年，福特、丰田和现代等汽车制造商采用了DST80作为DST的后继产品。然而，2020年，Lennert Wouters及其同事发现，DST80不仅存在侧信道攻击漏洞，而且在密钥管理方面存在严重问题。现代汽车的钥匙只有24位的熵，而丰田汽车的钥匙则使用设备序列号作为密钥，而该序列号可以被攻击者读取。

Keeeloq，这种天线识别器曾用于车库门开启器以及一些汽车制造商的车辆；2007年，Eli Biham及其同事发现，如果能够获得一个小时的Keeeloq令牌，他们就可以收集足够的数据来恢复密钥。更糟糕的是，在某些类型的汽车中，还存在一个协议漏洞，即密钥使用异或（exclusive-or）操作进行多样化：KT = T ⨁KM。这意味着你可以租一辆你想要的汽车类型，然后计算出其他相同类型汽车的密钥。

2007年，有人公开了Philips Hitag 2密码，该密码也使用了一个48位的密钥。然而，这个密码本身就非常薄弱，并且由于受到各种密码分析师的攻击，密钥提取时间从几天缩短到几小时，甚至几分钟。

MegaMos Crypto天线识别器是最后一个被攻破的产品，它被大众汽车等制造商使用。2008年，来自伯明翰和因海姆的研究人员（Roel Verdult、Flavio Garcia和Barış Ege）发布了汽车锁匠工具，该工具破解了MegaMos密码。尽管MegaMos具有96位的密钥，但其有效密钥长度仅为49位，与Hitag 2相当。大众汽车因此在伦敦高等法院获得了一项禁令，以阻止他们在2013年Useunix 2013会议上展示相关工作，理由是侵犯了他们的商业机密。研究人员则反驳称，锁匠工具供应商已经提取了这些机密。经过两年的争论，案件最终以双方均不承担责任而平息。

密码学技术的进步与新的安全威胁：无钥匙进入系统

自1990年代以来，密码学技术在汽车安全领域的应用取得了显著进展。然而，随着技术的发展，新的安全威胁也随之出现。

无钥匙进入系统（PKES），通过简单的按键即可启动汽车，取代了传统的金属钥匙，在初期受到了广泛欢迎。为了扩大信号覆盖范围，汽车制造商还增加了无线电频率，使其不仅能在驾驶员坐在车内时进行短距离认证，还能作为无钥匙进入系统。

然而，这种系统也存在严重的漏洞。攻击者可以通过使用信号放大器或中继器，在车主家门口放置一个接收器，然后在汽车附近放置另一个发射器，从而远程解锁汽车。即使汽车被引擎防盗系统锁定，攻击者也可以轻易盗窃车内物品。2017年和2018年，英国汽车盗窃率分别增加了56%和9%，这与无钥匙进入系统的普及密切相关。

汽车安全：从密码学到安全意识

汽车安全不仅仅依赖于密码学技术的进步，还需要提高人们的安全意识和保密常识。

信息安全意识是指人们对信息安全风险的认知程度以及采取安全措施的自觉性。在汽车安全方面，信息安全意识体现在以下几个方面：

• 不要将钥匙放在容易被盗的地方：例如，不要将钥匙放在窗户附近或汽车内容易被盗的地方。
• 不要在汽车内留下贵重物品：即使汽车被锁好，也可能被盗窃。
• 定期检查汽车的防盗系统：确保防盗系统正常工作。
• 警惕钓鱼诈骗：不要点击可疑链接或提供个人信息。

保密常识是指保护个人信息和敏感数据的措施。在汽车安全方面，保密常识体现在以下几个方面：

• 不要在汽车内留下包含个人信息的纸质文件：例如，银行对账单、信用卡账单等。
• 不要在汽车内使用不安全的无线网络：这可能导致个人信息被窃取。
• 定期更新汽车的软件：软件更新通常包含安全补丁，可以修复已知的漏洞。

未来展望：基于超宽带的下一代汽车安全系统

当前，基于密码学技术的汽车安全系统面临着新的挑战，例如中继攻击。为了应对这些挑战，未来的汽车安全系统将采用基于超宽带（UWB）的下一代安全协议。

UWB技术具有精确的测距能力，可以测量钥匙与汽车之间的距离，精度可达10厘米，范围可达150米。这种技术可以有效地防止中继攻击，因为攻击者需要精确地控制钥匙与汽车之间的距离，这在技术上非常困难。

目前，NXP、Atmel和TI等公司已经推出了基于UWB技术的芯片。其中，Atmel的芯片是开源的，并且提供开放的协议栈，这有利于汽车制造商进行定制和集成。

总结

汽车安全是一个复杂而不断发展的领域。密码学技术在提升汽车安全方面发挥着重要作用，但同时也面临着新的挑战。提高人们的安全意识和保密常识，以及采用先进的UWB技术，是未来汽车安全发展的重要方向。只有综合运用技术和意识，才能构建一个更加安全的汽车环境。

我们提供包括网络安全、物理安全及人员培训等多方面的信息保护服务。昆明亭长朗然科技有限公司的专业团队将为您的企业打造个性化的安全解决方案，欢迎咨询我们如何提升整体防护能力。

• 电话：0871-67122372
• 微信、手机：18206751343
• 邮件：info＠securemymind.com
• QQ: 1767022898

你可能从未想过，你每天使用的手机、电脑、甚至电梯里的感应器，都可能正悄悄地“说话”。这些“说话”不是人类的语言，而是电磁波，它们无处不在，连接着我们的现代生活。然而，这种连接也带来了意想不到的风险——信息安全隐患。本文将带你走进一个鲜为人知的世界，探索“电磁安全”（Emsec）的奥秘，并通过三个引人入胜的故事案例，让你了解隐藏在科技背后的安全威胁，以及如何保护自己免受这些隐形“窃听者”的侵害。

什么是电磁安全？

想象一下，你和朋友在街头低声交谈，即使你们没有刻意地试图隐藏，也可能有人通过一些特殊的设备听到你们的谈话。电磁安全，顾名思义，就是保护电子设备和系统免受通过电磁波传播的恶意攻击和信息泄露。它涵盖了两个主要方面：

• 主动安全（Active Security）： 指的是采取措施防止未经授权的电磁信号干扰或窃取信息。例如，使用屏蔽材料、加密通信等。
• 被动安全（Passive Security）： 指的是防止设备自身发出不必要的电磁辐射，从而避免泄露敏感信息。例如，优化电路设计、限制不必要的信号发射等。

在信息安全领域，电磁安全常常被忽视，但实际上，它与我们日常使用的许多技术息息相关，从信用卡到移动支付，从航空航天到军事通信，无一不受到电磁环境的影响。

历史的低语：电磁安全的故事

电磁安全并非一个全新的概念。早在电报发明初期，人们就发现了电线之间的“串音”问题。早期的电报线路往往是直接连接，当一条线路传输信号时，其他线路也会接收到干扰信号，甚至能够听到邻近线路的通信内容。为了解决这个问题，人们开始采用“交错”（transposition）的方式，将电线交叉连接，形成双绞线，从而有效地降低了串音的干扰。

在第一次世界大战中，电报线路的滥用更是暴露了电磁安全的重要性。盟军和德军都大量使用了电报线路，这些线路往往沿着战壕附近延伸，与敌方阵地只有几百码的距离。由于电线内部通常使用地线作为返回路径，这使得电线更容易产生电磁辐射，甚至能够将敌方通信内容“泄露”出去。为了应对这种威胁，双方都采取了保护措施，例如使用双绞线、限制电线长度等。

二战时期，随着雷达、信号情报等技术的进步，电磁安全问题得到了更深入的研究。到了20世纪60年代，随着家用电视机的普及，科学家们发现电视机内部的射频（RF）信号也可能成为信息泄露的途径。

案例一：信用卡背后的“窃听”

你刷卡消费时，可能从未想过，你的信用卡可能正在与周围环境进行“对话”。现代信用卡通常包含一个芯片，用于存储你的账户信息。然而，早期的智能卡技术存在一个严重的安全漏洞：侧信道攻击（Side-Channel Attack）。

想象一下，你用信用卡在一家商店消费，卡片上的芯片需要与读卡器进行通信，以验证你的账户信息。在通信过程中，芯片会发出微弱的电磁信号。黑客可以通过特殊的设备，分析这些电磁信号的强度、频率等特征，从而推断出你的卡片密码。这种攻击被称为侧信道攻击，因为它没有直接入侵卡片芯片，而是通过分析其“侧面”泄露的信息来获取密码。

在20世纪90年代末，随着智能卡技术的发展，侧信道攻击的威胁日益突出。一些黑客组织利用这种漏洞，通过诱骗用户使用被植入恶意软件的读卡器，从而窃取用户的信用卡信息。这些恶意软件会在用户使用卡片进行少量交易时，触发芯片发出信号，黑客再通过分析这些信号来破解密码。这种攻击的特点是隐蔽性强，通常不会留下任何痕迹，因此很难被发现。

为什么会发生这种攻击？ 智能卡芯片在进行密码验证时，内部会进行复杂的运算。这些运算过程中产生的电磁信号，包含了密码信息的部分信息。黑客通过分析这些信号，可以逐步还原出完整的密码。

我们该怎么做？

• 避免在不安全的网络环境下使用信用卡： 公共 Wi-Fi 网络往往存在安全漏洞，黑客可以轻易地拦截你的数据。
• 定期检查你的银行账户： 及时发现异常交易。
• 使用安全的支付方式： 例如，使用移动支付时，选择信誉良好的支付平台。
• 安装杀毒软件： 保护你的电脑和手机免受恶意软件的侵害。

案例二：汽车电子系统的“秘密对话”

现代汽车已经变得越来越智能化，几乎所有的功能都依赖于电子系统。然而，这些电子系统也面临着电磁安全威胁。

想象一下，你正坐在车里，享受着音乐，却不知你的车载娱乐系统可能正在与外界进行“秘密对话”。黑客可以通过发射特定的电磁波，干扰汽车的电子系统，甚至控制车辆的行驶。

例如，黑客可以通过干扰汽车的防盗系统，解锁车辆并盗窃。他们还可以通过修改汽车的电子控制单元（ECU），控制车辆的加速、刹车、转向等功能，从而造成交通事故。

更令人担忧的是，黑客还可以通过汽车的电子系统，窃取用户的个人信息，例如电话号码、家庭住址、银行账户信息等。这些信息可能会被用于诈骗、身份盗窃等犯罪活动。

为什么会发生这种攻击？ 现代汽车的电子系统通常使用复杂的通信协议，这些协议可能存在安全漏洞。黑客可以通过分析这些协议，找到漏洞并利用它们进行攻击。

我们该怎么做？

• 定期更新汽车的软件： 汽车制造商会定期发布软件更新，修复安全漏洞。
• 避免使用非官方的汽车配件： 非官方的汽车配件可能存在安全漏洞，容易被黑客利用。
• 安装汽车安全系统： 一些汽车制造商提供专门的安全系统，可以保护车辆免受电磁攻击。
• 注意观察车辆的异常情况： 如果发现车辆出现异常情况，例如，电子系统失灵、行驶不稳定等，应及时检查。

案例三：医疗设备的“沉默窃听”

在医院里，各种医疗设备都依赖于电子系统进行运行。然而，这些设备也面临着电磁安全威胁。

想象一下，你正在接受治疗，却不知你的心电监护仪可能正在与外界进行“沉默窃听”。黑客可以通过发射特定的电磁波，干扰医疗设备的正常运行，甚至篡改患者的生理数据。

例如，黑客可以通过干扰心电监护仪，导致患者的病情被错误诊断。他们还可以通过修改患者的生理数据，例如，人为地提高或降低血压、心率等，从而影响患者的治疗。

更严重的后果是，黑客还可以通过医疗设备的电子系统，窃取患者的个人信息，例如病历、保险信息、银行账户信息等。这些信息可能会被用于诈骗、身份盗窃等犯罪活动。

为什么会发生这种攻击？ 医疗设备通常使用复杂的通信协议，这些协议可能存在安全漏洞。黑客可以通过分析这些协议，找到漏洞并利用它们进行攻击。

我们该怎么做？

• 加强医疗设备的网络安全防护： 医院应采取严格的网络安全措施，保护医疗设备免受电磁攻击。
• 定期检查医疗设备的软件： 医疗设备制造商应定期发布软件更新，修复安全漏洞。
• 加强对医护人员的安全意识培训： 医护人员应了解电磁安全威胁，并采取相应的防护措施。
• 选择信誉良好的医疗设备供应商： 医院应选择信誉良好的医疗设备供应商，确保设备的安全可靠。

如何保护自己免受电磁安全威胁？

电磁安全是一个复杂而重要的领域。虽然我们无法完全避免电磁安全威胁，但我们可以采取一些措施来降低风险。

• 了解电磁安全知识： 了解电磁安全的基本概念、威胁类型和防护措施。
• 使用安全的网络环境： 避免在不安全的网络环境下使用信用卡、银行账户等敏感信息。
• 安装杀毒软件和防火墙： 保护你的电脑和手机免受恶意软件的侵害。
• 定期更新软件： 及时修复安全漏洞。
• 注意观察设备是否有异常情况： 如果发现设备出现异常情况，应及时检查。
• 选择信誉良好的产品和服务： 避免使用来源不明、质量低劣的产品和服务。

电磁安全并非一个可以忽略的问题。随着科技的不断发展，电磁安全威胁也将日益复杂。我们需要提高安全意识，采取积极的防护措施，共同构建一个安全可靠的数字世界。

关键词： 电磁安全 侧信道攻击 智能卡 汽车安全 医疗设备

我们相信，信息安全不仅是技术问题，更涉及到企业文化和员工意识。昆明亭长朗然科技有限公司通过定制化的培训活动来提高员工保密意识，帮助建立健全的安全管理体系。对于这一领域感兴趣的客户，我们随时欢迎您的询问。

• 电话：0871-67122372
• 微信、手机：18206751343
• 邮件：info＠securemymind.com
• QQ: 1767022898