深度了解自動駕駛安全
至于自動駕駛的前景,只能說無論是國內還是國外,自動駕駛的道路最終都會越走越遠。自動駕駛車輛是一個包含定位系統、感知系統、規劃系統和控制系統的復雜系統。自動駕駛安全通常是指車輛行駛過程中的安全,具體包含傳感器安全、操作系統安全、控制系統安全以及V2X通信安全。
1、自動駕駛技術棧
自動駕駛技術棧可以分為兩個方面:關鍵構件和核心技術。具體來說,自動駕駛的關鍵構件有全球導航衛星系統/慣性測量單元、傳感器、V2X和執行器。自動駕駛的核心技術可以分為定位、感知、規劃和控制四個方面。
2、自動駕駛安全
傳感器安全:傳感器是自動駕駛領域研究的最前沿,目前針對自動駕駛車輛的絕大多數攻擊都與傳感器有關。不同的傳感器具有不同的工作原理,因此針對傳感器可以有多種類型的攻擊。常見的攻擊主要針對相機、全球導航衛星系統/慣性測量單元、超聲傳感器、毫米波雷達和激光雷達。針對上述五類傳感器中的某一類發起攻擊通常比較容易,但是同時攻擊多類傳感器是比較困難的。因此,多傳感器交叉驗證是目前抵御針對傳感器攻擊的重要手段之一。此外,盡管傳感器失效也可能導致自動駕駛系統做出錯誤的決策,但是傳感器失效和針對傳感器的攻擊是不同的。在絕大多數情況下,針對傳感器的攻擊都趨向于隱蔽地進行,對傳感器數據的篡改是比較溫和不明顯的,即看起來像正常數據。相反,當傳感器失效時,傳感器數據會產生非常明顯的變化。
操作系統安全:自動駕駛系統通常集成了多種軟件模塊,這些模塊之間的交互與協作需要達到苛刻的實時性要求。因此,自動駕駛領域需要專門的操作系統來管理多種軟件模塊。由于自動駕駛系統中不同模塊之間具有較強的耦合性,因此模塊間高效的通信與資源分配十分重要。早期的移動機器人系統(例如Miro、URBI和OpenRDK)通常僅提供了移動機器人的軟件構件管理框架,缺乏軟件庫和可視化調試工具,因此它們不適用于自動駕駛車輛。實際上,大多數自動駕駛車輛的操作系統是基于ROS開發的。ROS的一個先天缺陷是沒有為消息通信和節點創建提供認證機制。因此,ROS2中引入了數據分發服務(DDS,Data Distribution Service)來提供安全的數據分發。具體來說,DDS從實時性、連續性和可靠性三個方面對ROS2的安全性進行了改進。
控制系統安全:自動駕駛車輛中的各類機械構件和數字設備通常由電子控制單元來進行控制。不同電子控制單元之間的通信是通過數字總線實現的。當前,控制器局域網絡(CAN,Controller Area Network)是車輛內部電子網絡的主要總線協議。然而,由于CAN在設計之初沒有包含認證和接入控制,因此極易被黑客劫持。針對CAN攻擊的防護措施主要分為兩種:基于加密/認證的方法和基于入侵檢測的方法。此外,盡管CAN-FD(CAN with Flexible Data Rate)旨在代替CAN成為下一代車輛內部網絡協議,其仍然容易受到竊聽和重放攻擊。
V2X通信安全:V2X通信主要包含車輛與車輛(V2V)、車輛與基礎設施(V2I)、車輛與行人(V2P)和車輛與網絡(V2N)四類。針對V2X通信的攻擊主要分為四類:認證/識別攻擊、可用性攻擊、數據完整性攻擊和機密性攻擊。目前,絕大多數針對V2X通信攻擊的防護方法都需要引入認證機制。由于與V2X通信相關的設備均受限于計算資源和存儲能力的不足,因此設計安全高效的認證方案比較困難,需要著重考慮以下兩個因素:輕量化和雙向認證。此外,近年來研究者們逐漸摒棄了集中式的第三方認證機構,轉而基于區塊鏈技術來設計具有分布式特性的V2X安全通信機制。
目前,美國因為法律法規的寬松,已經成為無人駕駛汽車的孵化基地。許多中國汽車公司已經跨越半個世界,研究和試驗無人駕駛汽車。這種熱度肯定會帶來好的結果。無人駕駛,從各個方面來說,都是科技時代社會進步的發展產物。畢竟在這個科技時代,簡約舒適、駕駛安全才是硬道理。
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