汽车行业正处于一场前所未有的变革时代,车辆不仅变得更加自主驾驶、联网且高度智能化,同时其内部电子电气(E/E)架构也正经历深刻演进。传统上,一个汽车中的各种功能通常分布在多个不同的电子控制单元(ECU)上,这些ECU各自处理特定任务,彼此间通过车载网络通信。然而,随着功能整合密度的不断攀升,越来越多的ECU被虚拟化,映射到单个物理微控制器单元(MCU)的逻辑分区上。这种架构变革带来了功能上的灵活性和资源利用率的提升,但同时也引发了严峻的安全挑战。 功能安全(Functional Safety,FuSa)作为汽车认证的核心标准,保证了系统在硬件或软件出现故障时不会导致危险后果。然而,现代汽车的越来越高的联网性和智能化,使得简单基于FuSa的安全保障已经不足以抵御复杂的网络攻击和黑客入侵。
这直接驱使汽车工业对网络安全的关注提升,并催生了新的安全认证标准 - - ISO21434。作为开放指令集架构,RISC-V在汽车计算系统领域展现了巨大的变革潜力。凭借其开放性、可扩展性和灵活的设计,RISC-V成为理想的选择,用于构建高度定制化且成本效益优异的MCU。然而,当前RISC-V的标准ISA及相关扩展在面对汽车行业特有的安全需求时仍显不足。特别是,针对虚拟化MCU环境下的安全挑战,缺乏足够完善的保护机制,尤其是在发起端侧(initiator-side)的安全防护方面。 近期,业界提出了名为WorldGuard的RISC-V技术,试图通过硬件级别的安全隔离和访问控制来应对这一局面。
然而,现实应用证明,WorldGuard在支持复杂的虚拟化环境和满足ISO21434要求上存在一定局限,例如无法全面保障虚拟机发起端访问权限的安全性,容易被攻击者利用发起端漏洞绕过安全措施。这种局限性使得汽车制造商和芯片开发者对RISC-V在关键安全领域的适用性保持谨慎态度。 基于此,专家们呼吁对RISC-V指令集进行必要的扩展和增强,重点解决发起端保护问题。这种保护旨在从根本上确保虚拟化环境中的发起端(即发出请求的处理单元)只能访问其被授权的数据和资源,有效防止越权访问和非法操作。通过在ISA层面设计安全机制,可以实现硬件对发起端操作的精细控制,减轻软件层安全策略的复杂度和风险。此外,结合虚拟化技术,能够保证不同逻辑分区之间的安全隔离,提升整个汽车系统的安全可信度。
为了推动这些安全"轮子"的开发,学术界和产业界已经联合展开多个合作项目,致力于构建完整的开源安全生态。一方面,通过扩展并优化QEMU等模拟器平台,支持RISC-V虚拟机的安全机制仿真,提高开发效率和测试覆盖率;另一方面,针对RISC-V核心和软件栈进行全面升级,确保安全扩展功能能够无缝整合并发挥作用。这样的开源试验平台不仅利于产业界快速验证技术方案,还为教育和研究提供了宝贵资源。 回顾汽车行业的数字化历程,安全从未像今天这样重要。随着自动驾驶技术和车联网的快速演进,车辆变得对外界依赖更深,攻击面也日益扩大。传统安全模式已无法独立应对未来挑战,迫切需要系统级、硬件级以及架构级的安全创新。
RISC-V作为新兴指令集,必须在满足性能和成本的基础上,注入更完善的安全能力,尤其是面向虚拟化微控制器的发起端保护,才能真正实现广泛应用。 展望未来,RISC-V的安全发展将成为汽车微控制器设计的核心竞争力之一。硬件厂商需要根据ISO21434和行业实际需求,设计切实可用且高效的ISA安全扩展,优化芯片的安全管理能力。软件开发者应配合强化安全驱动和中间件,实现硬件功能的充分利用和安全策略的深入集成。标准化组织和产业联盟也应积极推动安全规范的统一,加快技术的商业化落地。只有全产业链协同努力,才能筑牢汽车智能化的安全防线。
此外,推动开源生态的发展对于加速技术成熟和广泛采用至关重要。开源平台不仅可以降低研发门槛、促进创新,还能够实现跨组织的技术共享与问题协同解决,使得安全机制更具透明度和可信性。未来,随着更多开源安全"轮子"的推出,RISC-V在汽车及其他高安全需求领域的地位将更加巩固。 综合来看,面对汽车行业数字化转型和安全风险的挑战,RISC-V必须迎来关键的安全升级,特别是在虚拟化MCU和发起端保护方面。通过技术创新和生态建设,RISC-V有望成为汽车安全领域的引领力量,推动全球智能汽车迈向更加安全、开放和可控的未来。 。
