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3C數(shù)字鑰匙規(guī)范簡介

CCC（Car Connectivity Consortium）車聯(lián)網(wǎng)聯(lián)盟是一個(gè)致力于制定智能手機(jī)到汽車連接解決方案標(biāo)準(zhǔn)的全球跨行業(yè)組織。2021年7月CCC將UWB定義為第三代數(shù)字鑰匙的核心技術(shù)，并發(fā)布CCC R3（第三代數(shù)字鑰匙）規(guī)范。 CCC R3是基于NFC/BLE/UWB作為基礎(chǔ)的無線電技術(shù)的使用，該系統(tǒng)采用非對稱密碼技術(shù)對車輛和設(shè)備進(jìn)行相互簽名認(rèn)證，且只對已知車輛顯示身份，只有使用和車輛存儲的公鑰相對應(yīng)的私鑰簽名計(jì)算，車輛才能進(jìn)行解閉鎖、啟動(dòng)發(fā)動(dòng)機(jī)等功能。R3可以兼容R2（第二代數(shù)字鑰匙），R1（第一代數(shù)字鑰匙）是獨(dú)立于R2、R3進(jìn)行部署。 在成功完成車主配對后，車主每次攜帶設(shè)備靠近車輛Approach前，應(yīng)執(zhí)行最低安全測距流程（UWB的工作內(nèi)容），以建立安全測距，然后才能啟動(dòng)Approach，如迎賓、Lock、Unlock功能；一旦建立了安全測距和設(shè)備本地化，車輛可以根據(jù)其策略或要求決定啟動(dòng)上述行動(dòng)。在建立安全測距之前需要URSK（UWB測距密鑰），車輛可以有一個(gè)預(yù)先派生的URSK或根據(jù)需要派生一個(gè)新的URSK。URSK的機(jī)密性和完整性應(yīng)在URSK的整個(gè)生命周期內(nèi)得到保護(hù)。

DK（數(shù)字鑰匙）系統(tǒng)架構(gòu)

DK體系架構(gòu)

Vehicle	? 檢查驗(yàn)證設(shè)備的DK（數(shù)字鑰匙）服務(wù)資格和設(shè)備的合法性 ? 提供配對信息(車主公鑰，設(shè)備信息等) 給KTS ，并且確認(rèn)用戶配對信息是否被KTS接收 ? 授權(quán)任意合法設(shè)備(擁有合法數(shù)字鑰匙)的車輛操作權(quán)限，提供防盜令牌去啟動(dòng)車輛 ? 提供安全的交易過程和存儲環(huán)境
Door NFC Reader	NFC在電源正常、低電量兩種模式下工作，電源正常模式支持其所有功能，低電量模式許多功能無法使用，但NFC功能可以正常使用（包括門端NFC和控制臺NFC）。門端NFC提供與好友設(shè)備的DK交易、分享鑰匙時(shí)傳輸證書、實(shí)現(xiàn)Unlock/Lock功能。
Console NFC Reader	提供與好友設(shè)備的DK交易、分享鑰匙時(shí)傳輸證書、與設(shè)備通信交易，使其成為車主設(shè)備、為好友設(shè)備第一次交易提供認(rèn)證、授權(quán)發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)的功能。
BLE	與設(shè)備配對進(jìn)行DK交易，讓其成為車主設(shè)備、支持Unlock/Lock/RKE（遙控車輛）/發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、好友設(shè)備第一次通信時(shí)的交易和配置、設(shè)置UWB測距范圍、發(fā)送手機(jī)/車輛的通知狀態(tài)數(shù)據(jù)信息、與有合法的設(shè)備進(jìn)行交易。
UWB	進(jìn)行安全測距，以支持Approach和被動(dòng)啟動(dòng)的功能。
設(shè)備	支持非接觸式來Unlock/Lock/啟動(dòng)車輛、用戶身份驗(yàn)證、檢查設(shè)備服務(wù)資格、運(yùn)行DK applet、支持配置用戶授權(quán)認(rèn)證CA（認(rèn)證授權(quán)中心）一般為密碼指紋、在鑰匙配對或者朋友分享流程時(shí)，檢查是否支持DK服務(wù)。
車主設(shè)備	車輛只有一個(gè)車主設(shè)備，車主的DK需要在KTS內(nèi)登記，車輛才會(huì)接納該DK，車主設(shè)備擁有不受限制的所有訪問配置權(quán)限，提供存儲證書、DK的交易、鑰匙配對、鑰匙分享、鑰匙終止/撤銷服務(wù)。
好友設(shè)備	車輛可接受多個(gè)好友設(shè)備（具體數(shù)量由車輛OEM決定）且訪問權(quán)限有限制（由車主配置）。發(fā)放DK時(shí)，由車輛和OEM云端根據(jù)車輛OEM策略進(jìn)行檢查。好友DK也需要在KTS內(nèi)登記才能被該車輛接受，提供存儲證書、DK交易、DK分享、鑰匙終止/撤銷、向車輛云端發(fā)送終止認(rèn)證服務(wù)。
車輛云端	創(chuàng)建配對密碼、簽名公鑰、向設(shè)備提供證書、管理鑰匙、為好友設(shè)備提供車輛證明、提供車主賬戶關(guān)聯(lián)到其所有車輛、管理DK服務(wù)訂閱、為分享者提供必須的認(rèn)證數(shù)據(jù)、簽發(fā)合法分享者DK結(jié)構(gòu)、鑰匙配對過程為車主設(shè)備創(chuàng)建/提供配對密碼數(shù)據(jù)、管理和建立與車端安全交互通道。
設(shè)備云端	提供和更新必要的證書、加載和安裝DK applet的DK實(shí)例、允許禁用和刪除DK(在線)的服務(wù)。
KTS	追蹤平臺，與車輛云端數(shù)據(jù)分離，滿足跟蹤數(shù)據(jù)的隱私要求，記錄關(guān)鍵數(shù)據(jù)，以便將車輛跟蹤數(shù)字鑰匙分配和設(shè)備。

DK體系架構(gòu)各個(gè)流程的說明如下：

1)車輛通過線路1遠(yuǎn)程連接到車輛云端，此鏈路提供安全的通信通道，并由車輛云端安全控制；

2)車輛配備了NFC（線路3/4）、BLE（線路11）、UWB（線路12）模塊，可與設(shè)備通信以進(jìn)行車主配對；

3)所有合格的設(shè)備都有一個(gè)經(jīng)過認(rèn)證的SE以及NFC功能，使設(shè)備與車輛能夠進(jìn)行通訊，其中NFC功能是必須的，保證手機(jī)在沒電的情況下依舊可以靠NFC對車輛的一些操作；

4)車主設(shè)備通過線路2、線路6、線路8、線路7與車主設(shè)備云端、好友設(shè)備云端、好友設(shè)備進(jìn)行通信分享鑰匙給好友設(shè)備，對好友設(shè)備進(jìn)行車主可設(shè)置的訪問配置文件、終止分享的DK；好友設(shè)備可以使用車主分享的DK，但不能向其它設(shè)備分享車主的的鑰匙；

5)車主設(shè)備通過線路2與車主設(shè)備云端通信，好友設(shè)備通過線路7與好友設(shè)備云端通信。車主設(shè)備/好友設(shè)備也可以通過線路10/線路9直接與車輛云端通信；

6)車主設(shè)備和好友設(shè)備可分別通過各自的設(shè)備云端線路2/線路6、線路7/線路8直接與車輛云端通信；線路6/線路8用于交換車輛和車主/好友設(shè)備云端的證書，實(shí)現(xiàn)鑰匙分享、跟蹤、終止、通知、認(rèn)證的功能；

7)設(shè)備云端負(fù)責(zé)管理DK的生命周期（數(shù)據(jù)的周期），并分別通過線路2/線路7更新、刪除、暫停、恢復(fù)車主/好友設(shè)備中的證書；它可在設(shè)備丟失不可用時(shí)讓其鑰匙功能失效或恢復(fù)功能正常；

8)車輛云端負(fù)責(zé)管理用戶賬戶和ID&V（識別和驗(yàn)證用戶身份）；它還通過線路5連接到KTS，以注冊車輛所有的已頒發(fā)的DK，從而保留存儲信息的隱私。

設(shè)備端DK架構(gòu)

? ?

NFC	支持非接觸事務(wù)的卡仿真模式（解閉鎖、啟動(dòng)）、車主配對所需的卡仿真模式。
BLE	BLE：與車輛進(jìn)行DK交易，支持Unlock/Lock/RKE（遙控車輛）/發(fā)動(dòng)機(jī)啟動(dòng)、好友設(shè)備第一次通信時(shí)的交易和配置、發(fā)送手機(jī)/車輛的通知狀態(tài)數(shù)據(jù)信息。
UWB	UWB：同DK體系架構(gòu)中的UWB內(nèi)容。
SE	安全元件、主控管理DK應(yīng)用、可以區(qū)分是接觸式還是非接觸式交易。
DK Applet	管理全部DK（一個(gè)應(yīng)用實(shí)例包含全部的DK數(shù)據(jù)），執(zhí)行相關(guān)的標(biāo)準(zhǔn)/快速交易，提供車輛需要的數(shù)據(jù)、實(shí)現(xiàn)實(shí)例CA以支持離線使用用例和隱私保護(hù)、驗(yàn)證車輛的真實(shí)性、驗(yàn)證好友設(shè)備的公鑰證書鏈、存儲防盜令牌、離線認(rèn)證數(shù)據(jù)和其它與DK相關(guān)的數(shù)據(jù)、驗(yàn)證車輛公鑰證書。
DK Framework	車主配對、DK分享管理、與云端信息交互、連接手機(jī)的上層應(yīng)用。
車輛 OEM APP	手機(jī)上車輛OEM自己的APP，獲取車主配對密碼、支持某些特定的功能、使用非標(biāo)準(zhǔn)訪問配置文件管理密鑰、管理通過車輛云端提供的ID和認(rèn)證數(shù)據(jù)。
Native APP	設(shè)備本地UI、顯示DK列表、DK終止/刪除/啟用/停用。

NFC數(shù)字鑰匙

NFC鑰匙即第一代數(shù)字鑰匙，通過NFC卡片，實(shí)現(xiàn)車輛的解鎖、閉鎖和啟動(dòng)等功能。目前除了像特斯拉、極氪等車型的卡片鑰匙，帶NFC功能的手機(jī)和手表也逐漸成為進(jìn)入車輛的新型車鑰匙。

NFC通信實(shí)現(xiàn)的主要功能如下

?手機(jī)第一次配對和分享鑰匙時(shí)，用來作為設(shè)備和車輛通過OOB（帶外配對方法）配對來交換數(shù)據(jù)的通道；

?在手機(jī)沒電、BLE和UWB均不能正常工作的情況下，可以通過車門和控制臺的NFC模塊來解閉鎖，以及啟動(dòng)車輛。

車輛和車輛的NFC接口需符合《NFC模擬技術(shù)規(guī)范》的輪詢器要求，可支持NFC-A、NFC-B、NFC-F技術(shù)。 設(shè)備端的NFC接口應(yīng)符合監(jiān)聽設(shè)備的需求，當(dāng)電池低電量時(shí)，保證NFC還可以使用。

BLE數(shù)字鑰匙

藍(lán)牙鑰匙即第二代數(shù)字鑰匙，通過藍(lán)牙通信技術(shù)和車輛進(jìn)行連接，實(shí)現(xiàn)鑰匙定位、無鑰匙進(jìn)入、無鑰匙啟動(dòng)、遠(yuǎn)程控制等功能。 BLE、SE、UWB是第三代數(shù)字鑰匙解決方案的核心。其中鑰匙定位升級為UWB技術(shù)實(shí)現(xiàn)，而設(shè)備和車輛之間的安全數(shù)據(jù)仍通過藍(lán)牙技術(shù)進(jìn)行通信，從而使SE能夠通過安全通道與車輛提供相互身份驗(yàn)證和數(shù)據(jù)分享。

BLE配對流程

藍(lán)牙鑰匙和車端之間的藍(lán)牙配對包含三個(gè)連接流程，其中使用BLE OOB配對建立車主配對連接的流程如下： 1)首先是設(shè)備藍(lán)牙鏈路層連接：

車輛主機(jī)開始發(fā)送ADV_IND（廣播），并將CCC-DK-UUID（CCC DK的唯一通用標(biāo)識符）作為廣播負(fù)載，車輛LL（鏈路層）處于廣播狀態(tài)，過濾策略設(shè)置為接受所有廣播連接請求。設(shè)備主機(jī)開始被動(dòng)掃描，設(shè)備LL應(yīng)處于掃描狀態(tài)，其過濾策略應(yīng)是接受所有廣播，一旦設(shè)備LL接收到一個(gè)廣播，它將它轉(zhuǎn)發(fā)給設(shè)備主機(jī)，設(shè)備主機(jī)應(yīng)檢查CCC-DK-UUID是否包含在廣播有效載荷中，如果有效載荷中包含CCC-DK-UUID，則通知用戶，如果用戶接受車主配對請求，則用戶應(yīng)提供配對密碼，在14步后，設(shè)備LL將進(jìn)入啟動(dòng)狀態(tài)，過濾策略設(shè)置為客戶廣播的地址，當(dāng)設(shè)備LL收到下一個(gè)相同的廣播時(shí)，設(shè)備LL將發(fā)送連接請求。2) L2CAP面向連接的通道：L2CAP對LL進(jìn)行一次簡單的封裝，LL只關(guān)系數(shù)據(jù)本身，L2CAP要區(qū)分時(shí)加密通道還是普通通道，同時(shí)對連接間隙進(jìn)行管理。

最后是BLE設(shè)備配對流程如下

1)主動(dòng)發(fā)起配對：設(shè)備發(fā)送BLE配對請求到車輛。車輛發(fā)送BLE配對響應(yīng)到設(shè)備；

2)公鑰交換：設(shè)備向車輛發(fā)送BLE配對公鑰。車輛向設(shè)備發(fā)送BLE配對公鑰。設(shè)備和車輛生成DHKey；

3)生成LTK（長期的連接安全密鑰）：設(shè)備和車輛都要驗(yàn)證作為OOB配對準(zhǔn)備程序的一部分接收到的確認(rèn)值是否匹配。設(shè)備和車輛生成1個(gè)隨機(jī)數(shù)（Na和Nb）。設(shè)備發(fā)送（Na）給車輛，車輛發(fā)送（Nb）給設(shè)備；

4) LTK計(jì)算：一旦設(shè)備和車輛上的DHKey生成完成，設(shè)備和車輛會(huì)計(jì)算它們的LTK；

5) DHKey檢查：設(shè)備將檢查值（Ea）發(fā)送給車輛，車輛將檢查值（Eb）發(fā)送給設(shè)備，設(shè)備和車輛都需要驗(yàn)證這些值；

6)密鑰分發(fā)；

7)啟用設(shè)備和車輛加密：設(shè)備和車輛將彼此添加到它們的私有地址解析列表中。

UWB數(shù)字鑰匙

UWB數(shù)字鑰匙即第三代數(shù)字鑰匙，UWB全稱為超寬帶無線通訊技術(shù)，相比較于藍(lán)牙通信技術(shù)，UWB具有更寬的頻帶，且通過ToA到達(dá)時(shí)間測距技術(shù)，使其擁有更好的定位精度。

UWB物理層

IEEE標(biāo)準(zhǔn)定義了一種非常靈活的UWB物理層，IEEE標(biāo)準(zhǔn)的靈活性是通過調(diào)整如同步前導(dǎo)長度、前導(dǎo)碼、數(shù)據(jù)速率等參數(shù)來實(shí)現(xiàn)的，但該規(guī)范不需要實(shí)現(xiàn)指令的所有參數(shù)和格式。 Responder用SYNC同步收到的UWB信息，STS用于生成一個(gè)防篡改的時(shí)間戳。 PHY Header包含PSDU信息，PSDU包含有效信息。

PPDU(PHY protocal data unit)

物理層協(xié)議數(shù)據(jù)單元

1)SYNC：又稱前導(dǎo)碼區(qū)域，接收機(jī)為了檢測和同步UWB信號，首先必須找到符合協(xié)議的前導(dǎo)碼；前導(dǎo)碼（由0/1組成的一種幀結(jié)構(gòu)，通知目標(biāo)做好接受準(zhǔn)備）；

2)SFD：報(bào)文起始分隔符；

3)STS：安全時(shí)間戳；

4)PHY header(PHR)(SP3沒有)，物理頭（漢明碼SECDED）；

5)PHY 服務(wù)數(shù)據(jù)單元(PSDU)(SP3沒有），物理層服務(wù)數(shù)據(jù)單元（里所碼）。

Responder用SYNC和SFD同步收到的UWB信息，STS則用于生成1個(gè)防止篡改的時(shí)間戳，PHR包含了關(guān)于PSDU的內(nèi)容，PSDU包含了有效信息，就是Initiator真正想傳輸?shù)臄?shù)據(jù)； STS、Payload屬于可選配置；根據(jù)配置，不是所有可選部件都必須在一個(gè)框架中表示。

? ? ? ?

UWB測距定位

UWB設(shè)備測距流程如下：

首先，Initiator（設(shè)備）發(fā)送一個(gè)Pre poll幀（SP0）到車上的每個(gè)Responder（車端的節(jié)點(diǎn)），Initiator再發(fā)送一個(gè)Poll幀（SP3）到車上的每個(gè)Responder，然后車上的每個(gè)Responder分別發(fā)送一個(gè)RSP幀到Initiator，Initiator再發(fā)送一個(gè)Final幀到車上的每個(gè)Responder，最后Initiator發(fā)送一個(gè)Final data幀到車上的每個(gè)Responder，這時(shí)一個(gè)測距會(huì)話就完成了，最終車端通過不同的節(jié)點(diǎn)和設(shè)備之間的距離算出與設(shè)備之間的距離。 SP0：STS packets type0，包含UWB的定位配置信息，但沒有STS信息；SP3：STS packets type3，包含STS索引信息，完全用于定位；Pre poll：包含了UWB會(huì)話ID、Poll STS Index（后續(xù)Poll消息的STS索引）、Ranging Block（會(huì)話當(dāng)前測距塊的索引）、Round Index（當(dāng)前測距塊的測距四舍五入索引，該索引由前一個(gè)測距塊中的測距交換器設(shè)置）、Hop Flag（當(dāng)前測距塊的操作標(biāo)志，由前一個(gè)測距塊中的測距交換器設(shè)置）。Final data：包含了UWB會(huì)話ID、Ranging Block、Hop Flag、Final STS Index（前面Final消息的STS索引）、Ranging Timestamp Final TX（Initiator Poll和Final消息傳輸時(shí)間的時(shí)間差）、Number Ranging Responders（此消息中要跟隨的時(shí)間戳數(shù)）、Responder Index、Ranging Timestamp Responder（啟動(dòng)器收到響應(yīng)器的Poll和Response之間的時(shí)間差）、Ranging Timestamp Uncertainty Responder（不同置信度下1.5 cm-3.6 m的值范圍）、Ranging Status Responder（來自響應(yīng)程序的響應(yīng)框架的狀態(tài)）。

總結(jié)

目前UWB技術(shù)在手機(jī)端和車端的應(yīng)用仍處于初期階段，但UWB技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)能為人車交互帶來更豐富的應(yīng)用場景。比如自動(dòng)泊車、車輛共享、汽車支付、車內(nèi)活體檢測等。目前北匯已承接多個(gè)基于NFC/BLE/UWB技術(shù)的數(shù)字鑰匙功能測試項(xiàng)目，積累了從零部件到實(shí)車的數(shù)字鑰匙測試案例。后續(xù)會(huì)陸續(xù)分享數(shù)字鑰匙測試方案講解的文章，敬請關(guān)注。審核編輯：李倩

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