1.3C數(shù)字鑰匙規(guī)范簡(jiǎn)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(duì)稱密碼技術(shù)對(duì)車輛和設(shè)備進(jìn)行相互簽名認(rèn)證,，且只對(duì)已知車輛顯示身份,，只有使用和車輛存儲(chǔ)的公鑰相對(duì)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(duì)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(cè)距流程（UWB的工作內(nèi)容）,，以建立安全測(cè)距，然后才能啟動(dòng)Approach,，如迎賓,、Lock、Unlock功能,；一旦建立了安全測(cè)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(cè)距之前需要URSK（UWB測(cè)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)。

　　2. DK（數(shù)字鑰匙）系統(tǒng)架構(gòu)

　　2.1 DK體系架構(gòu)

　　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(duì)；

　　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(duì)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(duì)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(shí)別和驗(yàn)證用戶身份）；它還通過線路5連接到KTS,，以注冊(cè)車輛所有的已頒發(fā)的DK,，從而保留存儲(chǔ)信息的隱私。

　　2.2 設(shè)備端DK架構(gòu)

　　03NFC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(duì)和分享鑰匙時(shí),，用來作為設(shè)備和車輛通過OOB（帶外配對(duì)方法）配對(duì)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(tái)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,。

　　4. 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(jí)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(duì)流程

　　藍(lán)牙鑰匙和車端之間的藍(lán)牙配對(duì)包含三個(gè)連接流程,，其中使用BLE OOB配對(duì)建立車主配對(duì)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(shí)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(qǐng)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(duì)請(qǐng)求,，則用戶應(yīng)提供配對(duì)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(qǐng)求,。

　　2） L2CAP面向連接的通道：

　　L2CAP對(duì)LL進(jìn)行一次簡(jiǎn)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(duì)連接間隙進(jìn)行管理。

　　最后是BLE設(shè)備配對(duì)流程如下：

　　1. 主動(dòng)發(fā)起配對(duì)：設(shè)備發(fā)送BLE配對(duì)請(qǐng)求到車輛,。車輛發(fā)送BLE配對(duì)響應(yīng)到設(shè)備,；

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

　　3. 生成LTK（長(zhǎng)期的連接安全密鑰）：設(shè)備和車輛都要驗(yàn)證作為OOB配對(duì)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,。

　　5. 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(cè)距技術(shù),，使其擁有更好的定位精度,。

　　5.1. 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(zhǎng)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：

　　SYNC：又稱前導(dǎo)碼區(qū)域,，接收機(jī)為了檢測(cè)和同步UWB信號(hào)，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）；

　　SFD：報(bào)文起始分隔符,；

　　STS：安全時(shí)間戳,；

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

　　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。

　　5.2. UWB測(cè)距定位

　　UWB設(shè)備測(cè)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(cè)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(cè)距塊的索引）,、Round Index（當(dāng)前測(cè)距塊的測(cè)距四舍五入索引,，該索引由前一個(gè)測(cè)距塊中的測(cè)距交換器設(shè)置）、Hop Flag（當(dāng)前測(cè)距塊的操作標(biāo)志,，由前一個(gè)測(cè)距塊中的測(cè)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)）。

　　6. 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(chǎng)景,。比如自動(dòng)泊車、車輛共享,、汽車支付,、車內(nèi)活體檢測(cè)等。信馳達(dá)科技自2014年即涉入特斯拉數(shù)字鑰匙方案產(chǎn)業(yè)鏈,，截至目前已支持過個(gè)世界級(jí)品牌,，為近兩百萬輛新能源汽車實(shí)現(xiàn)無線數(shù)字鑰匙賦能。

　　關(guān)于信馳達(dá)

　　深圳市信馳達(dá)科技有限公司（RF-Star）是一家專注于射頻核心器件的高科技公司,，并獲得美國(guó)TI德州儀器公司的認(rèn)證，是低功耗射頻產(chǎn)品的經(jīng)銷商和第三方合作伙伴,。該公司提供物聯(lián)網(wǎng)無線模塊和完整解決方案,，包括BLE藍(lán)牙、Wi-Fi,、Wi-SUN,、LoRa、ZigBee,、Thread等,。欲了解更多信息，請(qǐng)?jiān)L問公司網(wǎng)站www.szrfstar.com或關(guān)注微信公眾號(hào)“信馳達(dá)科技”,。

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