Глава 5. Спеціалізовані бортові системи автомобілів

Протиугінні системи реалізують захист автомобіля умовно на трьох рівнях:

1. Захист за периметром. Система периметричного захисту використовує вимикачі контролю за які відкриваються панелями автомобіля (двері, капот, багажник). При спробі несанкціонованого відкриття панелі включаються звуковий і світловий сигнали. Іноді система доповнюється датчиками, здатними виявляти руху тіла.

2. Захист за обсягом. Система з допомогою інфрачервоних, ультразвукових чи мікрохвильових датчиків виявляє несанкціоноване спрямування салоні автомобіля. Ультразвукові датчики використовують ефект Допплера, коли будь-який рух в салоні змінює частоту сигналу ультразвукового випромінювача (40 кГц), прийнятого приймачем. Мікрохвильова радіосистема дбає про тому самому принципі, але радіосигнал випромінюється на частоті 10 ГГц. Мікрохвильові датчики рідше брехливо реагують на рух повітря і найчастіше встановлюються в кабріолетах. Інфрачервоні датчики є складання «приймач — випромінювач» і монтуються стелі салону. Вони вже утворюють невидиму інфрачервону завісу до статі зшита. Приймач постійно контролює відбитий сигнал і їх зміні (хтось виник салоні) включається сигнал тривоги. 3. Іммобілізація двигуна. Іммобілізація двигуна здійснюється спеціальним ЭБУ, що забороняє запуск двигуна і при отриманні сигналу тривоги. Це може бути здійснене двома шляхами: а) апаратної іммобілізацією, коли він деякі електричні ланцюга системи пуску двигуна розриваються спеціальними реле чи напівпровідниковими перемикачами. Ефективність апаратних систем іммобілізації залежить від скритності розміщення що розривають реле і маркованих дротів в джгуті. Скритність потрібна у тому, щоб не міг шпунтувати створювані цими пристроями розриви у ланцюзі; б) програмної іммобілізацією, коли з команді протиугонной системи ЭБУ двигуна забороняє його запуск, наприклад, робить недоступними калібровані діаграми подачі палива й запалювання. Після цього двигун хоч і буде провертається стартером, але не запуститься. Такі системи дуже ефективні, потрібно пустити можливість запуску шляхом заміни ЭБУ двигуна в інший працездатний блок. Склад противикрадальних пристроїв, які входять у стандартну комплектацію, залежить від моделі автомобіля. В усіх випадках автомобіль комплектується засобами периметричного захисту, багато протиугінні системи включають іммобілізатор та їхній захист за обсягом. Зазвичай протиугонная система включається і вимикається ключем замку двері чи з дистанційного пульта, управляючого ще й центральним замком. Припаркувавши автомобіль, водій замикає дверцята і включає протиугінне пристрій натисканням кнопки на дистанційному пульті управління (брелок). Світлодіодний індикатор включення протиугонной системи починає спалахувати: спочатку часто, інформуючи водія включення системи, потім рідко, відлякуючи потенційних викрадачів літака. При спробі несанкціонованого проникнення автомобіль протиугонная система включає звуковий сигнал, періодично запалює і гасить фари, іммобілізатор блокує роботу двигуна. Приблизно через 30 секунд звукові і світлові сигнали припиняються, ніж розрядити надмірно акумулятор, іммобілізатор залишається включеним до того часу, поки власник автомобіля не вимкне його дверним ключем чи з дистанційного пульту управління. 116

5.11. Системи охоронної сигналізації і протиугінні устрою 5.11.2. Дистанційне керування протиугонними пристроями Система дистанційного управління дозволяє управляти протиугонним пристроєм і центральним замком з деякої відстані. Воно складається з портативного передавача, якого носило водієм, і приймача, підключеного до ЭБУ протиугінного пристрої і центральному замку. Передавач розміщається в брилці чи самому ключі. Для мініатюризації застосовуються багатошарові друковані плати й на без корпусні мікросхеми. Харчування здійснюється від мініатюрних батарейок, як наручного годинника. Передавачі виконуються з урахуванням спеціалізованих мікросхем, наприклад HCS200, HCS201 (Microchip), чи недорогих 8-разрядных мікроконтроллерів, наприклад МС68НС05КЗ (Motorola). Другий варіант дорожче, але є можливість застосовувати один і той ж устаткування в передавачах з різними функціональними можливостями щодо різноманітних систем дистанційного управління, відмінних криптографічними алгоритмами, інтерфейсом тощо. буд. Протиугонная система включається і вимикається передавачем посилкою відповідного цифрового коду. Код передається послідовно, використовується інфрачервоне випромінювання чи радіосигнал в УКВ-діапазоні. Системи, використовують інфрачервоне випромінювання, мають малий радіус дії, вимагають точного наведення променя передавача, але з створюють електромагнітних перешкод. УКВ-системи мають більший радіус дії, але сигнал то, можливо перехоплений і декодирований викрадачами з допомогою відповідної електронної апаратури. УКВ-випромінювачами може бути джерелами електромагнітних перешкод, тому їх параметри регламентуються відповідними законодавствами. У багатьох країн Європи передавачі автомобільних противикрадальних систем працюють на частоті 433,9 МГц, мови у Франції — 224 МГц, Австрія і — 315 МГц, Великобританії — 418 МГц. Передача сигналів кодовою інформацією автомобільних антивикрадальних системах виробляється зазвичай щодо одного напрямку з міркувань здешевлення устаткування. Брелоки і електромеханічні ключі приймачів немає, хоча двонаправлені сигнали значно ускладнили б зламування противикрадальних систем. На підвищення таємності ліній зв'язку багато протиугінні системи використовують набір кодів, т. е. при кожному натисканні кнопки передавача посилається свій код з набору. Програмне забезпечення приймача синхронізує його з передавачем, т. е. приймач очікує зміну коду. Зазвичай здійснюється циклічний перебір кодів з заданого набору (наприклад, з 24 різних кодів). Якщо приймач і передавач вийшли з синхронізації (наприклад, водій випадково натиснув кнопку передавача далеко від автомобіля), дистанційне управління працювати нічого очікувати, але система автоматично синхронізується при відкриванні дверей ключем.

5.11.3. Характеристики противикрадальних систем з дистанційним управлінням I. Електроживлення.

Передавач харчується від малогабаритної літієвої батарейки (наприклад, CR2032 ємністю 210 мА-час). Елемент повинен працювати без заміни щонайменше 5 років за середнього числі передач на добу 50 і температурі 25 °З. Це забезпечує зручність експлуатації та збереження ущільнювачів в брелку. Електронна схема брелока немає більш 99% часу. Велике значенні

Глава 5. Спеціалізовані бортові системи автомобілів має струм споживання режимі чекання, який повинна перевищувати 100 нА. У активному режимі після натискання кнопки контролер споживає 2...3 мало без включення передавача і 10...12 мало із працюючим передавачем. Приймач отримує енергію з бортовий електромережі автомобіля чи автономного джерела. У режимі чекання струм споживання менш 1 мало. 2. Швидкодія. Час вимагає від натискання кнопки на брелку до розпізнавання коду в приймальнику близько vie, з урахуванням виконання команди — 1 з. 3. Розміри і вартість. Передавач може бути малогабаритним, щоб поміщатись в корпусі брелока чи звичайного механічного ключа. Люди іноді втрачають ключі і брелоки, зокрема і південь від противикрадальних систем. Заміна втраченого брелока має коштувати дорого.

5.11.4. Робота протиугонной системи з дистанційним управлінням ППЗУ Секрет, ключ

Рис. . 5.28

На рис. 5.28 і 5.29 схематично зображені алгоритми роботи передавача і приймача. При натисканні кнопки брелока (передавач) його мікросхема з режиму очікування перетворюється на робочий режим. Запускається 16-разрядный синхронізуючий лічильник. Генератор динамічного коду виробляє за певним алгоритму динамічний код (28—32 біт) у функції від значення секретного ключа (статичний код) і стан синхронізованного лічильника. Динамічний код, заводський номер брелока і код

Рис.5.29

натиснутій клавіші утворюють котра управляє слово завдовжки 60—70 біт, що передається приймачу радіоканалом чи іншим чином. Якщо брелок зареєстровано даному приймальнику, т. е. його ідентифікаційний помер, секретний код, стан синхронізованного лічильника перебувають у ПІЗОМ приймача, прийнята інформація ідентифікується за двозначним номером брелока і обробляється. Запускається синхронізуючий лічильник приймача і виробляється динамічний код в генераторі приймача. Якщо динамічні коди приймача і передатчика збігаються, виробляється виконання переданої команди.

5.11. Системи охоронної сигналізації і протиугінні устрою

Заводський номер передавача і секретний ключ — статичні коди. Генератор динамічного коду, тактований від 16-разрядного синхронізованного лічильника, виробляє 65535 різних значень коду, мінливих у кожному посилці, повторюваних циклічно. Якщо ним користуватися брелоком по 50 раз усунь, повторення коду станеться через 1310 діб.

Системи дистанційного управління па основі динамічного коду є криптографічними. Захист автомобіля від розтину залежить від кодовою довжини секретного ключа, т. е. від кількості його можливих станів. Для автомобільних додатків вважається задовільним, якщо час 1\ зламування системи методом сканування (перебору можливих комбінацій) перевищує 32 діб. У разі

де D — число зареєстрованих брелків, З — число значень секретного ключа, 7] — час активації системи, 1], — час, яким відключається система, отримавши зрадливий динамічний код і розпізнавши спробу зламування. 5.11.5. Види зламування і захист від нього Можливі варіанти зламування системи дистанційного управління: 1. Відтворення раніше записаного коду. 2. Відтворення раніше записаного коду з допомогою сканерів чи грабберов. 3. Криптоаналіз. 4. Зламування під час обслуговування. Ранні системи дистанційного управління передавали фіксований код чи змінюваний код з невеличкого фіксованого набору. Викрадач з портативним комп'ютером і прийомопередавачем (граббер) записував сигнал з брелока автовласника, потім відтворював їх у потрібну, відключаючи сигналізацію. При скануванні передавач викрадача періодично посилає кодові комбінації з невеличкого набору, поки протиугонная система має не буде відключена поєднаним кодом. Застосування динамічного коду, т. е. збільшити кількість можливих кодових комбінацій в посилці зробило використання сканування неможливим. З іншого боку, з'явилися інтелектуальні грабберы, взламувальні протиугонні системи з динамічним кодом і односторонньої передачею інформації, працюючі так. Перша посилка з брелока записується граббером з одночасної генерацією перешкоди, котра блокує приймач. Не отримавши підтвердження включення протиугонной системи, власник вдруге натискає кнопку брелока. Граббер записує другу посилку, блокує її прийом приймачем, потім посилає першу посилку. Протиугонна система включається. У час викрадач її відключить записаній граббером другий посилкою. Можливим методом боротьби з цього алгоритму роботи граббера є використання двонаправленої передачі у системі дистанційного управління. Але це боротьба нескінченна. Криптоаналітик за записами кількох реалізацій динамічного коду, отриманих граббером, може алгоритм роботи генератора і секретний ключ, щоб потім в N-й посилці обчислити (N + I) - ю. Глава 5. Спеціалізовані бортові системи автомобілів

У середовищі сучасних противикрадальних системах часто застосовують спеціалізовані мікросхеми фірми Microchip, реалізують алгоритм генерації псевдовипадкові послідовності (динамічного коду) Keeloq із довжиною ключа 64 біта. Є оцінки середнього часу для апаратного розтину грубої силою (перебором комбінацій) залежно від витрат за взламувальне обладнання та довжини ключа (табл. 5.1). Таблиця 5.1

Для зламування протиугонної системи треба мати спеціалізоване обладнання, або супер ЕОМ типу Cray, т. до. операційні системи звичайних комп'ютерів непридатні в обробці довгих кодових слів. Криптоаналіз обійдеться нерозумно дорого. У автосервісі викрадачі можуть спробувати зареєструвати свій брелок в приймальнику автомобіля. Далі можна записати з допомогою граббера команду ресинхронізації з зареєстрованого брелока, щоб відтворити її пізніше під час викрадення.

Рис. 5.30. Алгоритм синхронізації

Отже, програмне забезпечення приймача має інформувати власника про підключенні чергового передавача. Для нормальної роботи системи дистанційного управління вміст 16-разрядных синхронізуючих лічильників приймача і передавача мають співпадати і інкрементуватися з кожним натисканням кнопки брелока. Насправді можливі випадкові натискання кнопок брелока (дитина пограв), які ведуть розсинхронізації, що має коригуватися. Малюнок 5.30 пояснює алгоритм синхронізації в противикрадальних системах. Код в синхронизирующем лічильнику циклічно змінюється з кожним натисканням кнопки брелока, пробігаючи послідовно значення 0, 1, ...N, N+1, ..., 216- 1, 0, 1, ... . Нехай поточний стан лічильника приймача N. Приймач сприйме як дозволені динамічні коди, відповідні станам синхронізованного лічильника від N до (N + буд), де Д — ширина робочого вікна, зазвичай Д = 16. У межах робочого вікна ресинхронізація виробляється однієї посилкою непомітно для власника. 32К станів лічильника до N є забороненими, 32К станів лічильника після N є дозволеними. Робоча вікно обидві зони циклічно переміщаються при інкрементації лічильника. Якщо з брелока надходить динамічний код, відповідний стану синхронізованного лічильника М поза робочої зони, але у дозволеної зоні, приймач

5. П. Системи охоронної сигналізації і протиугінні устрою запам'ятовує М і чекає наступній посилки. Якщо наступній посилці передається код, відповідний (М + 1), виробляється ресинхронізація лічильника приймача, робоче вікно зміщується до нового становище, послана команда виконується. Отримавши код з забороненої зони, приймач певний час відключається, щоб перешкодити скануванню. Після записи подвійний посилки для ресинхронізації викрадач повинен 32К раз натиснути кнопку брелока, щоб посланий з граббера код виявився знову на дозволеної зоні. З іншого боку, приймач запам'ятовує кілька останніх років спроб ресинхронізації (зазвичай 4) не дозволяє використовувати записані кодові комбінації повторно. Більшість противикрадальних систем підтримують режим Valet, коли обслуговування автомобіля система відключається і немає необхідності передавати брелоки стороннім особам. 5.11.6. Шифратори і дешифратори динамічного коду Keeloq Ці мікросхеми фірми Microchip використовують у більшості сучасних автомобільних противикрадальних систем. Код Keeloq є двійкову псевдовипадкову послідовність з періодом (264- I) біт. Для ідентифікації передавача використовуються блоки довжиною 32 біта. Унікальний кожному за передавача 64-битовый ключ — це початкова стан зсуваючого регістру генератора псевдовипадкові послідовності. Хоча у криптографії вважається, що національна безпека алгоритму повинна базуватися на довжині ключа, а чи не на таємності алгоритму, хто б поспішає публікувати свої алгоритми. Так надходить і Microchip, але зробити деякі логічні припущення. Послідовності зсуваючих регістрів, генеруючий псевдовипадковий сигнал, давно використовують у криптографії, дослідженнях динаміки систем автоматики. Їх математична теорія добре розроблена, вони охоче реалізуються, застосовувалися в криптографії ще до його появи електроніки. На рис. 5.3I показано блок-схема генератора псевдовипадкові послідовності. Не цікавитися математичної стороною питання, це зсуваючий регістр з зворотними зв'язками. Виходи n-розрядного зсуваючого регістру під'єднані до блоку зворотний зв'язок. Вміст регістру зсувається вправо. Биток а„ замінюється на а„., тощо. буд. У розряд записується значення, обумовлений функцією зворотний зв'язок. Вихідний сигнал звільняє з однієї з розрядів і має період до (2n-l). У блоці зворотний зв'язок найчастіше за все використовується операція підсумовування по модулю два (який виключає АБО). Наприклад, генератор на рис. 5.32 видає послідовність...l 11101011001000..., проходячи послідовно стану ...ПІ, І 10, 1101, 1010, 0101, 1011, ВОНО, 1100, 1001, 0010, 0100, 1000, 0001, ОВП, 0111. Є таблиці, у яких вказані розряди регістрів певної розрядності, що у формуванні сигналу зворотний зв'язок, щоб вихідна послідовність мала максимальний можливий період (2"-1). Наприклад, 8-4-1, 9-5-4-3-1, 64-2-1 тощо. буд. Відведення обов'язково робиться від крайніх розрядів. Вихідні сигнали таких генераторів називають М-послідовностями. Шифри па основі М-послідовностями в чистому вигляді щодо легко розкриваються, т. до. є алгоритми, дозволяють визначати структуру генератора по спостерігаючому вихідному сигналу.

Рис. 5.31 Рис. 5.32

Рис. 5.33 Рис. 5.34

Для подолання цієї вади генератори потоку ключів ускладнюють. Наприклад, на рис. 5.33 показаний одне із таких варіантів — генератор Геффа. Обидва генератора тактуються одночасно, їх вихідні сигнали подаються на схему виключає АБО. Результуючий сигнал — М-послідовність з періодом (2"*к - I). Простором ключів буде безліч (п + до) розрядних початкових станів регістрів. У алгоритмі Keeloq передаються не 64-разрядные слова стану регістру, а 32-разрядные блоки, цілісна вихідна послідовність завдовжки більше 2п біт тут недоступна. Шифратори HCS200, HCS201 і дешифратори HCS515 Microchip — типові спеціалізовані мікросхеми від використання в системах дистанційного управління, зокрема у автомобільних противикрадальних системах. Шифратори (наприклад, HCS201) дуже компактні (рис. 5.34), й у виготовлення базі брелків потрібні мікросхема передавача і мінімум зовнішніх компонентів. При натисканні кожній із кнопок передається динамічний код і титул натиснутої кнопки, приймач виконує відповідну цієї кнопці команду. При одночасному натисканні всіх кнопок передається замість динамічного коду 32-разрядное слово (seed) для генерації в приймальнику секретного ключа. Це з варіантів реалізації процедури реєстрації брелока в приймальнику. Перед використанням в шифратор з допомогою програміста заноситься ініціалізуюча інформація. Для захисту від зламування цю інформацію то, можливо зчитана з ППЗУ тільки після записи. Потім вона недоступна читання. Записуються: • 28- чи 32-разрядный помер брелока щодо його ідентифікації у системі; 122

5.11. Системи охоронної сигналізації і протиугінні устрою • 64-разрядный секретний ключ — початкова стан генератора псевдо випадкової послідовності. Ключ може бути сформований виробник противикрадальної системи самостійно. Можливо використаний алгоритм генерації ключів, запропонований фірмою Microchip, стане застосовуватися стандартна процедура реєстрації брилків в приймальнику. Вхідний інформацією для алгоритму є номер брелока і 64-бітовий секретний код, який виготовлювач поміщає до приймальника. У другому варіанті це номер брелока і 32-битовое число з ППЗУ брелока (seed); • 12 розрядне дискримінаційне слово. Довільний статичний код, рекомендується використовувати молодші розряди номери брелока; • 32-разрядное секретне слово (seed), що передається у одному з режимів реєстрації, для генерації в приймальнику секретного ключа. На рис. 5.28 схематично показано слово, передане брелоком приймачу. Тут динамічний код — це зашифрований шифром Keeloq 32-разрядный блок, до складу якого: статус клавіші — 4 біта, дискримінаційне слово — 12 біт, стан синхронізованного лічильника — 16 біт. У ППЗУ приймача зберігаються дискримінаційне слово, секретний ключ і реальний стан синхронізованного лічильника. При збігу дискримінаційних слів приймача і передавача роблять висновок про спроможності дешифрування і команди виконується. Розбіжність значень означає розсинхронізацію, т. е. для шифрування і дешифрування використовувалися не синхронні послідовності з простру ключів. Приймач починає процедуру ресинхронізації, т. е. починає інк рементировать синхронізуючий лічильник і дешифрувати повідомлення з допомогою відповідних станам сихролічильника і секретного ключу послідовностей, поки дискримінаційне слово не дешифрується правильно. Далі реалізується алгоритм синхронізації (рис. 5.30). У приймач записують 64-битовое секретне слово виробника, яке за змінюється при генерації секретного ключа, і дискримінаційне значення чи вказівки, що на посаді такого використовується 12 молодших розрядів номери брелка. При реєстрації брелка приймач входить у режим «навчання». При переклвом натисканні кнопки брелка його номер записується на згадку про приймача на вільне місце. У цій номера і 64-битовому секретного коду генерується секретний ключ, той самий, як і брелок. Починається дешифрація повідомлення визначення стану синхронізованного лічильника передавача, отримане значення запам'ятовується. Кнопка брелока нажимається повторно, перевіряються значення дискримінаційної для слова синхролічильника. При успішному завершенні процедури брелок реєструється. Виробники противикрадальних систем розробили й інші процедури реєстрації. 5.11.7. Іммобілізатор з транспонтером Протиугінні системи постійно вдосконалюються, однією з варіантів є електронний іммобілізатор з мікротранспонтером в ключі запалювання. Замок запалювання спрацьовує, якщо код, отриманий спеціальним приймачем від транспондера, збігаються з заданим. Транспондер споживає електромагнітну енергію, випромінену приймачем на частоті 60...I50 кГц, і вимагає додатково джерела харчування. На рис. 5.35 схематично показано протиугонна система, випущена фірмою Philips і застосовуваний па автомобілях багатьох моделей, включаючи BMW, GM і 123