技术专题｜车规环境对芯片信息安全功能及性能的影响解析

汽车芯片是法律法规以及强制性国家标准对整车信息安全要求的根本载体，是整车信息安全、数据安全的底层防线。随着车载系统与外部网络的深度融合，汽车芯片已从传统的功能执行单元跃升为处理海量数据、支撑车云协同的智能核心节点，其信息安全防护能力直接影响了整车的安全性与可靠性。与此同时，个人信息被窃取、车辆CAN总线数据被恶意监控，乃至智能驾驶系统被远程操控等事件频发，为信息安全防护带来了新的挑战。信息安全，尤其是芯片信息安全，面临的威胁日益多样化，涉及的风险往往具有高度的隐蔽性和复杂性。

对于汽车芯片而言，其工作环境复杂多变，根据场景不同，需在-40℃至最高150℃的宽温范围内稳定运行。温度环境对芯片信息安全功能及性能存在一定影响，因此确保芯片信息安全功能在车规温度范围内的稳定正常工作至关重要。

PART/ 01

温度对芯片特性的影响

在高温环境影响下，晶振内部的晶体会趋向不稳定，导致时钟信号偏移，影响密码算法的时序逻辑，进而可能导致密码模块失效或产生错误输出。另外高温会导致芯片功耗增加，可能触发过温保护机制，导致芯片降频或重启，从而中断安全功能的执行。

图 高温环境下CMOS电路的转移特性

公式 构成电路的基本单元——MOSFET的阈值电压随温度变化

在低温环境影响下，SRAM单元中的数据可能在掉电后仍保持数分钟，这为冷启动攻击（Cold Boot Attack）提供了可乘之机，攻击者可通过快速重启读取残留数据。此外，低温可能导致晶振的启动时间延长，甚至无法正常起振，导致芯片无法正常初始化，影响芯片安全功能的启动和执行。

PART/ 02

温度对密码算法实现的影响

密码算法是芯片信息安全功能的核心，其实现依赖于硬件逻辑和时序的精确性。温度变化可能对密码算法的执行产生以下影响：

1

时序逻辑失效：

高温下时钟信号失真可能导致密码算法的时序逻辑错误，例如导致AES算法加密过程中的轮密钥生成错误，或RSA算法的模幂运算结果异常等。

2

真随机数生成器（TRNG）失效：

许多密码算法依赖于真随机数生成器生成密钥或初始化向量，高温或低温可能导致真随机数生成器的熵源不稳定，进而影响密钥的随机性和安全性。

3

侧信道攻击风险增加：

温度变化可能改变芯片的功耗特征，使得侧信道攻击（如差分功耗分析）更容易实施，攻击者可通过分析芯片在不同温度下的功耗特征，推测出加密密钥。

PART/ 03

温度对芯片通信接口的影响

芯片与外部模块的通信接口（如SPI、I2C、CAN等）也会受到高低温环境影响。一方面是导致信号完整性下降。高温下信号线的阻抗匹配可能失效，导致通信误码率增加；而低温下信号传输延迟可能增加，导致通信超时或中断。另一方面是协议层错误。通信协议中的校验机制（如CRC）可能因温度导致的信号失真而失效，进而引发协议层错误，影响加密数据的传输和验证。

案例实践

在实际测试中，我们对两款汽车芯片在高低温环境下的信息安全功能和性能进行了对比分析：

芯片A在高温和常温下表现良好，信息安全功能正常。但在低温环境下，由于晶振启动失败，导致芯片无法正常初始化，进而引发通信中断，信息安全功能失效。

芯片B在异常温度下，大部分密码算法（如AES、SHA-256）仍能正常工作，但部分算法（如RSA-2048）出现功能异常。芯片内部的自检功能检测到异常并生成报告，相关模块的功能需恢复至室温后才能重新执行。

以上案例表明，高低温环境对芯片信息安全功能具有显著影响，且不同设计和实现方式的芯片对温度的适应性存在较大差异。

   李予佳

   中汽研科技 芯片技术专家

中汽研科技芯片研究部技术专家李予佳建议，从企业选芯应用的角度来谈，为更好地保障汽车芯片信息安全，首先要进行需求的精准映射，企业应该根据产品的实际应用场景，开展信息安全风险分析与攻击路径分析，明确不同应用域（如智驾域、座舱域）、不同部件的芯片信息安全等级要求。其次应建立供应链安全审查体系，优先考虑具备硬件级安全防护功能的芯片，并选择符合汽车芯片信息安全相关国家标准和行业标准的芯片产品。最后企业应开展产品信息安全的全生命周期管理，从芯片设计、制造到整车集成，每个环节都应进行严格的安全测试和验证。

PART/ 04

汽车芯片信息安全标准情况

为应对车规环境对芯片信息安全功能的挑战，汽车行业正在积极推进相关标准和测试技术的研究。2024年1月，工业和信息化部发布《国家汽车芯片标准体系建设指南》，将汽车芯片信息安全列为标准体系基础通用要求中的关键项目。其中，推荐性国家标准《汽车芯片信息安全技术规范》已完成标准验证试验工作，标准制定进入了关键阶段。该标准规定了针对密钥管理、密码算法支持、安全启动等14项汽车芯片信息安全功能的具体技术要求及对应的试验方法，并给出了针对不同应用场景、不同芯片类型的芯片信息安全分级方法，建立了一套适用我国行业需求的汽车芯片信息安全技术体系。该标准也涵盖了芯片在车用温度环境下的信息安全性能要求，包括密码算法的稳定性、通信接口的可靠性以及抗侧信道攻击能力等。

   李予佳

   中汽研科技 芯片技术专家

李予佳认为，汽车芯片信息安全是法规驱动问题，不仅是技术层面的攻坚克难，更是产业生态的联合推进。只有通过技术创新、标准协作和生态建设，才能真正实现汽车芯片信息安全的全面提升，为智能网联汽车安全构建基础防线。

结语

从硬件级安全防护到安全通信协议的全面实现，汽车芯片在信息安全领域扮演着不可或缺的关键角色，已然成为保障智能网联汽车安全运行的核心基石。通过深入理解温度对芯片物理特性、密码算法实现和通信接口的影响机制，结合严格的测试和标准制定，可以有效提升汽车芯片在车用环境下的信息安全性能和功能稳定性。

中汽研科技将持续深耕汽车芯片信息安全领域，致力于构建安全可靠的智能网联汽车产业生态，为行业的高质量发展注入强劲动力与坚实保障。